แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเรียกว่าแบตเตอรี่แบบ “เก้าอี้โยก” ไอออนที่มีประจุจะเคลื่อนที่ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบเพื่อให้เกิดการถ่ายโอนประจุและจ่ายพลังงานให้กับวงจรภายนอกหรือประจุจากแหล่งพลังงานภายนอก

ในระหว่างกระบวนการชาร์จเฉพาะ แรงดันไฟฟ้าภายนอกจะถูกนำไปใช้กับสองขั้วของแบตเตอรี่ และลิเธียมไอออนจะถูกดึงออกจากวัสดุอิเล็กโทรดบวกและเข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ ในเวลาเดียวกันอิเล็กตรอนส่วนเกินจะผ่านตัวสะสมกระแสบวกและเคลื่อนไปยังขั้วลบผ่านวงจรภายนอก ลิเธียมไอออนอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ มันเคลื่อนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ผ่านไดอะแฟรมไปยังขั้วลบ ฟิล์ม SEI ที่ผ่านพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบนั้นฝังอยู่ในโครงสร้างชั้นกราไฟต์ของอิเล็กโทรดลบและรวมเข้ากับอิเล็กตรอน

ตลอดการทำงานของไอออนและอิเล็กตรอน โครงสร้างแบตเตอรี่ที่ส่งผลต่อการถ่ายโอนประจุ ไม่ว่าจะเป็นไฟฟ้าเคมีหรือกายภาพ จะส่งผลต่อประสิทธิภาพการชาร์จอย่างรวดเร็ว

ข้อกำหนดของการชาร์จอย่างรวดเร็วสำหรับทุกส่วนของแบตเตอรี่

เกี่ยวกับแบตเตอรี่ หากคุณต้องการปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน คุณต้องทำงานหนักในทุกด้านของแบตเตอรี่ รวมถึงอิเล็กโทรดบวก อิเล็กโทรดลบ อิเล็กโทรไลต์ ตัวคั่น และการออกแบบโครงสร้าง

อิเล็กโทรดบวก

อันที่จริง วัสดุแคโทดเกือบทุกชนิดสามารถนำมาใช้ทำแบตเตอรี่แบบชาร์จเร็วได้ คุณสมบัติที่สำคัญที่ต้องรับประกัน ได้แก่ การนำไฟฟ้า (ลดความต้านทานภายใน) การแพร่กระจาย (ให้แน่ใจว่าจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา) ชีวิต (ไม่อธิบาย) และความปลอดภัย (ไม่ต้องอธิบาย) ประสิทธิภาพการประมวลผลที่เหมาะสม (พื้นที่ผิวจำเพาะไม่ควรมากเกินไป เพื่อลดปฏิกิริยาข้างเคียงและให้บริการอย่างปลอดภัย)

แน่นอนว่า ปัญหาที่ต้องแก้ไขสำหรับวัสดุแต่ละชนิดอาจแตกต่างกัน แต่วัสดุแคโทดทั่วไปของเราสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้ผ่านชุดการปรับให้เหมาะสม แต่วัสดุที่แตกต่างกันก็แตกต่างกันเช่นกัน:

A. ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตอาจเน้นไปที่การแก้ปัญหาการนำไฟฟ้าและอุณหภูมิต่ำ การเคลือบคาร์บอน การทำให้เป็นนาโนในระดับปานกลาง (โปรดทราบว่าอยู่ในระดับปานกลาง ไม่ใช่ตรรกะง่ายๆ ที่ยิ่งละเอียดยิ่งดี) และการก่อตัวของตัวนำไอออนบนพื้นผิวของอนุภาคเป็นกลยุทธ์ทั่วไปที่สุด

B. วัสดุแบบไตรภาคนั้นมีการนำไฟฟ้าค่อนข้างดี แต่ปฏิกิริยาของมันสูงเกินไป ดังนั้นวัสดุที่ประกอบด้วยส่วนประกอบสามส่วนจึงไม่ค่อยทำงานในระดับนาโน (การทำให้เป็นนาโนไลเซชันไม่ใช่ยาแก้พิษที่คล้ายกับยาครอบจักรวาลสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน เขตข้อมูลของแบตเตอรี่ บางครั้งมีการป้องกันการใช้งานมากมายในประเทศจีน) และให้ความสำคัญกับความปลอดภัยและการปราบปรามปฏิกิริยาข้างเคียง (ด้วยอิเล็กโทรไลต์) มากขึ้น ท้ายที่สุดแล้ว อายุการใช้งานปัจจุบันของวัสดุที่ประกอบไปด้วยความปลอดภัย และอุบัติเหตุด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่เมื่อเร็วๆ นี้ก็เกิดขึ้นบ่อยครั้งเช่นกัน เสนอความต้องการที่สูงขึ้น

C. ลิเธียมแมงกาเนตมีความสำคัญมากกว่าในแง่ของอายุการใช้งาน นอกจากนี้ยังมีแบตเตอรี่ชาร์จเร็วที่ใช้ลิเธียมแมงกาเนตจำนวนมากในท้องตลาด

ขั้วลบ

เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ลิเธียมจะย้ายไปยังขั้วลบ ศักย์ไฟฟ้าที่สูงเกินไปที่เกิดจากการชาร์จอย่างรวดเร็วและกระแสไฟขนาดใหญ่จะทำให้ศักย์ไฟฟ้าลบมีค่าเป็นลบมากขึ้น ในเวลานี้ ความดันของอิเล็กโทรดลบเพื่อยอมรับลิเธียมอย่างรวดเร็วจะเพิ่มขึ้น และแนวโน้มที่จะสร้างลิเธียมเดนไดรต์จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นอิเล็กโทรดลบจะต้องไม่เพียงตอบสนองการกระจายลิเธียมในระหว่างการชาร์จอย่างรวดเร็ว ข้อกำหนดด้านจลนศาสตร์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังต้องแก้ปัญหาด้านความปลอดภัยที่เกิดจากแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นของลิเธียมเดนไดรต์ ดังนั้นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญของแกนการชาร์จที่รวดเร็วคือการแทรกลิเธียมไอออนในขั้วลบ

ก. ปัจจุบัน วัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบที่โดดเด่นในตลาดยังคงเป็นกราไฟต์ (คิดเป็นประมาณ 90% ของส่วนแบ่งตลาด) เหตุผลพื้นฐานคือราคาถูก และประสิทธิภาพการประมวลผลที่ครอบคลุมและความหนาแน่นของพลังงานของกราไฟท์นั้นค่อนข้างดี โดยมีข้อบกพร่องค่อนข้างน้อย . แน่นอนว่ายังมีปัญหากับขั้วลบกราไฟท์อีกด้วย พื้นผิวค่อนข้างไวต่ออิเล็กโทรไลต์ และปฏิกิริยาลิเธียมอินเตอร์คาเลชันมีทิศทางที่ชัดเจน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องทำงานหนักเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพทางโครงสร้างของพื้นผิวกราไฟท์และส่งเสริมการแพร่กระจายของลิเธียมไอออนบนฐาน ทิศทาง.

B. วัสดุคาร์บอนแข็งและคาร์บอนอ่อนได้เห็นการพัฒนามากมายในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา: วัสดุคาร์บอนแข็งมีศักยภาพในการแทรกลิเธียมสูง และมีรูพรุนขนาดเล็กในวัสดุ ดังนั้นจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาจึงดี และวัสดุคาร์บอนอ่อนเข้ากันได้ดีกับอิเล็กโทรไลต์ MCMB วัสดุก็เป็นตัวแทนเช่นกัน แต่วัสดุคาร์บอนแข็งและอ่อนโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพต่ำและมีราคาสูง (และลองนึกดูว่ากราไฟท์ราคาถูกเหมือนกันฉันกลัวว่าไม่ใช่ หวังจากมุมมองของอุตสาหกรรม) ดังนั้นการบริโภคในปัจจุบันจึงน้อยกว่ากราไฟท์และใช้ในแบตเตอรี่มากขึ้น

C. แล้วลิเธียมไททาเนตล่ะ? กล่าวโดยย่อ: ข้อดีของลิเธียมไททาเนตคือความหนาแน่นของพลังงานสูง ปลอดภัยกว่า และข้อเสียที่เห็นได้ชัด ความหนาแน่นของพลังงานต่ำมาก และค่าใช้จ่ายสูงเมื่อคำนวณโดย Wh ดังนั้นมุมมองของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนตจึงเป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์และมีข้อได้เปรียบในบางโอกาส แต่ไม่เหมาะสำหรับหลาย ๆ ครั้งที่ต้องใช้ต้นทุนสูงและระยะการล่องเรือ

D. วัสดุซิลิกอนแอโนดเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญ และแบตเตอรี่ 18650 ใหม่ของพานาโซนิคได้เริ่มกระบวนการเชิงพาณิชย์ของวัสดุดังกล่าวแล้ว อย่างไรก็ตาม การจะบรรลุความสมดุลระหว่างการแสวงหาประสิทธิภาพระดับนาโนเมตรและความต้องการทั่วไปในระดับไมครอนของวัสดุที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ยังคงเป็นงานที่ท้าทายยิ่งกว่า

