Лити-ион батерейг “эргэдэг сандал хэлбэрийн” батерей гэж нэрлэдэг. Цэнэглэгдсэн ионууд нь эерэг ба сөрөг электродуудын хооронд шилжиж, цэнэгийг дамжуулж, гадаад хэлхээнд эсвэл гадны тэжээлийн эх үүсвэрээс цэнэглэдэг.

Цэнэглэх тусгай процессын үед гаднах хүчдэлийг зайны хоёр туйлд хэрэглэж, эерэг электродын материалаас литийн ионуудыг гаргаж аваад электролит руу ордог. Үүний зэрэгцээ илүүдэл электронууд эерэг гүйдлийн коллектороор дамжин өнгөрч, гадаад хэлхээгээр сөрөг электрод руу шилждэг; литийн ионууд электролитэд байдаг. Энэ нь эерэг электродоос сөрөг электрод руу шилжиж, диафрагмаар дамжин сөрөг электрод руу шилждэг; сөрөг электродын гадаргуугаар дамжин өнгөрч буй SEI хальс нь сөрөг электродын графит давхаргат бүтцэд суулгаж, электронуудтай нийлдэг.

Ион ба электронуудын үйл ажиллагааны туршид цахилгаан химийн болон физикийн цэнэгийн дамжуулалтад нөлөөлдөг батерейны бүтэц нь хурдан цэнэглэхэд нөлөөлнө.

Батерейны бүх хэсгүүдийг хурдан цэнэглэхэд тавигдах шаардлага

Батерейны тухайд, хэрэв та эрчим хүчний гүйцэтгэлийг сайжруулахыг хүсч байвал эерэг электрод, сөрөг электрод, электролит, тусгаарлагч, бүтцийн дизайн зэрэг батерейны бүх талаар шаргуу ажиллах ёстой.

эерэг электрод

Үнэн хэрэгтээ бараг бүх төрлийн катодын материалыг хурдан цэнэглэдэг батерейг хийхэд ашиглаж болно. Баталгаажуулах чухал шинж чанарууд нь цахилгаан дамжуулах чанар (дотоод эсэргүүцлийг бууруулах), тархалт (урвалын кинетикийг баталгаажуулах), ашиглалтын хугацаа (тайлбарлахгүй), аюулгүй байдал (тайлбарлахгүй), боловсруулалтын зөв гүйцэтгэл (гадаргын тодорхой талбай хэт их байх ёсгүй) гаж нөлөөг багасгах, аюулгүй байдлыг хангах том хэмжээтэй).

Мэдээжийн хэрэг, тодорхой материал бүрийн шийдвэрлэх асуудлууд өөр байж болох ч бидний нийтлэг катодын материалууд нь хэд хэдэн оновчлолын тусламжтайгаар эдгээр шаардлагыг хангаж чадна, гэхдээ өөр өөр материалууд бас өөр өөр байдаг:

A. Лити төмрийн фосфат нь цахилгаан дамжуулах чанар, бага температурын асуудлыг шийдвэрлэхэд илүү анхаарч болно. Нүүрстөрөгчийн бүрэх, дунд зэргийн наноизаци хийх (энэ нь дунд зэрэг гэдгийг анхаарна уу, илүү нарийн байх тусмаа сайн гэсэн энгийн логик биш), бөөмсийн гадаргуу дээр ион дамжуулагч үүсгэх нь хамгийн ердийн стратеги юм.

B. Гурвалсан материал нь өөрөө харьцангуй сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай боловч реактив чанар нь хэт өндөр байдаг тул гурвалсан материал нь нано хэмжээний ажил хийх нь ховор байдаг (наножилт нь материалын гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд эм тариа биш, ялангуяа батерейны талбар Хятадад заримдаа олон тооны эсрэг заалтууд байдаг), аюулгүй байдал, гаж нөлөөг (электролиттэй хамт) дарахад илүү их анхаарал хандуулдаг. Эцсийн эцэст, гурвалсан материалын одоогийн ашиглалтын хугацаа нь аюулгүй байдалд оршдог бөгөөд сүүлийн үед батерейны аюулгүй байдлын осол байнга гардаг. Илүү өндөр шаардлага тавь.

