Akumulatory litowo-jonowe nazywane są akumulatorami typu „bujanego fotela”. Naładowane jony przemieszczają się między dodatnią i ujemną elektrodą, aby zrealizować przenoszenie ładunku i dostarczanie mocy do obwodów zewnętrznych lub ładowanie z zewnętrznego źródła zasilania.

Podczas specyficznego procesu ładowania do dwóch biegunów akumulatora przykładane jest zewnętrzne napięcie, a jony litu są usuwane z materiału elektrody dodatniej i wchodzą do elektrolitu. Jednocześnie nadmiar elektronów przechodzi przez kolektor prądu dodatniego i przechodzi do elektrody ujemnej przez obwód zewnętrzny; jony litu znajdują się w elektrolicie. Przemieszcza się od elektrody dodatniej do elektrody ujemnej, przechodząc przez membranę do elektrody ujemnej; film SEI przechodzący przez powierzchnię elektrody ujemnej jest osadzony w warstwowej strukturze grafitu elektrody ujemnej i łączy się z elektronami.

Podczas działania jonów i elektronów struktura akumulatora, która wpływa na przenoszenie ładunku, zarówno elektrochemicznego, jak i fizycznego, będzie wpływać na szybkie ładowanie.

Wymagania dotyczące szybkiego ładowania wszystkich części akumulatora

Jeśli chodzi o baterie, jeśli chcesz poprawić wydajność energetyczną, musisz ciężko pracować we wszystkich aspektach baterii, w tym nad elektrodą dodatnią, elektrodą ujemną, elektrolitem, separatorem i projektem konstrukcyjnym.

elektroda dodatnia

W rzeczywistości do produkcji szybko ładujących się akumulatorów można użyć prawie wszystkich rodzajów materiałów katodowych. Ważnymi właściwościami, które należy zagwarantować, są: przewodność (zmniejszenie oporu wewnętrznego), dyfuzja (zapewnienie kinetyki reakcji), trwałość (nie wyjaśniaj) i bezpieczeństwo (nie wyjaśniaj), prawidłowa wydajność przetwarzania (powierzchnia właściwa nie powinna być zbyt duże, aby zmniejszyć reakcje uboczne i służyć bezpieczeństwu).

Oczywiście problemy, które należy rozwiązać dla każdego konkretnego materiału, mogą być różne, ale nasze wspólne materiały katodowe mogą spełnić te wymagania dzięki serii optymalizacji, ale różne materiały są również różne:

O. Fosforan litowo-żelazowy może być bardziej skoncentrowany na rozwiązywaniu problemów przewodnictwa i niskiej temperatury. Przeprowadzanie powłoki węglowej, umiarkowana nanoizacja (zauważ, że jest umiarkowana, na pewno nie jest to prosta logika, że ​​im drobniej tym lepiej) oraz tworzenie przewodników jonowych na powierzchni cząstek to najbardziej typowe strategie.

B. Sam materiał trójskładnikowy ma stosunkowo dobrą przewodność elektryczną, ale jego reaktywność jest zbyt wysoka, dlatego materiały trójskładnikowe rzadko wykonują prace w skali nano (nanoizacja nie jest antidotum na poprawę wydajności materiału, zwłaszcza w dziedzina baterii W Chinach jest czasem wiele antyzastosowań), a więcej uwagi poświęca się bezpieczeństwu i tłumieniu reakcji ubocznych (z elektrolitem). W końcu obecne życie materiałów trójskładnikowych zależy od bezpieczeństwa, a ostatnie wypadki związane z bezpieczeństwem baterii również zdarzały się często. Przedstaw wyższe wymagania.

