Bateritë litium-jon quhen bateri të tipit “karrige lëkundëse”. Jonet e ngarkuar lëvizin midis elektrodave pozitive dhe negative për të realizuar transferimin e ngarkesës dhe furnizimin me energji në qarqet e jashtme ose ngarkimin nga një burim i jashtëm energjie.

Gjatë procesit specifik të karikimit, tensioni i jashtëm aplikohet në dy polet e baterisë dhe jonet e litiumit nxirren nga materiali i elektrodës pozitive dhe futen në elektrolit. Në të njëjtën kohë, elektronet e tepërta kalojnë nëpër kolektorin e rrymës pozitive dhe kalojnë në elektrodën negative përmes qarkut të jashtëm; jonet e litiumit janë në elektrolit. Ai lëviz nga elektroda pozitive në elektrodën negative, duke kaluar përmes diafragmës në elektrodën negative; filmi SEI që kalon nëpër sipërfaqen e elektrodës negative është i ngulitur në strukturën me shtresë grafiti të elektrodës negative dhe kombinohet me elektronet.

Gjatë gjithë funksionimit të joneve dhe elektroneve, struktura e baterisë që ndikon në transferimin e ngarkesës, qoftë elektrokimike apo fizike, do të ndikojë në performancën e karikimit të shpejtë.

Kërkesat e karikimit të shpejtë për të gjitha pjesët e baterisë

Për sa i përket baterive, nëse doni të përmirësoni performancën e energjisë, duhet të punoni shumë në të gjitha aspektet e baterisë, duke përfshirë elektrodën pozitive, elektrodën negative, elektrolitin, ndarësin dhe dizajnin strukturor.

elektroda pozitive

Në fakt, pothuajse të gjitha llojet e materialeve katodë mund të përdoren për të bërë bateri me karikim të shpejtë. Vetitë e rëndësishme që duhen garantuar përfshijnë përçueshmërinë (ulni rezistencën e brendshme), difuzionin (siguroni kinetikën e reagimit), jetëgjatësinë (mos e shpjegoni) dhe sigurinë (mos shpjegoni), performancën e duhur të përpunimit (sipërfaqja specifike nuk duhet të jetë shumë i madh për të reduktuar reaksionet anësore dhe për të shërbyer sigurinë).

Natyrisht, problemet që duhet të zgjidhen për çdo material specifik mund të jenë të ndryshme, por materialet tona të zakonshme katodike mund t’i plotësojnë këto kërkesa nëpërmjet një sërë optimizimesh, por materialet e ndryshme janë gjithashtu të ndryshme:

A. Fosfati i hekurit litium mund të jetë më i fokusuar në zgjidhjen e problemeve të përçueshmërisë dhe temperaturës së ulët. Kryerja e veshjes së karbonit, nanoizimi i moderuar (vini re se është i moderuar, definitivisht nuk është një logjikë e thjeshtë që sa më i imët aq më mirë) dhe formimi i përçuesve jonikë në sipërfaqen e grimcave janë strategjitë më tipike.

B. Materiali tresh në vetvete ka përçueshmëri elektrike relativisht të mirë, por reaktiviteti i tij është shumë i lartë, kështu që materialet treshe rrallë kryejnë punë në shkallë nano (nano-izimi nuk është një antidot i ngjashëm me ilaçin për përmirësimin e performancës së materialit, veçanërisht në fusha e baterive Ka nganjëherë shumë anti-përdorime në Kinë), dhe më shumë vëmendje i kushtohet sigurisë dhe shtypjes së reaksioneve anësore (me elektrolit). Në fund të fundit, jeta aktuale e materialeve treshe qëndron në sigurinë dhe aksidentet e fundit të sigurisë së baterive gjithashtu kanë ndodhur shpesh. Parashtroni kërkesa më të larta.

C. Manganati i litiumit është më i rëndësishëm për sa i përket jetëgjatësisë. Në treg ka gjithashtu shumë bateri me karikim të shpejtë me bazë manganat litium.

elektroda negative

Kur një bateri litium-jon ngarkohet, litiumi migron në elektrodën negative. Potenciali tepër i lartë i shkaktuar nga ngarkimi i shpejtë dhe rryma e madhe do të bëjë që potenciali i elektrodës negative të jetë më negativ. Në këtë kohë, presioni i elektrodës negative për të pranuar shpejt litiumin do të rritet dhe tendenca për të gjeneruar dendrite të litiumit do të rritet. Prandaj, elektroda negative jo vetëm që duhet të kënaqë difuzionin e litiumit gjatë karikimit të shpejtë. Kërkesat kinetike të baterisë së joneve të litiumit duhet gjithashtu të zgjidhin problemin e sigurisë të shkaktuar nga tendenca në rritje e dendriteve të litiumit. Prandaj, vështirësia e rëndësishme teknike e bërthamës së karikimit të shpejtë është futja e joneve të litiumit në elektrodën negative.

A. Aktualisht, materiali mbizotërues i elektrodës negative në treg është ende grafiti (që përbën rreth 90% të pjesës së tregut). Arsyeja themelore është e lirë, dhe performanca e përpunimit gjithëpërfshirës dhe dendësia e energjisë e grafitit janë relativisht të mira, me relativisht pak mangësi. . Sigurisht, ka edhe probleme me elektrodën negative të grafitit. Sipërfaqja është relativisht e ndjeshme ndaj elektrolitit dhe reagimi i ndërthurjes së litiumit ka një drejtim të fortë. Prandaj, është e rëndësishme të punohet shumë për të përmirësuar qëndrueshmërinë strukturore të sipërfaqes së grafitit dhe për të nxitur përhapjen e joneve të litiumit në nënshtresë. drejtimin.

B. Karboni i fortë dhe materialet e karbonit të butë kanë parë gjithashtu shumë zhvillim vitet e fundit: materialet e forta të karbonit kanë potencial të lartë futjeje të litiumit dhe kanë mikropore në materiale, kështu që kinetika e reagimit është e mirë; dhe materialet e buta të karbonit kanë përputhshmëri të mirë me elektrolitin, MCMB Materialet janë gjithashtu shumë përfaqësuese, por materialet e forta dhe të buta të karbonit janë përgjithësisht me efikasitet të ulët dhe me kosto të lartë (dhe imagjinoni që grafiti është po aq i lirë, kam frikë se nuk është shpresëdhënëse nga pikëpamja industriale), kështu që konsumi aktual është shumë më pak se grafiti, dhe përdoret më shumë në disa specialitete Në bateri.

C. Po titanat litium? Për ta thënë shkurt: avantazhet e titanatit të litiumit janë densiteti i lartë i fuqisë, disavantazhet më të sigurta dhe të dukshme. Dendësia e energjisë është shumë e ulët, dhe kostoja është e lartë kur llogaritet me Wh. Prandaj, pikëpamja e baterisë titanate të litiumit është një teknologji e dobishme me avantazhe në raste specifike, por nuk është e përshtatshme për shumë raste që kërkojnë kosto të lartë dhe gamë lundrimi.

D. Materialet e anodës së silikonit janë një drejtim i rëndësishëm zhvillimi dhe bateria e re 18650 e Panasonic ka filluar procesin komercial të materialeve të tilla. Megjithatë, mënyra se si të arrihet një ekuilibër midis ndjekjes së performancës së nanometrit dhe kërkesave të përgjithshme të nivelit mikron të materialeve të lidhura me industrinë e baterive është ende një detyrë më sfiduese.

Diafragmë

Sa i përket baterive të tipit të energjisë, funksionimi me rrymë të lartë imponon kërkesa më të larta për sigurinë dhe jetëgjatësinë e tyre. Teknologjia e veshjes së diafragmës nuk mund të anashkalohet. Diafragmat e veshura me qeramikë po shtyhen me shpejtësi për shkak të sigurisë së tyre të lartë dhe aftësisë për të konsumuar papastërtitë në elektrolit. Në veçanti, efekti i përmirësimit të sigurisë së baterive treshe është veçanërisht i rëndësishëm.

Sistemi më i rëndësishëm që përdoret aktualisht për diafragmat qeramike është veshja e grimcave të aluminit në sipërfaqen e diafragmave tradicionale. Një metodë relativisht e re është veshja e fibrave të ngurta elektrolite në diafragmë. Diafragma të tilla kanë rezistencë të brendshme më të ulët dhe efekti mbështetës mekanik i diafragmave të lidhura me fibra është më i mirë. E shkëlqyeshme, dhe ka një tendencë më të ulët për të bllokuar poret e diafragmës gjatë shërbimit.

Pas veshjes, diafragma ka stabilitet të mirë. Edhe nëse temperatura është relativisht e lartë, nuk është e lehtë të tkurret dhe të deformohet dhe të shkaktojë një qark të shkurtër. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. mbështetur nga mbështetja teknike e grupit kërkimor Nan Cewen të Shkollës së Materialeve dhe Materialeve të Universitetit Tsinghua ka disa përfaqësues në këtë drejtim. Duke punuar, diafragma është paraqitur në figurën më poshtë.

electrolyte

Elektroliti ka një ndikim të madh në performancën e baterive litium-jon me karikim të shpejtë. Për të siguruar qëndrueshmërinë dhe sigurinë e baterisë nën karikim të shpejtë dhe rrymë të lartë, elektroliti duhet të plotësojë karakteristikat e mëposhtme: A) nuk mund të dekompozohet, B) përçueshmëri e lartë dhe C) është inerte ndaj materialeve pozitive dhe negative. Reagojnë ose shpërndahen.

Nëse dëshironi të plotësoni këto kërkesa, çelësi është përdorimi i aditivëve dhe elektroliteve funksionale. Për shembull, siguria e baterive treshe me karikim të shpejtë ndikohet shumë prej tij dhe është e nevojshme të shtohen aditivë të ndryshëm kundër temperaturës së lartë, rezistent ndaj zjarrit dhe kundër mbingarkesës për të përmirësuar sigurinë e tyre në një masë të caktuar. Problemi i vjetër dhe i vështirë i baterive të titanatit të litiumit, fryrja në temperaturë të lartë, gjithashtu duhet të përmirësohet nga elektroliti funksional me temperaturë të lartë.

Dizajni i strukturës së baterisë

Një strategji tipike optimizimi është lloji i dredha-dredha VS i grumbulluar. Elektrodat e baterisë së grumbulluar janë ekuivalente me një lidhje paralele, dhe lloji i mbështjelljes është i barabartë me një lidhje serike. Prandaj, rezistenca e brendshme e të parës është shumë më e vogël dhe është më e përshtatshme për llojin e fuqisë. rast.

Përveç kësaj, mund të bëhen përpjekje për numrin e skedave për të zgjidhur problemet e rezistencës së brendshme dhe shpërndarjes së nxehtësisë. Përveç kësaj, përdorimi i materialeve të elektrodave me përçueshmëri të lartë, përdorimi i më shumë agjentëve përçues dhe veshja e elektrodave më të holla janë gjithashtu strategji që mund të merren parasysh.

Shkurtimisht, faktorët që ndikojnë në lëvizjen e ngarkesës brenda baterisë dhe shpejtësinë e futjes së vrimave të elektrodës do të ndikojnë në aftësinë e karikimit të shpejtë të baterive litium-jon.

Pasqyrë e rrugëve të teknologjisë së karikimit të shpejtë për prodhuesit kryesorë

Epoka e Ningde

Për sa i përket elektrodës pozitive, CATL zhvilloi teknologjinë e “rrjetit super elektronik”, që bën që fosfati i hekurit të litiumit të ketë përçueshmëri të shkëlqyer elektronike; në sipërfaqen e grafitit të elektrodës negative, teknologjia e “unazës së joneve të shpejta” përdoret për të modifikuar grafitin, dhe grafiti i modifikuar merr parasysh ngarkimin super të shpejtë dhe të lartë. Me karakteristikat e densitetit të energjisë, elektroda negative nuk ka më të tepërt nga produkte gjatë karikimit të shpejtë, në mënyrë që të ketë kapacitet karikimi të shpejtë 4-5C, duke realizuar 10-15 minuta karikim dhe karikim të shpejtë dhe mund të sigurojë densitetin e energjisë të nivelit të sistemit mbi 70wh/kg, duke arritur jetëgjatësi 10,000 Cikli.

Për sa i përket menaxhimit termik, sistemi i tij i menaxhimit termik njeh plotësisht “intervalin e karikimit të shëndetshëm” të sistemit fiks kimik në temperatura dhe SOC të ndryshme, gjë që zgjeron shumë temperaturën e funksionimit të baterive litium-jon.

Waterma

Waterma nuk është aq e mirë kohët e fundit, le të flasim vetëm për teknologjinë. Waterma përdor fosfat litium hekuri me një madhësi më të vogël të grimcave. Aktualisht, fosfati i zakonshëm i hekurit të litiumit në treg ka një madhësi grimcash midis 300 dhe 600 nm, ndërsa Waterma përdor vetëm 100 deri në 300 nm fosfat hekuri litium, kështu që jonet e litiumit do të kenë Sa më e shpejtë shpejtësia e migrimit, aq më e madhe mund të jetë rryma. ngarkuar dhe shkarkuar. Për sisteme të tjera përveç baterive, forconi dizajnin e sistemeve të menaxhimit termik dhe sigurinë e sistemit.

Fuqia mikro

Në ditët e para, Weihong Power zgjodhi titanat litium + karbon të përbërë poroz me strukturë spineli që mund të përballojë karikimin e shpejtë dhe rrymën e lartë si material elektrodë negative; për të parandaluar kërcënimin e rrymës së lartë të energjisë për sigurinë e baterisë gjatë karikimit të shpejtë, Weihong Power Kombinon elektrolitin që nuk digjet, teknologjinë e diafragmës me porozitet të lartë dhe me përshkueshmëri të lartë dhe teknologjinë e lëngut të kontrollit termik inteligjent STL, mund të sigurojë sigurinë e baterisë kur bateria ngarkohet shpejt.

Në vitin 2017, ajo njoftoi një gjeneratë të re të baterive me densitet të lartë të energjisë, duke përdorur materiale katodë litium manganat me kapacitet dhe fuqi të lartë, me një densitet të vetëm energjie prej 170 wh/kg dhe duke arritur karikim të shpejtë 15-minutësh. Qëllimi është të merren parasysh çështjet e jetës dhe sigurisë.

Zhuhai Yinlong

Anoda e titanatit të litiumit është e njohur për gamën e saj të gjerë të temperaturës së funksionimit dhe shkallën e madhe të ngarkimit-shkarkimit. Nuk ka të dhëna të qarta për metodat specifike teknike. Duke folur me stafin në ekspozitë, thuhet se ngarkimi i shpejtë i tij mund të arrijë 10 gradë Celsius dhe jetëgjatësia është 20,000 herë.

E ardhmja e teknologjisë së karikimit të shpejtë

Nëse teknologjia e karikimit të shpejtë të automjeteve elektrike është një drejtim historik apo një fenomen jetëshkurtër, në fakt, tani ka mendime të ndryshme dhe nuk ka asnjë përfundim. Si një metodë alternative për të zgjidhur ankthin e kilometrazhit, ajo konsiderohet në të njëjtën platformë me densitetin e energjisë së baterisë dhe koston e përgjithshme të automjetit.

Dendësia e energjisë dhe performanca e ngarkimit të shpejtë, në të njëjtën bateri, mund të thuhet se janë dy drejtime të papajtueshme dhe nuk mund të arrihen në të njëjtën kohë. Ndjekja e densitetit të energjisë së baterisë është aktualisht kryesore. Kur densiteti i energjisë është mjaft i lartë dhe kapaciteti i baterisë së një automjeti është mjaftueshëm i madh për të parandaluar të ashtuquajturin “ankth në distancë”, kërkesa për performancën e karikimit të shpejtësisë së baterisë do të reduktohet; në të njëjtën kohë, nëse fuqia e baterisë është e madhe, nëse kostoja e baterisë për kilovat-orë nuk është mjaft e ulët, atëherë a është e nevojshme? Blerja e energjisë elektrike nga Ding Kemao, e cila është e mjaftueshme për “jo ankth” kërkon që konsumatorët të bëjnë një zgjedhje. Nëse mendoni për këtë, karikimi i shpejtë ka vlerë. Një këndvështrim tjetër është kostoja e objekteve të karikimit të shpejtë, e cila natyrisht është pjesë e kostos së të gjithë shoqërisë për të nxitur elektrifikimin.

Nëse teknologjia e karikimit të shpejtë mund të promovohet në një shkallë të gjerë, densiteti i energjisë dhe teknologjia e karikimit të shpejtë që zhvillohet shpejt, dhe dy teknologjitë që ulin kostot, mund të luajnë një rol vendimtar në të ardhmen e saj.