C. Лити манганат нь ашиглалтын хугацааны хувьд илүү чухал юм. Мөн лити манганатад суурилсан хурдан цэнэглэдэг батерейнууд зах зээл дээр олон байдаг.

сөрөг электрод

Лити-ион батерейг цэнэглэх үед лити нь сөрөг электрод руу шилждэг. Хурдан цэнэглэлт, их гүйдлийн улмаас үүссэн хэт өндөр потенциал нь сөрөг электродын потенциалыг илүү сөрөг болгоход хүргэдэг. Энэ үед литийг хурдан хүлээн авах сөрөг электродын даралт нэмэгдэж, литийн дендрит үүсэх хандлага нэмэгдэнэ. Тиймээс сөрөг электрод нь хурдан цэнэглэх үед зөвхөн литийн тархалтыг хангахгүй байх ёстой. Лити ион батерейны кинетикийн шаардлага нь литийн дендритийн өсөлтөөс үүдэлтэй аюулгүй байдлын асуудлыг шийдвэрлэх ёстой. Тиймээс хурдан цэнэглэх цөмийн техникийн чухал бэрхшээл бол сөрөг электрод дахь литийн ионуудыг оруулах явдал юм.

A. Одоогийн байдлаар зах зээл дээр зонхилох сөрөг электродын материал нь бал чулуу (зах зээлийн 90 орчим хувийг эзэлдэг) хэвээр байна. Үндсэн шалтгаан нь хямд, графитийн боловсруулалтын иж бүрэн гүйцэтгэл, эрчим хүчний нягт нь харьцангуй сайн, харьцангуй бага дутагдалтай байдаг. . Мэдээжийн хэрэг, графит сөрөг электродтой холбоотой асуудал бас бий. Гадаргуу нь электролитэд харьцангуй мэдрэмтгий бөгөөд литийн харилцан үйлчлэлийн урвал нь хүчтэй чиглэлтэй байдаг. Тиймээс бал чулууны гадаргуугийн бүтцийн тогтвортой байдлыг сайжруулж, субстрат дээр литийн ионуудын тархалтыг дэмжихийн тулд шаргуу ажиллах нь чухал юм. чиглэл.

B. Хатуу нүүрстөрөгч болон зөөлөн нүүрстөрөгчийн материалууд сүүлийн жилүүдэд маш их хөгжиж байна: хатуу нүүрстөрөгчийн материалууд нь литийг оруулах өндөр чадвартай, материалд бичил нүхтэй байдаг тул урвалын кинетик сайн; болон зөөлөн нүүрстөрөгчийн материалууд электролит, MCMB-тай сайн нийцдэг. Материалууд нь маш сайн төлөөлдөг боловч хатуу, зөөлөн нүүрстөрөгчийн материалууд нь ерөнхийдөө үр ашиг багатай, өндөр өртөгтэй байдаг (мөн бал чулууг адилхан хямд гэж төсөөлөөд үз дээ, тийм биш гэж би айж байна. Аж үйлдвэрийн үүднээс авч үзвэл одоогийн хэрэглээ нь бал чулуунаас хамаагүй бага бөгөөд батерейны зарим төрөлд илүү их ашиглагддаг.

C. Лити титанатын талаар юу хэлэх вэ? Товчхондоо: литийн титанатын давуу тал нь өндөр эрчим хүчний нягтрал, аюулгүй байдал, илэрхий сул талууд юм. Эрчим хүчний нягтрал нь маш бага бөгөөд Wh-ээр тооцоход өртөг нь өндөр байдаг. Тиймээс лити титанат батерейны үзэл бодол нь тодорхой тохиолдолд давуу талтай ашигтай технологи боловч өндөр өртөг, аялалын зай шаарддаг олон тохиолдолд тохиромжгүй байдаг.

D. Цахиурын анодын материал нь хөгжлийн чухал чиглэл бөгөөд Panasonic-ийн шинэ 18650 зай нь ийм материалын арилжааны процессыг эхлүүлсэн. Гэсэн хэдий ч нанометрийн гүйцэтгэлийг эрэлхийлэх, батерейны үйлдвэрлэлтэй холбоотой материалын микроны түвшний ерөнхий шаардлагуудын хоорондын тэнцвэрт байдлыг хэрхэн хангах нь илүү хэцүү ажил хэвээр байна.

Өргөлт

Эрчим хүчний төрлийн батерейны хувьд өндөр гүйдлийн ажиллагаа нь аюулгүй байдал, ашиглалтын хугацаанд өндөр шаардлага тавьдаг. Диафрагмын бүрэх технологийг тойрч гарах боломжгүй. Керамик бүрсэн диафрагмууд нь өндөр аюулгүй байдал, электролит дэх хольцыг хэрэглэх чадвартай тул хурдан шахагдаж байна. Ялангуяа гурвалсан батерейны аюулгүй байдлыг сайжруулах үр нөлөө нь онцгой ач холбогдолтой юм.

Одоогийн байдлаар керамик диафрагмд ашиглагдаж байгаа хамгийн чухал систем бол уламжлалт диафрагмын гадаргуу дээр хөнгөн цагааны ислийн тоосонцорыг бүрэх явдал юм. Харьцангуй шинэлэг арга бол хатуу электролитийн утаснуудыг диафрагм дээр бүрэх явдал юм. Ийм диафрагмууд нь дотоод эсэргүүцэл багатай байдаг ба утастай холбоотой диафрагмын механик дэмжлэгийн нөлөө илүү сайн байдаг. Маш сайн, үйлчилгээний явцад диафрагмын нүхийг хаах хандлага багатай.

Бүрхүүлсний дараа диафрагм нь сайн тогтвортой байдалтай байдаг. Температур нь харьцангуй өндөр байсан ч багасч, хэв гажилт, богино холболт үүсгэх нь тийм ч хялбар биш юм. Цинхуа их сургуулийн Материал ба материалын сургуулийн Нан Цэвэн судалгааны бүлгийн техникийн дэмжлэгтэйгээр Зянсу Чинтао Энержи ХХК-д энэ талаар тодорхой төлөөлөл бий. Ажиллаж байгаа диафрагмыг доорх зурагт үзүүлэв.

Электролит

Электролит нь хурдан цэнэглэгддэг лити-ион батерейны гүйцэтгэлд ихээхэн нөлөөлдөг. Хурдан цэнэглэлт, өндөр гүйдлийн үед батерейны тогтвортой байдал, аюулгүй байдлыг хангахын тулд электролит нь дараахь шинж чанаруудыг хангасан байх ёстой: A) задрах боломжгүй, B) өндөр дамжуулалт, C) эерэг ба сөрөг материалд идэвхгүй байх. Урвал хийх эсвэл уусгах.

Хэрэв та эдгээр шаардлагыг хангахыг хүсч байвал гол зүйл бол нэмэлт бодис, функциональ электролитийг ашиглах явдал юм. Тухайлбал, гурвалсан хурдан цэнэглэгддэг батерейны аюулгүй байдал үүнд ихээхэн нөлөөлдөг бөгөөд тэдгээрт өндөр температур, галд тэсвэртэй, хэт цэнэглэхээс хамгаалах төрөл бүрийн нэмэлтүүдийг нэмж хийж аюулгүй байдлыг нь тодорхой хэмжээгээр сайжруулах шаардлагатай болдог. Лити титанатын батерейны хуучин бөгөөд хэцүү асуудал болох өндөр температурт хий үүсэх асуудлыг өндөр температурт ажиллах электролитээр сайжруулах шаардлагатай байна.