C. Manganian litu jest ważniejszy pod względem żywotności. Na rynku dostępnych jest również wiele szybko ładujących się akumulatorów litowo-manganianowych.

elektroda ujemna

Gdy akumulator litowo-jonowy jest ładowany, lit migruje do elektrody ujemnej. Nadmiernie wysoki potencjał spowodowany szybkim ładowaniem i dużym prądem spowoduje, że potencjał elektrody ujemnej będzie bardziej ujemny. W tym czasie ciśnienie elektrody ujemnej, aby szybko przyjąć lit, wzrośnie, a tendencja do generowania dendrytów litu wzrośnie. Dlatego elektroda ujemna musi nie tylko zapewniać dyfuzję litu podczas szybkiego ładowania. Wymagania kinetyczne akumulatora litowo-jonowego muszą również rozwiązać problem bezpieczeństwa spowodowany zwiększoną tendencją do dendrytów litu. Dlatego istotną trudnością techniczną rdzenia szybkiego ładowania jest wprowadzenie jonów litu do elektrody ujemnej.

A. Obecnie dominującym materiałem elektrody ujemnej na rynku jest nadal grafit (stanowi około 90% udziału w rynku). Podstawowym powodem jest taniość, a wszechstronna wydajność przetwarzania i gęstość energetyczna grafitu są stosunkowo dobre, przy stosunkowo niewielu wadach. . Oczywiście są też problemy z grafitową elektrodą ujemną. Powierzchnia jest stosunkowo wrażliwa na elektrolit, a reakcja interkalacji litu ma silną kierunkowość. Dlatego ważna jest ciężka praca nad poprawą stabilności strukturalnej powierzchni grafitowej i promowaniem dyfuzji jonów litu na podłożu. kierunek.

B. Materiały z twardego węgla i miękkiego węgla również uległy znacznemu rozwojowi w ostatnich latach: twarde materiały węglowe mają wysoki potencjał wstawiania litu i mają mikropory w materiałach, więc kinetyka reakcji jest dobra; i miękkie materiały węglowe mają dobrą kompatybilność z elektrolitem, MCMB Materiały są również bardzo reprezentatywne, ale twarde i miękkie materiały węglowe mają ogólnie niską wydajność i są drogie (i wyobraź sobie, że grafit jest tak samo tani, obawiam się, że nie jest nadzieja z przemysłowego punktu widzenia), więc pobór prądu jest znacznie mniejszy niż grafit, a bardziej używany w niektórych specjalnościach na baterii.

C. A co z tytanianem litu? Krótko mówiąc: zalety tytanianu litu to wysoka gęstość mocy, bezpieczeństwo i oczywiste wady. Gęstość energii jest bardzo niska, a koszt liczony przez Wh jest wysoki. Dlatego z punktu widzenia baterii tytanowo-litowej jest to użyteczna technologia z zaletami w określonych sytuacjach, ale nie nadaje się do wielu okazji, które wymagają wysokich kosztów i zasięgu.

D. Materiały anod krzemowych są ważnym kierunkiem rozwoju, a nowa bateria Panasonic 18650 rozpoczęła komercyjny proces wytwarzania takich materiałów. Jednak znalezienie równowagi między dążeniem do osiągnięcia nanometrów a ogólnymi wymaganiami na poziomie mikrometrów materiałów związanych z przemysłem akumulatorowym jest nadal trudniejszym zadaniem.

Membrana

W przypadku akumulatorów typu power praca wysokoprądowa stawia wyższe wymagania w zakresie ich bezpieczeństwa i żywotności. Technologii powlekania membrany nie da się obejść. Membrany z powłoką ceramiczną są szybko wypychane ze względu na ich wysokie bezpieczeństwo i zdolność do pochłaniania zanieczyszczeń w elektrolicie. Szczególnie istotny jest efekt poprawy bezpieczeństwa baterii trójskładnikowych.

Najważniejszym systemem stosowanym obecnie w membranach ceramicznych jest powlekanie cząstek tlenku glinu na powierzchni membran tradycyjnych. Stosunkowo nowatorską metodą jest powlekanie membrany włóknami stałego elektrolitu. Takie membrany mają niższy opór wewnętrzny, a efekt mechanicznego wsparcia membran związanych z włóknami jest lepszy. Znakomity i ma mniejszą tendencję do blokowania porów membrany podczas pracy.

Po powleczeniu membrana ma dobrą stabilność. Nawet jeśli temperatura jest stosunkowo wysoka, nie jest łatwo skurczyć się i odkształcić i spowodować zwarcie. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., wspierana przez wsparcie techniczne grupy badawczej Nan Cewen ze Szkoły Materiałów i Materiałów Uniwersytetu Tsinghua, ma w tym zakresie swoich przedstawicieli. Pracującą membranę pokazano na poniższym rysunku.

Elektrolit

Elektrolit ma duży wpływ na wydajność szybko ładujących się akumulatorów litowo-jonowych. Aby zapewnić stabilność i bezpieczeństwo akumulatora przy szybkim ładowaniu i wysokim prądzie, elektrolit musi spełniać następujące cechy: A) nie ulega rozkładowi, B) wysoka przewodność oraz C) jest obojętny na materiały dodatnie i ujemne. Reaguj lub rozpuść.

Jeśli chcesz spełnić te wymagania, kluczem jest zastosowanie dodatków i funkcjonalnych elektrolitów. Na przykład, ma to duży wpływ na bezpieczeństwo trójskładnikowych szybko ładujących się akumulatorów i konieczne jest dodanie do nich różnych dodatków przeciwwysokotemperaturowych, uniepalniających i zapobiegających przeładowaniu, aby w pewnym stopniu poprawić ich bezpieczeństwo. Stary i trudny problem akumulatorów litowo-tytanowych, wzdęcia wysokotemperaturowe, również musi zostać rozwiązany przez wysokotemperaturowy elektrolit funkcjonalny.

Konstrukcja struktury baterii

Typową strategią optymalizacji jest uzwojenie typu stacked VS. Elektrody baterii ułożonej w stos są równoważne relacji równoległej, a typ uzwojenia jest równoważny połączeniu szeregowemu. Dlatego opór wewnętrzny tego pierwszego jest znacznie mniejszy i jest bardziej odpowiedni dla typu zasilania. okazja.

Ponadto można poczynić wysiłki w zakresie liczby zakładek, aby rozwiązać problemy związane z oporem wewnętrznym i rozpraszaniem ciepła. Ponadto można rozważyć stosowanie materiałów elektrodowych o wysokiej przewodności, stosowanie większej liczby środków przewodzących i powlekanie cieńszych elektrod.

Krótko mówiąc, czynniki, które wpływają na ruch ładunku w akumulatorze i szybkość wstawiania otworów elektrod, wpływają na zdolność szybkiego ładowania akumulatorów litowo-jonowych.

Przegląd tras technologii szybkiego ładowania dla głównych producentów

Epoka Ningde

Jeśli chodzi o elektrodę dodatnią, firma CATL opracowała technologię „super sieci elektronicznej”, dzięki której fosforan litowo-żelazowy ma doskonałe przewodnictwo elektroniczne; na powierzchni grafitowej elektrody ujemnej zastosowano technologię „szybkiego pierścienia jonowego” do modyfikacji grafitu, a zmodyfikowany grafit uwzględnia zarówno superszybkie ładowanie, jak i wysoką. Dzięki charakterystyce gęstości energii elektroda ujemna nie ma już nadmiernego produkty podczas szybkiego ładowania, dzięki czemu ma zdolność szybkiego ładowania 4-5C, realizując 10-15 minut szybkiego ładowania i ładowania oraz może zapewnić gęstość energii na poziomie systemu powyżej 70wh/kg, osiągając 10,000 XNUMX cykli życia.

Jeśli chodzi o zarządzanie termiczne, jego system zarządzania termicznego w pełni rozpoznaje „zdrowy interwał ładowania” stałego systemu chemicznego w różnych temperaturach i SOC, co znacznie zwiększa temperaturę pracy akumulatorów litowo-jonowych.

Waterma

Waterma nie jest ostatnio tak dobra, porozmawiajmy tylko o technologii. Waterma wykorzystuje fosforan litowo-żelazowy o mniejszej wielkości cząstek. Obecnie powszechnie dostępny na rynku fosforan litowo-żelazowy ma wielkość cząstek od 300 do 600 nm, podczas gdy Waterma używa tylko fosforanu litowo-żelazowego od 100 do 300 nm, więc jony litu będą miały. Im szybsza prędkość migracji, tym większy może być prąd. naładowany i rozładowany. W przypadku systemów innych niż akumulatory wzmocnij konstrukcję systemów zarządzania ciepłem i bezpieczeństwo systemu.

Mikro moc

Na początku Weihong Power wybrał tytanian litu + porowaty kompozyt węglowy o strukturze spinelu, który może wytrzymać szybkie ładowanie i wysoki prąd jako materiał elektrody ujemnej; Aby zapobiec zagrożeniu wysokiego prądu dla bezpieczeństwa akumulatora podczas szybkiego ładowania, Weihong Power Łącząc niepalny elektrolit, technologię membrany o wysokiej porowatości i wysokiej przepuszczalności oraz inteligentną technologię płynu sterującego STL, może zapewnić bezpieczeństwo akumulatora gdy bateria jest szybko naładowana.

W 2017 roku ogłosił nową generację akumulatorów o wysokiej gęstości energii, wykorzystujących materiały katodowe litowo-manganianowe o dużej pojemności i dużej mocy, o pojedynczej gęstości energii wynoszącej 170 wh/kg i osiągających 15-minutowe szybkie ładowanie. Celem jest uwzględnienie kwestii życia i bezpieczeństwa.

Zhuhai Yinlong

Anoda tytanianu litu znana jest z szerokiego zakresu temperatur pracy i dużej szybkości ładowania i rozładowania. Nie ma jednoznacznych danych dotyczących konkretnych metod technicznych. W rozmowie z obsługą wystawy mówi się, że jego szybkie ładowanie może osiągnąć 10C, a żywotność to 20,000 XNUMX razy.

Przyszłość technologii szybkiego ładowania

Niezależnie od tego, czy technologia szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych jest kierunkiem historycznym, czy krótkotrwałym zjawiskiem, w rzeczywistości są teraz różne opinie i nie ma konkluzji. Jako alternatywną metodę rozwiązywania problemów związanych z przebiegiem, rozważa się ją na tej samej platformie z gęstością energii akumulatora i całkowitym kosztem pojazdu.

Można powiedzieć, że gęstość energii i wydajność szybkiego ładowania w tym samym akumulatorze to dwa niezgodne kierunki i nie można ich osiągnąć jednocześnie. Dążenie do gęstości energii baterii jest obecnie głównym nurtem. Gdy gęstość energii jest wystarczająco wysoka, a pojemność akumulatora pojazdu jest wystarczająco duża, aby zapobiec tzw. „niepokojowi o zasięg”, zapotrzebowanie na wydajność ładowania akumulatora zostanie zmniejszone; jednocześnie, jeśli moc baterii jest duża, jeśli koszt baterii na kilowatogodzinę nie jest wystarczająco niski, to czy jest to konieczne? Zakup energii elektrycznej przez Ding Kemao, która jest wystarczająca dla „niespokojnych”, wymaga od konsumentów dokonania wyboru. Jeśli się nad tym zastanowić, szybkie ładowanie ma wartość. Innym punktem widzenia jest koszt urządzeń do szybkiego ładowania, który oczywiście jest częścią kosztów całego społeczeństwa na promowanie elektryfikacji.

Niezależnie od tego, czy technologia szybkiego ładowania może być promowana na dużą skalę, gęstość energii i szybko rozwijająca się technologia szybkiego ładowania oraz dwie technologie obniżające koszty mogą odegrać decydującą rolę w jej przyszłości.