กะบังลม

สำหรับแบตเตอรี่ประเภทพลังงาน การทำงานที่มีกระแสไฟสูงกำหนดให้มีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่สูงขึ้น เทคโนโลยีการเคลือบไดอะแฟรมไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ไดอะแฟรมเคลือบเซรามิกถูกผลักออกอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีความปลอดภัยสูงและความสามารถในการบริโภคสิ่งเจือปนในอิเล็กโทรไลต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลกระทบของการปรับปรุงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ไตรภาคมีความสำคัญอย่างยิ่ง

ระบบที่สำคัญที่สุดในปัจจุบันที่ใช้สำหรับไดอะแฟรมเซรามิกคือการเคลือบอนุภาคอลูมินาบนพื้นผิวของไดอะแฟรมแบบดั้งเดิม วิธีการที่ค่อนข้างใหม่คือการเคลือบเส้นใยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งบนไดอะแฟรม ไดอะแฟรมดังกล่าวมีความต้านทานภายในต่ำกว่า และผลการรองรับเชิงกลของไดอะแฟรมที่เกี่ยวข้องกับไฟเบอร์จะดีกว่า ดีเยี่ยม และมีแนวโน้มต่ำที่จะปิดกั้นรูพรุนของไดอะแฟรมระหว่างการใช้งาน

หลังการเคลือบไดอะแฟรมมีเสถียรภาพที่ดี แม้ว่าอุณหภูมิจะค่อนข้างสูง แต่ก็ไม่ง่ายที่จะหดตัวและทำให้เสียโฉมและทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. ได้รับการสนับสนุนจากการสนับสนุนทางเทคนิคของกลุ่มวิจัย Nan Cewen ของ School of Materials and Materials of Tsinghua University มีตัวแทนบางส่วนในเรื่องนี้ ไดอะแฟรมทำงานดังรูปด้านล่าง

อิเล็กโทร

อิเล็กโทรไลต์มีอิทธิพลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ชาร์จเร็ว เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ภายใต้การชาร์จอย่างรวดเร็วและกระแสไฟสูง อิเล็กโทรไลต์ต้องมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: A) ไม่สามารถย่อยสลายได้ B) ค่าการนำไฟฟ้าสูงและ C) เฉื่อยต่อวัสดุที่เป็นบวกและลบ ทำปฏิกิริยาหรือละลาย

หากคุณต้องการปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้ สิ่งสำคัญคือการใช้สารเติมแต่งและอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้งานได้ ตัวอย่างเช่น ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ที่ชาร์จเร็วแบบไตรภาคได้รับผลกระทบอย่างมาก และจำเป็นต้องเพิ่มสารป้องกันอุณหภูมิสูง สารหน่วงไฟ และป้องกันการโอเวอร์ชาร์จเพื่อเพิ่มความปลอดภัยในระดับหนึ่ง ปัญหาที่เก่าและยากของแบตเตอรี่ลิเธียมไททาเนต คือ อาการท้องอืดที่อุณหภูมิสูง ยังต้องปรับปรุงด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง

การออกแบบโครงสร้างแบตเตอรี่

กลยุทธ์การปรับให้เหมาะสมโดยทั่วไปคือประเภท VS ม้วนซ้อน อิเล็กโทรดของแบตเตอรี่แบบเรียงซ้อนจะเทียบเท่ากับความสัมพันธ์แบบขนาน และประเภทการม้วนจะเทียบเท่ากับการเชื่อมต่อแบบอนุกรม ดังนั้นความต้านทานภายในของอดีตจึงน้อยกว่ามากและเหมาะสำหรับประเภทกำลังมากกว่า โอกาส.

นอกจากนี้ยังสามารถใช้ความพยายามกับจำนวนแท็บเพื่อแก้ปัญหาความต้านทานภายในและการกระจายความร้อน นอกจากนี้ การใช้วัสดุอิเล็กโทรดที่มีการนำไฟฟ้าสูง การใช้สารนำไฟฟ้ามากขึ้น และอิเล็กโทรดเคลือบทินเนอร์ก็เป็นกลยุทธ์ที่สามารถนำมาพิจารณาได้เช่นกัน

กล่าวโดยสรุป ปัจจัยที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของประจุภายในแบตเตอรี่และอัตราการเสียบรูอิเล็กโทรดจะส่งผลต่อความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็วของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ภาพรวมของเส้นทางเทคโนโลยีการชาร์จอย่างรวดเร็วสำหรับผู้ผลิตหลัก

ยุคหนิงเต๋อ

เกี่ยวกับขั้วไฟฟ้าบวก CATL ได้พัฒนาเทคโนโลยี “เครือข่ายซุปเปอร์อิเล็กทรอนิกส์” ซึ่งทำให้ลิเธียมโซเดียมฟอสเฟตมีการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม บนพื้นผิวกราไฟท์ขั้วลบ เทคโนโลยี “วงแหวนไอออนเร็ว” ใช้ในการปรับเปลี่ยนกราไฟท์ และกราไฟท์ที่ดัดแปลงนั้นคำนึงถึงการชาร์จที่เร็วมากและสูง ด้วยลักษณะของความหนาแน่นของพลังงาน อิเล็กโทรดเชิงลบจะไม่มีส่วนเกินอีกต่อไปโดย- ผลิตภัณฑ์ระหว่างการชาร์จอย่างรวดเร็ว เพื่อให้มีความจุในการชาร์จอย่างรวดเร็ว 4-5C โดยสามารถชาร์จและชาร์จได้เร็ว 10-15 นาที และสามารถรับประกันความหนาแน่นของพลังงานของระดับระบบที่สูงกว่า 70wh/kg ได้ถึง 10,000 รอบอายุการใช้งาน

ในแง่ของการจัดการความร้อน ระบบจัดการระบายความร้อนจะรับรู้อย่างเต็มที่ถึง “ช่วงการชาร์จที่เหมาะสม” ของระบบเคมีแบบตายตัวที่อุณหภูมิและ SOC ต่างกัน ซึ่งจะช่วยขยายอุณหภูมิการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อย่างมาก

วอเตอร์ม่า

Waterma ไม่ค่อยดีช่วงนี้ มาพูดถึงเทคโนโลยีกันดีกว่า Waterma ใช้ลิเธียมไอรอนฟอสเฟตที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่า ในปัจจุบัน ลิเธียมโซเดียมฟอสเฟตทั่วไปในตลาดมีขนาดอนุภาคระหว่าง 300 ถึง 600 นาโนเมตร ในขณะที่ Waterma ใช้ลิเธียมโซเดียมฟอสเฟตเพียง 100 ถึง 300 นาโนเมตร ดังนั้นลิเธียมไอออนจะมีความเร็วการย้ายที่เร็วขึ้น กระแสไฟก็จะยิ่งมากขึ้น เรียกเก็บเงินและปลดประจำการ สำหรับระบบอื่นๆ ที่ไม่ใช่แบตเตอรี่ ให้เสริมความแข็งแกร่งให้กับการออกแบบระบบจัดการระบายความร้อนและความปลอดภัยของระบบ

ไมโครเพาเวอร์

ในช่วงแรก Weihong Power เลือกลิเธียมไททาเนต + คาร์บอนคอมโพสิตที่มีรูพรุนพร้อมโครงสร้างนิลที่สามารถทนต่อการชาร์จอย่างรวดเร็วและกระแสไฟสูงเป็นวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ เพื่อป้องกันภัยคุกคามจากกระแสไฟสูงเพื่อความปลอดภัยของแบตเตอรี่ในระหว่างการชาร์จอย่างรวดเร็ว Weihong Power รวมอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่เผาไหม้เทคโนโลยีไดอะแฟรมที่มีความพรุนสูงและมีการซึมผ่านสูงและเทคโนโลยีของเหลวควบคุมความร้อนอัจฉริยะ STL ทำให้มั่นใจได้ถึงความปลอดภัยของแบตเตอรี่ เมื่อชาร์จแบตเตอรี่อย่างรวดเร็ว

ในปี 2017 ทางบริษัทได้ประกาศเปิดตัวแบตเตอรี่ความหนาแน่นพลังงานสูงรุ่นใหม่ โดยใช้วัสดุลิเธียมแมงกาเนตแคโทดความจุสูงและกำลังสูง โดยมีความหนาแน่นพลังงานเดียว 170wh/กก. และบรรลุการชาร์จอย่างรวดเร็ว 15 นาที เป้าหมายคือคำนึงถึงปัญหาชีวิตและความปลอดภัย

จูไห่ หยินหลง

แอโนดลิเธียมไททาเนตเป็นที่รู้จักสำหรับช่วงอุณหภูมิการทำงานที่กว้างและอัตราการคายประจุที่มาก ไม่มีข้อมูลที่ชัดเจนเกี่ยวกับวิธีการทางเทคนิคเฉพาะ พูดคุยกับเจ้าหน้าที่ที่นิทรรศการ ว่ากันว่าการชาร์จอย่างรวดเร็วสามารถบรรลุ 10C และช่วงชีวิตคือ 20,000 ครั้ง

อนาคตของเทคโนโลยีการชาร์จเร็ว

ไม่ว่าเทคโนโลยีการชาร์จอย่างรวดเร็วของรถยนต์ไฟฟ้าจะเป็นทิศทางประวัติศาสตร์หรือปรากