Litiumjonbatterier kallas “gungstolsbatterier”. Laddade joner rör sig mellan de positiva och negativa elektroderna för att realisera laddningsöverföring och leverera ström till externa kretsar eller laddning från en extern strömkälla.

Under den specifika laddningsprocessen appliceras den externa spänningen på batteriets två poler, och litiumjonerna extraheras från det positiva elektrodmaterialet och går in i elektrolyten. Samtidigt passerar överskottselektroner genom den positiva strömkollektorn och flyttar till den negativa elektroden genom den externa kretsen; litiumjonerna finns i elektrolyten. Den rör sig från den positiva elektroden till den negativa elektroden och passerar genom membranet till den negativa elektroden; SEI-filmen som passerar genom ytan av den negativa elektroden är inbäddad i den grafitskiktade strukturen av den negativa elektroden och kombineras med elektroner.

Under driften av joner och elektroner kommer batteristrukturen som påverkar laddningsöverföringen, vare sig den är elektrokemisk eller fysisk, att påverka snabbladdningsprestandan.

The requirements of fast charging for all parts of the battery

När det gäller batterier, om du vill förbättra kraftprestanda, måste du arbeta hårt i alla aspekter av batteriet, inklusive den positiva elektroden, den negativa elektroden, elektrolyten, separatorn och den strukturella designen.

positiv elektrod

Faktum är att nästan alla typer av katodmaterial kan användas för att göra snabbladdningsbatterier. De viktiga egenskaper som ska garanteras inkluderar konduktivitet (minska inre resistans), diffusion (säkerställ reaktionskinetik), livslängd (förklara inte) och säkerhet (förklara inte), Korrekt bearbetningsprestanda (den specifika ytan bör inte vara för stor stor för att minska sidoreaktioner och tjäna säkerheten).

Naturligtvis kan problemen som ska lösas för varje specifikt material vara olika, men våra vanliga katodmaterial kan uppfylla dessa krav genom en rad optimeringar, men olika material är också olika:

A. Litiumjärnfosfat kan vara mer fokuserat på att lösa problemen med konduktivitet och låg temperatur. Att utföra kolbeläggning, måttlig nanoisering (observera att det är måttligt, det är definitivt inte en enkel logik att ju finare desto bättre) och bildandet av jonledare på partiklarnas yta är de mest typiska strategierna.

B. Det ternära materialet i sig har relativt god elektrisk ledningsförmåga, men dess reaktivitet är för hög, så ternära material utför sällan arbete i nanoskala (nano-isering är inte ett universalmedel-liknande motgift mot förbättring av materialprestanda, särskilt i område av batterier Det finns ibland många anti-användningar i Kina), och mer uppmärksamhet ägnas åt säkerhet och undertryckande av sidoreaktioner (med elektrolyt). När allt kommer omkring ligger den nuvarande livslängden för ternära material i säkerhet, och de senaste batterisäkerhetsolyckorna har också inträffat ofta. Ställ högre krav.

C. Litiummanganat är viktigare när det gäller livslängd. Det finns också många litiummanganatbaserade snabbladdningsbatterier på marknaden.

negativ elektrod

When a lithium-ion battery is charged, lithium migrates to the negative electrode. The excessively high potential caused by fast charging and large current will cause the negative electrode potential to be more negative. At this time, the pressure of the negative electrode to quickly accept lithium will increase, and the tendency to generate lithium dendrites will increase. Therefore, the negative electrode must not only satisfy the lithium diffusion during fast charging. The kinetics requirements of the lithium ion battery must also solve the safety problem caused by the increased tendency of lithium dendrites. Therefore, the important technical difficulty of the fast charging core is the insertion of lithium ions in the negative electrode.

A. At present, the dominant negative electrode material in the market is still graphite (accounting for about 90% of the market share). The fundamental reason is cheap, and the comprehensive processing performance and energy density of graphite are relatively good, with relatively few shortcomings. . Of course, there are also problems with the graphite negative electrode. The surface is relatively sensitive to the electrolyte, and the lithium intercalation reaction has a strong directionality. Therefore, it is important to work hard to improve the structural stability of the graphite surface and promote the diffusion of lithium ions on the substrate. direction.

