Litij-ionske baterije se imenujejo baterije tipa “gugalni stol”. Nabiti ioni se premikajo med pozitivnimi in negativnimi elektrodami, da uresničijo prenos naboja in oskrbijo z energijo zunanje vezje ali napolnijo iz zunanjega vira energije.

Med specifičnim postopkom polnjenja se zunanja napetost dovaja na dva pola baterije, litijevi ioni pa se ekstrahirajo iz materiala pozitivne elektrode in vstopijo v elektrolit. Hkrati presežni elektroni prehajajo skozi pozitivni tokovni zbiralnik in se skozi zunanji tokokrog premaknejo na negativno elektrodo; litijevi ioni so v elektrolitu. Premika se od pozitivne elektrode do negativne elektrode, skozi diafragmo do negativne elektrode; SEI film, ki prehaja skozi površino negativne elektrode, je vgrajen v grafitno plastno strukturo negativne elektrode in se združi z elektroni.

Med delovanjem ionov in elektronov bo struktura baterije, ki vpliva na prenos polnjenja, bodisi elektrokemična ali fizična, vplivala na zmogljivost hitrega polnjenja.

Zahteve hitrega polnjenja za vse dele baterije

V zvezi z baterijami, če želite izboljšati zmogljivost energije, morate trdo delati na vseh vidikih baterije, vključno s pozitivno elektrodo, negativno elektrodo, elektrolitom, separatorjem in strukturno zasnovo.

pozitivno elektrodo

Pravzaprav je za izdelavo baterij s hitrim polnjenjem mogoče uporabiti skoraj vse vrste katodnih materialov. Pomembne lastnosti, ki jih je treba zagotoviti, vključujejo prevodnost (zmanjšajte notranji upor), difuzijo (zagotovite reakcijsko kinetiko), življenjsko dobo (ne pojasnite) in varnost (ne pojasnite), pravilno obdelavo (specifična površina ne sme biti prevelika). veliko, da zmanjša stranske reakcije in služi varnosti).

Seveda so težave, ki jih je treba rešiti za vsak posamezen material, lahko drugačne, vendar lahko naši običajni katodni materiali izpolnjujejo te zahteve z vrsto optimizacij, vendar so različni materiali tudi različni:

A. Litijev železov fosfat je lahko bolj osredotočen na reševanje problemov prevodnosti in nizke temperature. Izvedba karbonske prevleke, zmerna nanoizacija (upoštevajte, da je zmerna, vsekakor ni preprosta logika, da je bolj fino, tem bolje) in tvorba ionskih prevodnikov na površini delcev so najbolj tipične strategije.

B. Sam ternarni material ima sorazmerno dobro električno prevodnost, vendar je njegova reaktivnost previsoka, zato ternarni materiali le redko opravljajo delo na nanomerilu (nano-izacija ni zdravilo za izboljšanje učinkovitosti materiala, zlasti v področje baterij Na Kitajskem je včasih veliko anti-uporab), več pozornosti pa namenjajo varnosti in zatiranju stranskih reakcij (z elektrolitom). Konec koncev je trenutna življenjska doba ternarnih materialov v varnosti in tudi nedavne varnostne nesreče so se pogosto dogajale. Predstavite višje zahteve.

C. Litijev manganat je pomembnejši glede življenjske dobe. Na trgu je tudi veliko baterij za hitro polnjenje na osnovi litijevega manganata.

negativna elektroda

Ko je litij-ionska baterija napolnjena, litij migrira na negativno elektrodo. Prekomerno visok potencial, ki ga povzroči hitro polnjenje in velik tok, bo povzročil, da bo negativni potencial elektrode bolj negativen. V tem času se bo povečal pritisk negativne elektrode, da hitro sprejme litij, in povečala se bo težnja po tvorbi litijevih dendritov. Zato negativna elektroda ne sme zadovoljiti le difuzije litija med hitrim polnjenjem. Kinetične zahteve litij-ionske baterije morajo rešiti tudi varnostni problem, ki ga povzroča povečana nagnjenost litijevih dendritov. Zato je pomembna tehnična težava hitrega polnilnega jedra vstavljanje litijevih ionov v negativno elektrodo.

A. Trenutno je na trgu še vedno prevladujoči material negativnih elektrod grafit (ki predstavlja približno 90 % tržnega deleža). Temeljni razlog je poceni, celovita obdelava in energijska gostota grafita pa sta relativno dobri, z relativno malo pomanjkljivostmi. . Seveda pa so tudi težave z grafitno negativno elektrodo. Površina je relativno občutljiva na elektrolit, reakcija interkalacije litija pa ima močno usmerjenost. Zato je pomembno trdo delati za izboljšanje strukturne stabilnosti površine grafita in spodbujanje difuzije litijevih ionov na substrat. smer.

B. Trdi ogljikovi in ​​mehki ogljikovi materiali so prav tako doživeli velik razvoj v zadnjih letih: trdi ogljikovi materiali imajo velik potencial vstavljanja litija in imajo mikropore v materialih, zato je reakcijska kinetika dobra; in mehki ogljikovi materiali imajo dobro združljivost z elektrolitom, MCMB Materiali so tudi zelo reprezentativni, toda trdi in mehki ogljikovi materiali imajo na splošno nizko učinkovitost in visoke stroške (in si predstavljajte, da je grafit enako poceni, bojim se, da ni upanja z industrijskega vidika), tako da je trenutna poraba veliko manjša od grafita in se bolj uporablja v nekaterih specialitetah Na baterijo.

C. Kaj pa litijev titanat? Na kratko: prednosti litijevega titanata so visoka gostota moči, varnejša in očitne slabosti. Gostota energije je zelo nizka, stroški pa visoki, če jih izračunamo z Wh. Zato je z vidika litij-titanatne baterije uporabna tehnologija s prednostmi v posebnih priložnostih, vendar ni primerna za številne priložnosti, ki zahtevajo visoke stroške in doseg križarjenja.

D. Silicijevi anodni materiali so pomembna razvojna smer in Panasonicova nova baterija 18650 je začela komercialni proces takšnih materialov. Vendar pa je še vedno zahtevnejša naloga, kako doseči ravnovesje med prizadevanjem za nanometrsko zmogljivost in splošnimi zahtevami na ravni mikronov za materiale, povezane z baterijsko industrijo.

Membranska

Kar zadeva akumulatorje z močjo, visokotokovno delovanje nalaga višje zahteve glede njihove varnosti in življenjske dobe. Tehnologije prevleke membrane ni mogoče zaobiti. Keramično prevlečene diafragme se zaradi njihove visoke varnosti in sposobnosti porabe nečistoč v elektrolitu hitro iztisnejo ven. Posebej pomemben je učinek izboljšanja varnosti ternarnih baterij.

Najpomembnejši sistem, ki se trenutno uporablja za keramične membrane, je premazovanje delcev aluminijevega oksida na površini tradicionalnih diafragm. Relativno nova metoda je prevleka trdnih elektrolitnih vlaken na diafragmo. Takšne membrane imajo manjši notranji upor, mehanski podporni učinek membran, povezanih z vlakni, pa je boljši. Odličen in ima manjšo nagnjenost k blokiranju pore membrane med uporabo.

Po nanosu ima diafragma dobro stabilnost. Tudi če je temperatura relativno visoka, se ni enostavno skrčiti in deformirati ter povzročiti kratek stik. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., ki ga podpira tehnična podpora raziskovalne skupine Nan Cewen na šoli za materiale in materiale Univerze Tsinghua, ima v zvezi s tem nekaj predstavnika. Delovna, je diafragma prikazana na spodnji sliki.

Elektrolit

Elektrolit ima velik vpliv na delovanje litij-ionskih baterij, ki se hitro polnijo. Za zagotovitev stabilnosti in varnosti baterije pri hitrem polnjenju in visokem toku mora elektrolit izpolnjevati naslednje značilnosti: A) se ne more razgraditi, B) visoka prevodnost in C) je inerten na pozitivne in negativne materiale. Reagirajte ali raztopite.

Če želite izpolniti te zahteve, je ključna uporaba dodatkov in funkcionalnih elektrolitov. To na primer močno vpliva na varnost ternarnih baterij s hitrim polnjenjem, zato jim je treba dodati različne dodatke proti visokim temperaturam, ognju in prenapolnjenosti, da bi do določene mere izboljšali njihovo varnost. Staro in težko težavo litij-titanatnih baterij, visokotemperaturno napenjanje, je treba izboljšati tudi z visokotemperaturnim funkcionalnim elektrolitom.

Zasnova strukture baterije

Tipična strategija optimizacije je tip zloženega navitja VS. Elektrode zložene baterije so enakovredne vzporednemu razmerju, vrsta navitja pa je enakovredna zaporedni povezavi. Zato je notranji upor prvega veliko manjši in je bolj primeren za vrsto moči. priložnost.

Poleg tega si je mogoče prizadevati za število zavihkov za reševanje problemov notranjega upora in odvajanja toplote. Poleg tega so strategije, ki jih je mogoče upoštevati, tudi uporaba visoko prevodnih elektrodnih materialov, uporaba bolj prevodnih sredstev in prevleka tanjših elektrod.

Skratka, dejavniki, ki vplivajo na gibanje polnjenja znotraj baterije in hitrost vstavljanja lukenj za elektrode, bodo vplivali na sposobnost hitrega polnjenja litij-ionskih baterij.

Pregled poti tehnologije hitrega polnjenja za glavne proizvajalce

Ningde doba

V zvezi s pozitivno elektrodo je CATL razvil tehnologijo “super elektronskega omrežja”, zaradi katere ima litij-železov fosfat odlično elektronsko prevodnost; na površini grafita negativne elektrode se za modificiranje grafita uporablja tehnologija “fast ion ring” tehnologija, modificirani grafit pa upošteva tako super hitro polnjenje kot visoko. Z značilnostmi energetske gostote negativna elektroda nima več prekomerne stranske izdelkov med hitrim polnjenjem, tako da ima zmogljivost hitrega polnjenja 4-5C, ki zagotavlja 10-15 minut hitrega polnjenja in polnjenja ter lahko zagotovi gostoto energije na ravni sistema nad 70wh/kg, s čimer doseže življenjsko dobo 10,000 ciklov.

V smislu toplotnega upravljanja njegov sistem za upravljanje s toploto v celoti prepozna “zdrav interval polnjenja” fiksnega kemičnega sistema pri različnih temperaturah in SOC, kar močno razširi delovno temperaturo litij-ionskih baterij.

Waterma

Waterma zadnje čase ni tako dobra, govoriva samo o tehnologiji. Waterma uporablja litijev železov fosfat z manjšo velikostjo delcev. Trenutno ima običajni litijev železov fosfat na trgu velikost delcev med 300 in 600 nm, medtem ko Waterma uporablja le 100 do 300 nm litijev železov fosfat, zato bodo litijevi ioni imeli hitrejša hitrost migracije, večji je lahko tok napolnjen in izpraznjen. Za sisteme, ki niso baterije, okrepite zasnovo sistemov za upravljanje toplote in varnost sistema.

Micro Power

V zgodnjih dneh je Weihong Power izbral litijev titanat + porozni kompozitni ogljik s spinelno strukturo, ki lahko prenese hitro polnjenje in visok tok kot material negativne elektrode; Da bi preprečili grožnjo toka velike moči za varnost baterije med hitrim polnjenjem, lahko Weihong Power, ki združuje negorejoči elektrolit, visoko porozno in visoko prepustno tehnologijo membrane ter tehnologijo inteligentne termične kontrolne tekočine STL, lahko zagotovi varnost baterije ko se baterija hitro napolni.

Leta 2017 je napovedal novo generacijo baterij z visoko energijsko gostoto, ki uporabljajo visoko zmogljive in visoko zmogljive katodne materiale litij-manganata, z eno samo energijsko gostoto 170wh/kg in dosegajo 15-minutno hitro polnjenje. Cilj je upoštevati življenjska in varnostna vprašanja.

Zhuhai Yinlong

Litij-titanatna anoda je znana po širokem temperaturnem območju delovanja in veliki hitrosti polnjenja in praznjenja. Ni jasnih podatkov o posebnih tehničnih metodah. V pogovoru z osebjem na razstavi pravijo, da lahko njegovo hitro polnjenje doseže 10C, življenjska doba pa je 20,000-krat.

Prihodnost tehnologije hitrega polnjenja

Ali je tehnologija hitrega polnjenja električnih vozil zgodovinska usmeritev ali kratkotrajen pojav, pravzaprav zdaj obstajajo različna mnenja in zaključka ni. Kot alternativna metoda za reševanje tesnobe glede prevoženih kilometrov se obravnava na isti platformi z gostoto energije baterije in skupnimi stroški vozila.

Za gostoto energije in zmogljivost hitrega polnjenja v isti bateriji lahko rečemo, da sta dve nezdružljivi smeri in ju ni mogoče doseči hkrati. Zasledovanje gostote energije baterije je trenutno v glavnem. Ko je gostota energije dovolj visoka in je zmogljivost baterije vozila dovolj velika, da prepreči tako imenovano “tesnobo glede dosega”, se bo povpraševanje po zmogljivosti polnjenja baterije zmanjšalo; hkrati pa, če je moč baterije velika, če cena baterije na kilovatno uro ni dovolj nizka, je potem to potrebno? Ding Kemaov nakup električne energije, ki zadošča za »ni zaskrbljenost«, od potrošnikov zahteva izbiro. Če pomislite, ima hitro polnjenje vrednost. Drugo stališče so stroški naprav za hitro polnjenje, ki so seveda del stroškov celotne družbe za spodbujanje elektrifikacije.

Ne glede na to, ali je mogoče tehnologijo hitrega polnjenja promovirati v velikem obsegu, lahko igrata v njeni prihodnosti odločilno vlogo energijska gostota in tehnologija hitrega polnjenja, ki se hitro razvijata, ter dve tehnologiji, ki znižujeta stroške.