Зайны бүтцийн дизайн

Ердийн оновчлолын стратеги бол овоолсон VS ороомгийн төрөл юм. Овоолсон батерейны электродууд нь зэрэгцээ холболттой тэнцүү, ороомгийн төрөл нь цуврал холболттой тэнцүү байна. Тиймээс эхнийх нь дотоод эсэргүүцэл нь хамаагүй бага бөгөөд энэ нь эрчим хүчний төрөлд илүү тохиромжтой. тохиолдол.

Нэмж дурдахад дотоод эсэргүүцэл, дулаан ялгаруулах асуудлыг шийдэхийн тулд табын тоогоор хүчин чармайлт гаргаж болно. Нэмж дурдахад өндөр дамжуулалттай электродын материалыг ашиглах, илүү дамжуулагч бодис ашиглах, нимгэн электродыг бүрэх зэрэг нь бас авч үзэх стратеги юм.

Товчхондоо, батерейны цэнэгийн хөдөлгөөн, электродын нүх оруулах хурдад нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд нь лити-ион батерейг хурдан цэнэглэхэд нөлөөлнө.

Гол үйлдвэрлэгчдэд зориулсан хурдан цэнэглэх технологийн чиглэлүүдийн тойм

Ниндэгийн эрин үе

Эерэг электродын тухайд CATL нь “супер электрон сүлжээ” технологийг боловсруулсан бөгөөд энэ нь литийн төмрийн фосфатыг маш сайн электрон дамжуулалттай болгодог; Сөрөг электродын бал чулууны гадаргуу дээр графитыг өөрчлөхийн тулд “хурдан ионы цагираг” технологийг ашигладаг бөгөөд өөрчлөгдсөн бал чулуу нь хэт хурдан цэнэглэх ба өндөр зэрэглэлийн аль алиныг нь харгалзан үздэг. Эрчим хүчний нягтралын шинж чанараар сөрөг электрод нь хэт их энергитэй байхаа больсон. Бүтээгдэхүүнийг хурдан цэнэглэх үед 4-5С-ийн хурдан цэнэглэх хүчин чадалтай, 10-15 минут хурдан цэнэглэж, цэнэглэж, системийн эрчим хүчний нягтралыг 70wh/kg-ээс дээш түвшинд байлгаж, 10,000 мөчлөгт хүрэх боломжтой.

Дулааны удирдлагын хувьд түүний дулааны удирдлагын систем нь янз бүрийн температур ба SOC-д тогтмол химийн системийн “эрүүл цэнэглэх интервал”-ыг бүрэн хүлээн зөвшөөрдөг бөгөөд энэ нь лити-ион батерейны ажиллах температурыг ихээхэн өргөжүүлдэг.

Ватерма

Уотерма сүүлийн үед тийм ч сайн биш байна, зүгээр л технологийн талаар ярилцъя. Waterma нь жижиг ширхэгтэй литийн төмрийн фосфатыг ашигладаг. Одоогийн байдлаар зах зээл дээр түгээмэл хэрэглэгддэг литийн төмрийн фосфат нь 300-600 нм ширхэгийн хэмжээтэй байдаг бол Уотерма нь зөвхөн 100-300 нм литийн төмрийн фосфат ашигладаг тул литийн ионууд шилжин суурьших хурд өндөр байх тусам гүйдэл их байх болно. цэнэглэгдсэн ба цэнэггүй болсон. Батерейгаас бусад системүүдийн хувьд дулааны удирдлагын систем болон системийн аюулгүй байдлын дизайныг бэхжүүлэх.

Бичил цахилгаан

Эхний өдрүүдэд Weihong Power нь литийн титанат + хурдан цэнэглэлт, өндөр гүйдлийг тэсвэрлэх чадвартай шпинель бүтэцтэй сүвэрхэг нийлмэл нүүрстөрөгчийг сөрөг электродын материал болгон сонгосон; Хурдан цэнэглэх үед батерейны аюулгүй байдалд өндөр чадлын гүйдлийн аюулаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд Weihong Power шатдаггүй электролит, өндөр сүвэрхэг, өндөр нэвчилттэй диафрагмын технологи, STL ухаалаг дулааны хяналтын шингэний технологийг хослуулсан нь батерейны аюулгүй байдлыг хангаж чадна. зай хурдан цэнэглэгдсэн үед.

2017 онд өндөр хүчин чадалтай, өндөр хүчин чадалтай литийн манганатын катодын материал ашигласан, нэг эрчим хүчний нягтрал нь 170wh/kg, 15 минутын хурдан цэнэглэлттэй шинэ үеийн өндөр эрчим хүчний нягтралтай батерейг зарлалаа. Зорилго нь амь нас, аюулгүй байдлын асуудлыг анхаарч үзэх явдал юм.

Жухай Инлун

Литиум титанатын анод нь ажлын температурын өргөн хүрээтэй, их хэмжээний цэнэг ялгаруулах хурдаараа алдартай. Тодорхой техникийн аргуудын талаар тодорхой мэдээлэл алга байна. Үзэсгэлэнгийн ажилтнуудтай ярилцахад түүний хурдан цэнэглэлт нь 10С хүрч, ашиглалтын хугацаа нь 20,000 дахин их байдаг.

Хурдан цэнэглэх технологийн ирээдүй

Цахилгаан машиныг хурдан цэнэглэх технологи нь түүхэн чиглэл үү, эсвэл богино хугацааны үзэгдэл юм уу, үнэндээ одоо янз бүрийн санал бодол байгаа бөгөөд ямар ч дүгнэлт алга. Бэлтгэлийн түгшүүрийг шийдвэрлэх өөр арга болгон үүнийг батерейны эрчим хүчний нягтрал, тээврийн хэрэгслийн нийт өртөгтэй ижил платформ дээр авч үздэг.

Нэг батерейнд эрчим хүчний нягтрал, хурдан цэнэглэлт нь хоёр үл нийцэх чиглэл гэж хэлж болох бөгөөд нэгэн зэрэг хүрч чадахгүй. Батерейны эрчим хүчний нягтралыг эрэлхийлэх нь одоогоор үндсэн чиглэл юм. Тээврийн хэрэгслийн эрчим хүчний нягтрал хангалттай өндөр, батерейны багтаамж нь “хамгийн хүрээний түгшүүр” гэгдэхээс урьдчилан сэргийлэхэд хангалттай байх үед батерейг цэнэглэх гүйцэтгэлийн эрэлт буурна; Үүний зэрэгцээ, хэрэв батерейны хүчин чадал их байвал нэг киловатт-цагт батерейны өртөг бага биш бол энэ нь зайлшгүй шаардлагатай юу? Дин Кемаогийн “санаа зовдоггүй” цахилгаан эрчим хүчийг худалдан авах нь хэрэглэгчдээс сонголт хийхийг шаарддаг. Хэрэв та энэ талаар бодох юм бол хурдан цэнэглэх нь үнэ цэнэтэй юм. Өөр нэг үзэл бодол бол хурдан цэнэглэх байгууламжийн өртөг бөгөөд энэ нь мэдээжийн хэрэг цахилгаанжуулалтыг дэмжих бүх нийгмийн зардлын нэг хэсэг юм.

Хурдан цэнэглэх технологийг өргөн хүрээнд сурталчлах эсэхээс үл хамааран эрчим хүчний нягтрал, хурдацтай хөгжиж буй хурдан цэнэглэх технологи, зардлыг бууруулах хоёр технологи нь түүний ирээдүйд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэнэ.