Bateriile litiu-ion sunt numite baterii „de tip balansoar”. Ionii încărcați se deplasează între electrozii pozitivi și negativi pentru a realiza transferul de sarcină și pentru a furniza energie circuitelor externe sau a încărca de la o sursă de alimentare externă.

În timpul procesului specific de încărcare, tensiunea externă este aplicată celor doi poli ai bateriei, iar ionii de litiu sunt extrași din materialul electrodului pozitiv și intră în electrolit. În același timp, electronii în exces trec prin colectorul de curent pozitiv și se deplasează la electrodul negativ prin circuitul extern; ionii de litiu sunt în electrolit. Se deplasează de la electrodul pozitiv la electrodul negativ, trecând prin diafragmă la electrodul negativ; filmul SEI care trece prin suprafața electrodului negativ este încorporat în structura stratificată de grafit a electrodului negativ și se combină cu electronii.

Pe parcursul funcționării ionilor și electronilor, structura bateriei care afectează transferul de încărcare, fie el electrochimic sau fizic, va afecta performanța de încărcare rapidă.

Cerințele de încărcare rapidă pentru toate părțile bateriei

În ceea ce privește bateriile, dacă doriți să îmbunătățiți performanța puterii, trebuie să lucrați din greu în toate aspectele bateriei, inclusiv electrodul pozitiv, electrodul negativ, electrolitul, separatorul și designul structural.

electrod pozitiv

De fapt, aproape toate tipurile de materiale catodice pot fi folosite pentru a face baterii cu încărcare rapidă. Proprietățile importante care trebuie garantate includ conductivitatea (reduce rezistența internă), difuzia (asigură cinetica reacției), durata de viață (nu explic) și siguranță (nu explic), performanța de procesare adecvată (suprafața specifică nu trebuie să fie prea mare). mare pentru a reduce reacțiile secundare și a servi siguranța).

Desigur, problemele de rezolvat pentru fiecare material specific pot fi diferite, dar materialele noastre catodice comune pot îndeplini aceste cerințe printr-o serie de optimizări, dar diferitele materiale sunt și ele diferite:

A. Fosfatul de fier de litiu poate fi mai concentrat pe rezolvarea problemelor de conductivitate și temperatură scăzută. Efectuarea acoperirii cu carbon, nanoizarea moderată (rețineți că este moderată, cu siguranță nu este o logică simplă că cu cât este mai fină, cu atât mai bine) și formarea de conductori de ioni pe suprafața particulelor sunt cele mai tipice strategii.

B. Materialul ternar în sine are o conductivitate electrică relativ bună, dar reactivitatea sa este prea mare, astfel încât materialele ternare efectuează rareori lucrări la scară nanometrică (nano-izarea nu este un antidot asemănător cu panaceul pentru îmbunătățirea performanței materialului, în special în domeniul bateriilor Există uneori multe anti-utilizări în China), și se acordă mai multă atenție siguranței și suprimării reacțiilor secundare (cu electrolit). La urma urmei, viața actuală a materialelor ternare constă în siguranță, iar accidentele recente privind siguranța bateriei au avut loc, de asemenea, frecvent. Propune cerințe mai mari.

C. Manganatul de litiu este mai important în ceea ce privește durata de viață. Există, de asemenea, multe baterii cu încărcare rapidă pe bază de manganat de litiu pe piață.

electrod negativ

Când o baterie litiu-ion este încărcată, litiul migrează către electrodul negativ. Potențialul excesiv de ridicat cauzat de încărcarea rapidă și curentul mare va face ca potențialul electrodului negativ să fie mai negativ. În acest moment, presiunea electrodului negativ pentru a accepta rapid litiu va crește, iar tendința de a genera dendrite de litiu va crește. Prin urmare, electrodul negativ nu trebuie să satisfacă doar difuzia litiului în timpul încărcării rapide. Cerințele cinetice ale bateriei cu litiu-ion trebuie să rezolve și problema de siguranță cauzată de tendința crescută a dendritelor cu litiu. Prin urmare, dificultatea tehnică importantă a miezului de încărcare rapidă este inserarea ionilor de litiu în electrodul negativ.

A. În prezent, materialul electrod negativ dominant de pe piață este încă grafitul (reprezentând aproximativ 90% din cota de piață). Motivul fundamental este ieftin, iar performanța completă de procesare și densitatea energetică a grafitului sunt relativ bune, cu relativ puține deficiențe. . Desigur, există și probleme cu electrodul negativ din grafit. Suprafața este relativ sensibilă la electrolit, iar reacția de intercalare a litiului are o direcționalitate puternică. Prin urmare, este important să lucrați din greu pentru a îmbunătăți stabilitatea structurală a suprafeței de grafit și pentru a promova difuzia ionilor de litiu pe substrat. direcţie.

B. Materialele din carbon dur și carbon moale au cunoscut, de asemenea, multă dezvoltare în ultimii ani: materialele cu carbon dur au un potențial ridicat de inserție de litiu și au micropori în materiale, astfel încât cinetica de reacție este bună; și materialele de carbon moale au o compatibilitate bună cu electrolitul, MCMB Materialele sunt, de asemenea, foarte reprezentative, dar materialele de carbon dur și moi sunt în general scăzute ca eficiență și costuri ridicate (și imaginați-vă că grafitul este la fel ieftin, mă tem că nu este plin de speranță din punct de vedere industrial), deci consumul actual este mult mai mic decât grafitul și mai folosit în unele specialități Pe baterie.

C. Ce zici de titanat de litiu? Pe scurt: avantajele titanatului de litiu sunt densitatea mare de putere, mai sigură și dezavantajele evidente. Densitatea de energie este foarte scăzută, iar costul este ridicat atunci când este calculat cu Wh. Prin urmare, punctul de vedere al bateriei cu titanat de litiu este o tehnologie utilă cu avantaje în anumite ocazii, dar nu este potrivită pentru multe ocazii care necesită costuri ridicate și interval de croazieră.

D. Materialele cu anod de siliciu reprezintă o direcție importantă de dezvoltare, iar noua baterie 18650 de la Panasonic a început procesul comercial al unor astfel de materiale. Cu toate acestea, modul de a realiza un echilibru între urmărirea performanței nanometrilor și cerințele generale la nivel de microni ale materialelor legate de industria bateriilor este încă o sarcină mai dificilă.

Diafragmă

În ceea ce privește bateriile de tip power, funcționarea cu curent ridicat impune cerințe mai mari privind siguranța și durata de viață a acestora. Tehnologia de acoperire cu diafragmă nu poate fi ocolită. Diafragmele acoperite cu ceramică sunt îndepărtate rapid din cauza siguranței lor ridicate și a capacității de a consuma impurități din electrolit. În special, efectul de îmbunătățire a siguranței bateriilor ternare este deosebit de semnificativ.

Cel mai important sistem utilizat în prezent pentru diafragmele ceramice este acoperirea particulelor de alumină pe suprafața diafragmelor tradiționale. O metodă relativ nouă este de a acoperi fibrele electrolitice solide pe diafragmă. Astfel de diafragme au o rezistență internă mai mică, iar efectul de sprijin mecanic al diafragmelor legate de fibre este mai bun. Excelent și are o tendință mai mică de a bloca porii diafragmei în timpul serviciului.

După acoperire, diafragma are o stabilitate bună. Chiar dacă temperatura este relativ ridicată, nu este ușor să se micșoreze și să se deformeze și să provoace un scurtcircuit. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. susținută de suportul tehnic al grupului de cercetare Nan Cewen al Școlii de Materiale și Materiale a Universității Tsinghua are un reprezentant în acest sens. Funcționând, diafragma este prezentată în figura de mai jos.

Electrolit

Electrolitul are o mare influență asupra performanței bateriilor litiu-ion cu încărcare rapidă. Pentru a asigura stabilitatea și siguranța bateriei în condiții de încărcare rapidă și curent ridicat, electrolitul trebuie să îndeplinească următoarele caracteristici: A) nu poate fi descompus, B) conductivitate ridicată și C) este inert la materialele pozitive și negative. Reacționează sau se dizolvă.

Dacă doriți să îndepliniți aceste cerințe, cheia este să folosiți aditivi și electroliți funcționali. De exemplu, siguranța bateriilor ternare cu încărcare rapidă este afectată foarte mult de aceasta și este necesar să adăugați diverși aditivi anti-temperatură înaltă, ignifugă și anti-supraîncărcare pentru a îmbunătăți siguranța într-o anumită măsură. Problema veche și dificilă a bateriilor cu titanat de litiu, flatulența la temperatură înaltă, trebuie, de asemenea, îmbunătățită de electrolit funcțional la temperatură înaltă.

Proiectarea structurii bateriei

O strategie tipică de optimizare este tipul de înfășurare stivuită VS. Electrozii bateriei stivuite sunt echivalenti cu o relatie paralela, iar tipul de infasurare este echivalent cu o conexiune in serie. Prin urmare, rezistența internă a primei este mult mai mică și este mai potrivită pentru tipul de putere. ocazie.

În plus, se pot face eforturi asupra numărului de file pentru a rezolva problemele de rezistență internă și disipare a căldurii. În plus, utilizarea materialelor pentru electrozi de înaltă conductivitate, utilizarea mai multor agenți conductivi și acoperirea electrozilor mai subțiri sunt, de asemenea, strategii care pot fi luate în considerare.

Pe scurt, factorii care afectează mișcarea de încărcare în interiorul bateriei și rata de inserare a orificiilor pentru electrozi vor afecta capacitatea de încărcare rapidă a bateriilor litiu-ion.

Prezentare generală a rutelor tehnologiei de încărcare rapidă pentru producătorii de masă

Epoca Ningde

În ceea ce privește electrodul pozitiv, CATL a dezvoltat tehnologia „super rețea electronică”, care face ca fosfatul de fier litiu să aibă o conductivitate electronică excelentă; pe suprafața de grafit a electrodului negativ, tehnologia „inel de ioni rapid” este utilizată pentru a modifica grafitul, iar grafitul modificat ia în considerare atât încărcarea super rapidă, cât și înaltă. produse în timpul încărcării rapide, astfel încât să aibă o capacitate de încărcare rapidă de 4-5C, realizând 10-15 minute de încărcare și încărcare rapidă și poate asigura densitatea de energie a nivelului sistemului de peste 70wh/kg, realizând 10,000 de cicluri de viață.

În ceea ce privește managementul termic, sistemul său de management termic recunoaște pe deplin „intervalul de încărcare sănătos” al sistemului chimic fix la diferite temperaturi și SOC, ceea ce mărește foarte mult temperatura de funcționare a bateriilor litiu-ion.

Waterma

Waterma nu este atât de bună în ultima vreme, să vorbim doar despre tehnologie. Waterma folosește fosfat de litiu și fier cu o dimensiune mai mică a particulelor. În prezent, fosfatul de litiu de fier obișnuit de pe piață are o dimensiune a particulei între 300 și 600 nm, în timp ce Waterma folosește doar 100 până la 300 nm de fosfat de litiu de fier, astfel încât ionii de litiu vor avea Cu cât viteza de migrare este mai rapidă, cu atât curentul poate fi mai mare. încărcat și descărcat. Pentru alte sisteme decât baterii, consolidați designul sistemelor de management termic și siguranța sistemului.

Micro putere

În primele zile, Weihong Power a ales titanat de litiu + carbon compozit poros cu structură spinel care poate rezista la încărcare rapidă și la curent ridicat ca material pentru electrod negativ; pentru a preveni amenințarea curentului de mare putere pentru siguranța bateriei în timpul încărcării rapide, Weihong Power Combinând electrolit care nu arde, tehnologia cu diafragmă cu porozitate ridicată și permeabilitate ridicată și tehnologia fluidului de control termic inteligent STL, poate asigura siguranța bateriei. când bateria este încărcată rapid.

În 2017, a anunțat o nouă generație de baterii de înaltă densitate energetică, folosind materiale catodice cu manganat de litiu de mare capacitate și putere, cu o densitate de energie unică de 170wh/kg și care realizează o încărcare rapidă de 15 minute. Scopul este de a lua în considerare problemele de viață și siguranță.

Zhuhai Yinlong

Anodul de titanat de litiu este cunoscut pentru domeniul său larg de temperatură de funcționare și rata mare de încărcare-descărcare. Nu există date clare cu privire la metodele tehnice specifice. Vorbind cu personalul de la expoziție, se spune că încărcarea sa rapidă poate atinge 10C și durata de viață este de 20,000 de ori.

Viitorul tehnologiei de încărcare rapidă

Indiferent dacă tehnologia de încărcare rapidă a vehiculelor electrice este o direcție istorică sau un fenomen de scurtă durată, de fapt, există opinii diferite acum și nu există nicio concluzie. Ca metodă alternativă de rezolvare a anxietății legate de kilometraj, este luată în considerare pe aceeași platformă cu densitatea energiei bateriei și costul total al vehiculului.

Densitatea energiei și performanța de încărcare rapidă, în aceeași baterie, se poate spune că sunt două direcții incompatibile și nu pot fi atinse în același timp. Urmărirea densității energiei bateriei este în prezent curentul principal. Când densitatea de energie este suficient de mare și capacitatea bateriei unui vehicul este suficient de mare pentru a preveni așa-numita „anxietate de gamă”, cererea de performanță de încărcare a bateriei va fi redusă; în același timp, dacă puterea bateriei este mare, dacă costul bateriei pe kilowatt-oră nu este suficient de mic, atunci este necesar? Achiziționarea de către Ding Kemao a energiei electrice care este suficientă pentru „nu sunt anxioși” impune consumatorilor să facă o alegere. Dacă te gândești bine, încărcarea rapidă are valoare. Un alt punct de vedere este costul instalațiilor de încărcare rapidă, care desigur face parte din costul întregii societăți pentru a promova electrificarea.

Fie că tehnologia de încărcare rapidă poate fi promovată la scară largă, densitatea de energie și tehnologia de încărcare rapidă care se dezvoltă rapid și cele două tehnologii care reduc costurile pot juca un rol decisiv în viitorul său.