Литий-ионные батареи называют батареями типа «кресло-качалка». Заряженные ионы перемещаются между положительным и отрицательным электродами для передачи заряда и подачи питания на внешние цепи или заряда от внешнего источника питания.

Во время определенного процесса зарядки внешнее напряжение прикладывается к двум полюсам батареи, и ионы лития извлекаются из материала положительного электрода и попадают в электролит. В то же время избыточные электроны проходят через положительный токоприемник и перемещаются к отрицательному электроду через внешнюю цепь; ионы лития находятся в электролите. Он перемещается от положительного электрода к отрицательному, проходя через диафрагму к отрицательному электроду; пленка SEI, проходящая через поверхность отрицательного электрода, встроена в слоистую структуру графита отрицательного электрода и соединяется с электронами.

Во время работы ионов и электронов структура батареи, которая влияет на перенос заряда, будь то электрохимический или физический, будет влиять на характеристики быстрой зарядки.

Требования быстрой зарядки для всех частей аккумулятора

Что касается батарей, если вы хотите улучшить энергетические характеристики, вы должны усердно работать над всеми аспектами батареи, включая положительный электрод, отрицательный электрод, электролит, сепаратор и конструктивную конструкцию.

положительный электрод

Фактически, почти все виды катодных материалов могут использоваться для изготовления быстро заряжаемых аккумуляторов. К важным свойствам, которые должны быть гарантированы, относятся проводимость (снижение внутреннего сопротивления), диффузия (обеспечение кинетики реакции), срок службы (не поясняйте) и безопасность (не объясняйте), надлежащие характеристики обработки (удельная площадь поверхности не должна быть слишком большой). большой, чтобы уменьшить побочные реакции и обеспечить безопасность).

Конечно, проблемы, которые необходимо решить для каждого конкретного материала, могут быть разными, но наши общие катодные материалы могут соответствовать этим требованиям за счет ряда оптимизаций, но разные материалы также разные:

A. Литий-фосфат железа может быть больше ориентирован на решение проблем проводимости и низких температур. Нанесение углеродного покрытия, умеренная наноизация (обратите внимание, что она умеренная, это определенно не простая логика, что чем мельче, тем лучше), и формирование ионных проводников на поверхности частиц являются наиболее типичными стратегиями.

Б. Сам по себе тройной материал имеет относительно хорошую электропроводность, но его реакционная способность слишком высока, поэтому тройные материалы редко выполняют работу в наномасштабе (нанообразование не является панацеевым противоядием от улучшения характеристик материала, особенно в область аккумуляторов В Китае иногда бывает много антивирусов), и больше внимания уделяется безопасности и подавлению побочных реакций (с электролитом). В конце концов, текущий срок службы тройных материалов заключается в безопасности, и недавние несчастные случаи, связанные с безопасностью батарей, также часто происходили. Выдвинуть более высокие требования.

C. Манганат лития более важен с точки зрения срока службы. На рынке также есть много быстрозаряжаемых аккумуляторов на основе манганата лития.

отрицательный электрод

Когда литий-ионный аккумулятор заряжается, литий перемещается к отрицательному электроду. Чрезмерно высокий потенциал, вызванный быстрой зарядкой и большим током, приведет к тому, что потенциал отрицательного электрода будет более отрицательным. В это время давление отрицательного электрода для быстрого приема лития будет увеличиваться, и тенденция к образованию дендритов лития возрастет. Следовательно, отрицательный электрод должен не только обеспечивать диффузию лития во время быстрой зарядки. Требования кинетики литий-ионной батареи должны также решить проблему безопасности, вызванную повышенной склонностью литиевых дендритов. Следовательно, важной технической трудностью быстрозарядного сердечника является введение ионов лития в отрицательный электрод.

A. В настоящее время доминирующим материалом для отрицательных электродов на рынке по-прежнему является графит (на его долю приходится около 90% доли рынка). Основная причина заключается в дешевизне, а также относительно хороших характеристик обработки и плотности энергии графита с относительно небольшим количеством недостатков. . Конечно, есть проблемы с графитовым отрицательным электродом. Поверхность относительно чувствительна к электролиту, и реакция интеркаляции лития имеет сильную направленность. Поэтому важно приложить все усилия, чтобы улучшить структурную стабильность поверхности графита и способствовать диффузии ионов лития на подложке. направление.

B. Твердый углерод и мягкие углеродные материалы также претерпели значительные изменения в последние годы: твердые углеродные материалы имеют высокий потенциал внедрения лития и микропоры в материалах, поэтому кинетика реакции хорошая; и мягкие углеродные материалы имеют хорошую совместимость с электролитом, MCMB. Материалы также очень репрезентативны, но твердые и мягкие углеродные материалы, как правило, имеют низкую эффективность и высокую стоимость (и представьте, что графит такой же дешевый, я боюсь, что это не так. обнадеживает с промышленной точки зрения), так что потребление тока намного меньше, чем у графита, и больше используется в некоторых специальностях по аккумулятору.

C. Как насчет титаната лития? Короче говоря: преимущества титаната лития – высокая удельная мощность, безопасность и очевидные недостатки. Плотность энергии очень мала, а стоимость высока в расчете на Wh. Таким образом, с точки зрения титаната лития батарея является полезной технологией с преимуществами в определенных случаях, но она не подходит для многих случаев, требующих высокой стоимости и дальности плавания.

D. Кремниевые анодные материалы являются важным направлением развития, и новая батарея 18650 Panasonic начала коммерческий процесс таких материалов. Тем не менее, как достичь баланса между стремлением к нанометровым характеристикам и общими требованиями к микронному уровню материалов, связанных с аккумуляторной промышленностью, все еще остается более сложной задачей.

Мембранный клапан

Что касается аккумуляторных батарей силового типа, то сильноточная работа предъявляет более высокие требования к их безопасности и сроку службы. Технологию покрытия диафрагмы нельзя обойти. Мембраны с керамическим покрытием быстро выталкиваются из-за их высокой безопасности и способности поглощать примеси в электролите. В частности, особенно значительным является эффект повышения безопасности тройных батарей.

Самая важная система, используемая в настоящее время для керамических диафрагм, – это покрытие частиц оксида алюминия на поверхности традиционных диафрагм. Относительно новый метод заключается в нанесении на диафрагму волокон из твердого электролита. Такие диафрагмы имеют более низкое внутреннее сопротивление, а эффект механической поддержки волоконно-оптических диафрагм лучше. Отлично, и он имеет меньшую тенденцию к закупорке пор диафрагмы во время эксплуатации.

После нанесения покрытия диафрагма имеет хорошую стабильность. Даже при относительно высокой температуре непросто сжаться и деформироваться и вызвать короткое замыкание. Компания Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. при технической поддержке исследовательской группы Nan Cewen Школы материалов и материалов Университета Цинхуа имеет своего представителя в этом отношении. В рабочем состоянии диафрагма показана на рисунке ниже.

электролит

Электролит оказывает большое влияние на производительность литий-ионных аккумуляторов с быстрой зарядкой. Чтобы обеспечить стабильность и безопасность аккумулятора при быстрой зарядке и большом токе, электролит должен соответствовать следующим характеристикам: A) не подлежит разложению, B) высокой проводимости и C) инертен к положительным и отрицательным материалам. Реагировать или раствориться.

Если вы хотите соответствовать этим требованиям, главное – использовать добавки и функциональные электролиты. Например, это сильно влияет на безопасность тройных быстрозаряжаемых аккумуляторов, и необходимо добавлять к ним различные антивысокотемпературные, огнестойкие и антизарядные добавки, чтобы в определенной степени повысить их безопасность. Старая и трудная проблема титанатных литиевых батарей, высокотемпературное метеоризм, также должна быть решена с помощью высокотемпературного функционального электролита.

Конструкция аккумуляторной батареи

Типичная стратегия оптимизации – это многослойная обмотка VS. Электроды многоярусной батареи эквивалентны параллельному соединению, а тип обмотки эквивалентен последовательному соединению. Следовательно, внутреннее сопротивление первого намного меньше, и он больше подходит для силового типа. повод.

Кроме того, можно приложить усилия к количеству вкладок, чтобы решить проблемы внутреннего сопротивления и отвода тепла. Кроме того, использование материалов электродов с высокой проводимостью, использование большего количества проводящих агентов и покрытие более тонких электродов также являются стратегиями, которые можно рассмотреть.

Короче говоря, факторы, которые влияют на движение заряда внутри батареи и скорость введения электродных отверстий, будут влиять на способность быстрой зарядки литий-ионных батарей.

Обзор технологий быстрой зарядки для основных производителей

Эпоха Ниндэ

Что касается положительного электрода, компания CATL разработала технологию «суперэлектронной сети», благодаря которой фосфат лития-железа имеет отличную электронную проводимость; на поверхности графита отрицательного электрода технология «кольца быстрых ионов» используется для модификации графита, а модифицированный графит учитывает как сверхбыструю зарядку, так и высокую. Благодаря характеристикам плотности энергии отрицательный электрод больше не имеет чрезмерных побочных эффектов. продукты во время быстрой зарядки, так что он имеет емкость быстрой зарядки 4-5C, реализует быструю зарядку и зарядку в течение 10-15 минут и может обеспечить плотность энергии на уровне системы выше 70 Вт · ч / кг, достигая 10,000 циклов жизни.

Что касается терморегулирования, его система терморегулирования полностью распознает «здоровый интервал зарядки» фиксированной химической системы при различных температурах и SOC, что значительно увеличивает рабочую температуру литий-ионных батарей.

Waterma

Waterma в последнее время не так хороша, давайте просто поговорим о технологиях. Waterma использует фосфат лития-железа с меньшим размером частиц. В настоящее время обычный фосфат лития-железа, представленный на рынке, имеет размер частиц от 300 до 600 нм, в то время как Waterma использует только фосфат лития-железа от 100 до 300 нм, поэтому ионы лития будут иметь заряжен и разряжен. Для систем, отличных от батарей, усилить конструкцию систем терморегулирования и безопасности системы.

Микро Сила

Вначале Weihong Power выбрала в качестве материала отрицательного электрода титанат лития + пористый композитный углерод со структурой шпинели, которая может выдерживать быструю зарядку и большой ток; Чтобы предотвратить угрозу безопасности аккумулятора во время быстрой зарядки от высокого тока мощности, Weihong Power Сочетание негорючего электролита, высокопористой и высокопроницаемой диафрагмы и технологии интеллектуальной жидкости для терморегулирования STL может обеспечить безопасность аккумулятора. когда аккумулятор быстро заряжается.

В 2017 году компания анонсировала новое поколение аккумуляторов с высокой плотностью энергии, в которых используются катодные материалы из манганата лития большой емкости и высокой мощности, с удельной мощностью 170 Вт · ч / кг и обеспечивающие быструю зарядку за 15 минут. Цель – учесть вопросы жизни и безопасности.

Чжухай Иньлун

Анод из титаната лития известен своим широким диапазоном рабочих температур и большой скоростью заряда-разряда. Нет четких данных о конкретных технических приемах. Говоря с сотрудниками выставки, он сказал, что его быстрая зарядка может достигать 10C, а срок службы составляет 20,000 раз.

Будущее технологии быстрой зарядки

Является ли технология быстрой зарядки электромобилей историческим направлением или недолговечным явлением, на самом деле сейчас есть разные мнения, и вывода нет. В качестве альтернативного метода решения проблем с пробегом он рассматривается на той же платформе, что и плотность энергии аккумулятора и общая стоимость транспортного средства.

Можно сказать, что плотность энергии и скорость быстрой зарядки в одной и той же батарее – это два несовместимых направления, и их нельзя достичь одновременно. Погоня за плотностью энергии батарей в настоящее время является мейнстримом. Когда плотность энергии достаточно высока и емкость аккумулятора транспортного средства достаточно велика, чтобы предотвратить так называемое «беспокойство по поводу дальности», потребность в производительности заряда аккумулятора будет снижена; в то же время, если заряд батареи большой, если стоимость батареи за киловатт-час недостаточно низкая, то нужно ли это? Покупка Дин Кэмао электроэнергии, достаточная для того, чтобы «не беспокоиться», требует от потребителей сделать выбор. Если задуматься, быстрая зарядка имеет значение. Другая точка зрения – стоимость устройств быстрой зарядки, которая, конечно же, является частью затрат всего общества на продвижение электрификации.

Можно ли продвигать технологию быстрой зарядки в больших масштабах, плотность энергии и технология быстрой зарядки, которые быстро развиваются, а также две технологии, сокращающие расходы, могут сыграть решающую роль в ее будущем.