B. Material av hårt kol och mjukt kol har också utvecklats mycket de senaste åren: hårda kolmaterial har hög potential för insättning av litium och har mikroporer i materialen, så reaktionskinetiken är god; och mjuka kolmaterial har god kompatibilitet med elektrolyt, MCMB Materialen är också mycket representativa, men hårda och mjuka kolmaterial har generellt låg effektivitet och höga kostnader (och tänk dig att grafit är lika billigt, jag är rädd att det inte är hoppfull ur industriell synvinkel), så den nuvarande förbrukningen är mycket mindre än grafit, och mer används i vissa specialiteter på batteriet.

C. How about lithium titanate? To put it briefly: the advantages of lithium titanate are high power density, safer, and obvious disadvantages. The energy density is very low, and the cost is high when calculated by Wh. Therefore, the viewpoint of lithium titanate battery is a useful technology with advantages in specific occasions, but it is not suitable for many occasions that require high cost and cruising range.

D. Silikonanodmaterial är en viktig utvecklingsriktning, och Panasonics nya 18650-batteri har påbörjat den kommersiella processen för sådana material. Men hur man uppnår en balans mellan strävan efter nanometerprestanda och de allmänna mikronnivåkraven för batteriindustrirelaterade material är fortfarande en mer utmanande uppgift.

Membran

När det gäller batterier av strömtyp ställer högströmsdrift högre krav på säkerhet och livslängd. Membranbeläggningsteknik kan inte kringgås. Keramiskt belagda membran trycks snabbt ut på grund av deras höga säkerhet och förmågan att konsumera föroreningar i elektrolyten. I synnerhet är effekten av att förbättra säkerheten för ternära batterier särskilt betydande.

Det viktigaste systemet som för närvarande används för keramiska membran är att belägga aluminiumoxidpartiklar på ytan av traditionella membran. En relativt ny metod är att belägga fasta elektrolytfibrer på diafragman. Sådana membran har lägre inre motstånd, och den mekaniska stödeffekten av fiberrelaterade membran är bättre. Utmärkt, och den har en lägre tendens att blockera membranporerna under service.

After coating, the diaphragm has good stability. Even if the temperature is relatively high, it is not easy to shrink and deform and cause a short circuit. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. supported by the technical support of the Nan Cewen research group of the School of Materials and Materials of Tsinghua University has some representative in this regard. Working, the diaphragm is shown in the figure below.

Elektrolyt

Elektrolyten har stor inverkan på prestandan hos snabbladdande litiumjonbatterier. För att säkerställa batteriets stabilitet och säkerhet under snabb laddning och hög ström, måste elektrolyten uppfylla följande egenskaper: A) kan inte brytas ned, B) hög ledningsförmåga och C) är inert mot de positiva och negativa materialen. Reagera eller lös upp.

Om du vill uppfylla dessa krav är nyckeln att använda tillsatser och funktionella elektrolyter. Till exempel påverkas säkerheten för ternära snabbladdningsbatterier kraftigt av det, och det är nödvändigt att lägga till olika anti-högtemperatur-, flamskyddsmedel och anti-överladdningstillsatser till dem för att förbättra säkerheten i viss utsträckning. Det gamla och svåra problemet med litiumtitanatbatterier, gasbildning vid hög temperatur, måste också förbättras med högtemperaturfunktionell elektrolyt.

Batteristruktur design

En typisk optimeringsstrategi är den staplade VS-lindningstypen. Elektroderna i det staplade batteriet är ekvivalenta med ett parallellt förhållande, och lindningstypen är ekvivalent med en seriekoppling. Därför är det inre motståndet hos den förra mycket mindre och det är mer lämpligt för krafttypen. tillfälle.

Dessutom kan ansträngningar göras på antalet flikar för att lösa problemen med inre motstånd och värmeavledning. Dessutom är användning av högkonduktiva elektrodmaterial, användning av mer ledande medel och beläggning av tunnare elektroder också strategier som kan övervägas.

Kort sagt, faktorerna som påverkar laddningsrörelsen i batteriet och hastigheten för införandet av elektrodhålen kommer att påverka den snabba laddningsförmågan hos litiumjonbatterier.

Översikt över snabbladdningsteknikvägar för vanliga tillverkare

Ningde era

När det gäller den positiva elektroden utvecklade CATL tekniken “superelektroniska nätverk”, som gör att litiumjärnfosfat har utmärkt elektronisk ledningsförmåga; på den negativa elektrodens grafityta används “snabba jonring”-teknologin för att modifiera grafiten, och den modifierade grafiten tar hänsyn till både supersnabb laddning och hög. Med egenskaperna energitäthet har den negativa elektroden inte längre överdriven bi- produkter under snabbladdning, så att den har 4-5C snabbladdningskapacitet, realiserar 10-15 minuters snabbladdning och laddning, och kan säkerställa energitätheten för systemnivån över 70wh/kg, vilket uppnår 10,000 XNUMX cykellivslängder.

När det gäller värmehantering känner dess värmeledningssystem till fullo igen det “hälsosamma laddningsintervallet” för det fasta kemiska systemet vid olika temperaturer och SOC, vilket kraftigt breddar drifttemperaturen för litiumjonbatterier.

Waterma

Waterma är inte så bra på sistone, låt oss bara prata om teknik. Waterma använder litiumjärnfosfat med mindre partikelstorlek. För närvarande har det vanliga litiumjärnfosfatet på marknaden en partikelstorlek mellan 300 och 600 nm, medan Waterma endast använder 100 till 300 nm litiumjärnfosfat, så litiumjoner kommer att ha Ju snabbare migrationshastighet, desto större kan strömmen vara laddas och laddas ur. För andra system än batterier, stärk utformningen av värmeledningssystem och systemsäkerhet.

Micro Power

I de tidiga dagarna valde Weihong Power litiumtitanat + poröst kompositkol med spinellstruktur som tål snabb laddning och hög ström som negativt elektrodmaterial; för att förhindra hotet om hög effektström till batterisäkerheten under snabbladdning, Weihong Power Kombinera icke-brännande elektrolyt, högporositet och högpermeabilitet membranteknologi och STL intelligent termisk kontrollvätsketeknik, kan det säkerställa batteriets säkerhet när batteriet laddas snabbt.

2017 tillkännagav den en ny generation av högenergidensitetsbatterier, som använder högkapacitets- och högeffekts litiummanganatkatodmaterial, med en enda energitäthet på 170wh/kg, och som uppnår 15 minuters snabbladdning. Målet är att ta hänsyn till livs- och säkerhetsfrågor.

Zhuhai Yinlong

Litiumtitanatanod är känd för sitt breda driftstemperaturområde och stora laddnings-urladdningshastighet. Det finns inga tydliga uppgifter om de specifika tekniska metoderna. När man pratar med personalen på utställningen sägs det att dess snabbladdning kan uppnå 10C och livslängden är 20,000 XNUMX gånger.

Framtiden för snabbladdningsteknik

Huruvida snabbladdningstekniken för elfordon är en historisk riktning eller ett kortlivat fenomen, i själva verket finns det olika åsikter nu, och det finns ingen slutsats. Som en alternativ metod för att lösa körsträcka ångest, övervägs den på samma plattform med batteriets energitäthet och totala fordonskostnad.

Energitäthet och snabbladdningsprestanda, i samma batteri, kan sägas vara två inkompatibla riktningar och kan inte uppnås samtidigt. Strävan efter batteritäthet är för närvarande mainstream. När energitätheten är tillräckligt hög och ett fordons batterikapacitet är tillräckligt stor för att förhindra den så kallade “räckviddsångesten”, kommer kravet på batteriladdningsprestanda att minska; samtidigt, om batterikapaciteten är stor, om batterikostnaden per kilowattimme inte är tillräckligt låg, är det då nödvändigt? Ding Kemaos köp av el som räcker för ”inte orolig” kräver att konsumenterna gör ett val. Om du tänker efter så har snabbladdning värde. En annan synpunkt är kostnaden för snabbladdningsanläggningar, som givetvis är en del av hela samhällets kostnad för att främja elektrifiering.

Huruvida snabbladdningstekniken kan främjas i stor skala, kan energitätheten och snabbladdningstekniken som utvecklas snabbt, och de två teknikerna som sänker kostnaderna, spela en avgörande roll i dess framtid.