As baterias de íons de lítio são chamadas de baterias do tipo “cadeira de balanço”. Os íons carregados se movem entre os eletrodos positivo e negativo para realizar a transferência de carga e fornecer energia para circuitos externos ou carga de uma fonte de energia externa.

Durante o processo de carregamento específico, a voltagem externa é aplicada aos dois pólos da bateria e os íons de lítio são extraídos do material do eletrodo positivo e entram no eletrólito. Ao mesmo tempo, os elétrons em excesso passam pelo coletor de corrente positivo e se movem para o eletrodo negativo pelo circuito externo; os íons de lítio estão no eletrólito. Ele se move do eletrodo positivo para o eletrodo negativo, passando pelo diafragma para o eletrodo negativo; o filme SEI que passa pela superfície do eletrodo negativo é incorporado na estrutura em camadas de grafite do eletrodo negativo e se combina com os elétrons.

Ao longo da operação de íons e elétrons, a estrutura da bateria que afeta a transferência de carga, seja eletroquímica ou física, afetará o desempenho de carregamento rápido.

Os requisitos de carregamento rápido para todas as partes da bateria

Com relação às baterias, se você deseja melhorar o desempenho de energia, deve trabalhar duro em todos os aspectos da bateria, incluindo o eletrodo positivo, o eletrodo negativo, o eletrólito, o separador e o projeto estrutural.

eletrodo positivo

Na verdade, quase todos os tipos de materiais catódicos podem ser usados ​​para fazer baterias de carregamento rápido. As propriedades importantes a serem garantidas incluem condutividade (reduzir a resistência interna), difusão (garantir a cinética da reação), vida (não explicar) e segurança (não explicar), Desempenho de processamento adequado (a área de superfície específica não deve ser muito grande para reduzir reações colaterais e servir à segurança).

Claro, os problemas a serem resolvidos para cada material específico podem ser diferentes, mas nossos materiais catódicos comuns podem atender a esses requisitos por meio de uma série de otimizações, mas materiais diferentes também são diferentes:

A. O fosfato de lítio e ferro pode ser mais focado na solução dos problemas de condutividade e baixa temperatura. Realizar revestimento de carbono, nanoização moderada (note que é moderada, definitivamente não é uma lógica simples que quanto mais fino melhor) e a formação de condutores de íons na superfície das partículas são as estratégias mais típicas.

B. O próprio material ternário tem condutividade elétrica relativamente boa, mas sua reatividade é muito alta, então os materiais ternários raramente realizam trabalho em escala nano (nano-ização não é um antídoto panacéia para a melhoria do desempenho do material, especialmente no campo das baterias Às vezes, há muitos anti-usos na China), e mais atenção é dada à segurança e supressão de reações colaterais (com eletrólito). Afinal, a vida atual dos materiais ternários está na segurança, e acidentes recentes com segurança de bateria também ocorreram com frequência. Apresentar requisitos mais elevados.

C. O manganato de lítio é mais importante em termos de vida útil. Existem também muitas baterias de carga rápida à base de manganato de lítio no mercado.

eletrodo negativo

Quando uma bateria de íon de lítio é carregada, o lítio migra para o eletrodo negativo. O potencial excessivamente alto causado pelo carregamento rápido e grande corrente fará com que o potencial do eletrodo negativo seja mais negativo. Nesse momento, a pressão do eletrodo negativo para aceitar rapidamente o lítio aumentará e a tendência de gerar dendritos de lítio aumentará. Portanto, o eletrodo negativo não deve apenas satisfazer a difusão de lítio durante o carregamento rápido. Os requisitos cinéticos da bateria de íon de lítio também devem resolver o problema de segurança causado pela tendência aumentada dos dendritos de lítio. Portanto, a dificuldade técnica importante do núcleo de carregamento rápido é a inserção de íons de lítio no eletrodo negativo.

R. No momento, o material de eletrodo negativo dominante no mercado ainda é o grafite (representando cerca de 90% da participação de mercado). O motivo fundamental é barato e o desempenho de processamento abrangente e a densidade de energia do grafite são relativamente bons, com relativamente poucas deficiências. . Claro, também existem problemas com o eletrodo negativo de grafite. A superfície é relativamente sensível ao eletrólito e a reação de intercalação do lítio tem uma forte direcionalidade. Portanto, é importante trabalhar duro para melhorar a estabilidade estrutural da superfície de grafite e promover a difusão dos íons de lítio no substrato. direção.

B. Os materiais de carbono duro e de carbono mole também tiveram muito desenvolvimento nos últimos anos: os materiais de carbono duro têm alto potencial de inserção de lítio e microporos nos materiais, portanto, a cinética de reação é boa; e materiais de carbono macio têm boa compatibilidade com eletrólito, MCMB. Os materiais também são muito representativos, mas materiais de carbono duro e macio são geralmente de baixa eficiência e alto custo (e imagine que o grafite é o mesmo barato, temo que não seja esperançoso do ponto de vista industrial), então o consumo atual é bem menor do que o grafite, e mais usado em algumas especialidades Na bateria.

C. E quanto ao titanato de lítio? Resumindo: as vantagens do titanato de lítio são alta densidade de potência, mais seguro e desvantagens óbvias. A densidade de energia é muito baixa e o custo é alto quando calculado por Wh. Portanto, o ponto de vista da bateria de titanato de lítio é uma tecnologia útil e com vantagens em ocasiões específicas, mas não é adequada para muitas ocasiões que exigem alto custo e alcance de cruzeiro.

D. Os materiais do ânodo de silício são uma importante direção de desenvolvimento, e a nova bateria 18650 da Panasonic iniciou o processo comercial de tais materiais. No entanto, como alcançar um equilíbrio entre a busca de desempenho nanométrico e os requisitos gerais de nível de mícron de materiais relacionados à indústria de baterias ainda é uma tarefa mais desafiadora.

Diafragma

Com relação às baterias do tipo elétrico, a operação em alta corrente impõe requisitos mais elevados de segurança e vida útil. A tecnologia de revestimento do diafragma não pode ser contornada. Os diafragmas revestidos de cerâmica estão sendo rapidamente removidos devido à sua alta segurança e capacidade de consumir impurezas no eletrólito. Em particular, o efeito de melhorar a segurança das baterias ternárias é particularmente significativo.

O sistema mais importante usado atualmente para diafragmas de cerâmica é o revestimento de partículas de alumina na superfície dos diafragmas tradicionais. Um método relativamente novo é revestir fibras de eletrólitos sólidos no diafragma. Esses diafragmas têm resistência interna mais baixa e o efeito de suporte mecânico dos diafragmas relacionados com fibras é melhor. Excelente, e tem menor tendência a bloquear os poros do diafragma durante o serviço.

Após o revestimento, o diafragma apresenta boa estabilidade. Mesmo que a temperatura seja relativamente alta, não é fácil encolher e deformar e causar um curto-circuito. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., apoiada pelo suporte técnico do grupo de pesquisa Nan Cewen da Escola de Materiais e Materiais da Universidade de Tsinghua, tem alguns representantes nesse sentido. Funcionando, o diafragma é mostrado na figura abaixo.

Eletrólito

O eletrólito tem uma grande influência no desempenho das baterias de íon-lítio de carregamento rápido. Para garantir a estabilidade e segurança da bateria sob carga rápida e alta corrente, o eletrólito deve atender às seguintes características: A) não pode ser decomposto, B) alta condutividade e C) é inerte aos materiais positivos e negativos. Reaja ou dissolva.

Se você deseja atender a esses requisitos, a chave é usar aditivos e eletrólitos funcionais. Por exemplo, a segurança de baterias ternárias de carregamento rápido é muito afetada por ele, e é necessário adicionar vários aditivos anti-alta temperatura, retardadores de chama e anti-sobrecarga para melhorar sua segurança até certo ponto. O velho e difícil problema das baterias de titanato de lítio, a flatulência de alta temperatura, também precisa ser melhorado por eletrólito funcional de alta temperatura.

Projeto da estrutura da bateria

Uma estratégia de otimização típica é o tipo de enrolamento VS empilhado. Os eletrodos da bateria empilhada são equivalentes a uma relação paralela e o tipo de enrolamento é equivalente a uma conexão em série. Portanto, a resistência interna do primeiro é muito menor e é mais adequada para o tipo de potência. ocasião.

Além disso, esforços podem ser feitos no número de guias para resolver os problemas de resistência interna e dissipação de calor. Além disso, o uso de materiais de eletrodo de alta condutividade, o uso de agentes mais condutores e o revestimento de eletrodos mais finos também são estratégias que podem ser consideradas.

Resumindo, os fatores que afetam o movimento de carga dentro da bateria e a taxa de inserção dos orifícios do eletrodo afetarão a capacidade de carregamento rápido das baterias de íon-lítio.

Visão geral das rotas de tecnologia de carregamento rápido para fabricantes tradicionais

Era Ningde

Em relação ao eletrodo positivo, a CATL desenvolveu a tecnologia de “rede supereletrônica”, que faz com que o fosfato de ferro-lítio tenha excelente condutividade eletrônica; na superfície de grafite do eletrodo negativo, a tecnologia de “anel de íon rápido” é usada para modificar a grafite, e a grafite modificada leva em consideração tanto o carregamento super rápido quanto o alto. Com as características de densidade de energia, o eletrodo negativo não tem mais excesso de produtos durante o carregamento rápido, de modo que tenha capacidade de carregamento rápido 4-5C, realizando carregamento e carregamento rápido de 10-15 minutos, e pode garantir a densidade de energia do nível do sistema acima de 70wh / kg, atingindo 10,000 ciclo de vida.

Em termos de gerenciamento térmico, seu sistema de gerenciamento térmico reconhece totalmente o “intervalo de carga saudável” do sistema químico fixo em diferentes temperaturas e SOCs, o que amplia muito a temperatura operacional das baterias de íon-lítio.

Waterma

Waterma não está tão bom ultimamente, vamos apenas falar sobre tecnologia. Waterma usa fosfato de lítio e ferro com um tamanho de partícula menor. Atualmente, o fosfato de lítio e ferro comum no mercado tem um tamanho de partícula entre 300 e 600 nm, enquanto Waterma usa apenas 100 a 300 nm de fosfato de lítio e ferro, portanto, os íons de lítio terão. Quanto mais rápida a velocidade de migração, maior pode ser a corrente carregados e descarregados. Para sistemas que não sejam baterias, fortaleça o projeto dos sistemas de gerenciamento térmico e a segurança do sistema.

Micro Power

No início, Weihong Power escolheu titanato de lítio + carbono composto poroso com estrutura em espinela que pode suportar carga rápida e alta corrente como material de eletrodo negativo; A fim de evitar a ameaça de corrente de alta potência para a segurança da bateria durante o carregamento rápido, Weihong Power Combinando eletrólito não queima, tecnologia de diafragma de alta porosidade e alta permeabilidade e tecnologia de fluido de controle térmico inteligente STL, pode garantir a segurança da bateria quando a bateria é carregada rapidamente.

Em 2017, anunciou uma nova geração de baterias de alta densidade de energia, usando materiais catódicos de manganato de lítio de alta capacidade e alta potência, com uma densidade de energia única de 170wh / kg e alcançando carregamento rápido de 15 minutos. O objetivo é levar em consideração questões de vida e segurança.

Zhuhai Yinlong

O ânodo de titanato de lítio é conhecido por sua ampla faixa de temperatura operacional e grande taxa de carga-descarga. Não há dados claros sobre os métodos técnicos específicos. Em conversa com a equipe da exposição, diz-se que sua carga rápida pode chegar a 10C e a vida útil é de 20,000 vezes.

O futuro da tecnologia de carregamento rápido

Quer a tecnologia de carregamento rápido de veículos elétricos seja uma direção histórica ou um fenômeno de curta duração, na verdade, existem opiniões diferentes agora e não há conclusão. Como um método alternativo para resolver a ansiedade de quilometragem, ele é considerado na mesma plataforma com a densidade de energia da bateria e o custo geral do veículo.

Densidade de energia e desempenho de carga rápido, na mesma bateria, podem ser considerados duas direções incompatíveis e não podem ser alcançados ao mesmo tempo. A busca pela densidade de energia da bateria é atualmente a tendência. Quando a densidade de energia é alta o suficiente e a capacidade da bateria de um veículo é grande o suficiente para prevenir a chamada “ansiedade de alcance”, a demanda por desempenho de carga da bateria será reduzida; ao mesmo tempo, se a energia da bateria for grande, se o custo da bateria por quilowatt-hora não for baixo o suficiente, então é necessário? A compra de eletricidade suficiente por Ding Kemao para “não ficar ansiosa” exige que os consumidores façam uma escolha. Se você pensar sobre isso, o carregamento rápido tem valor. Outro ponto de vista é o custo das instalações de carregamento rápido, que naturalmente faz parte do custo de toda a sociedade para promover a eletrificação.

Quer a tecnologia de carregamento rápido possa ser promovida em grande escala, a densidade de energia e a tecnologia de carregamento rápido que se desenvolvem rapidamente, e as duas tecnologias que reduzem custos, podem desempenhar um papel decisivo em seu futuro.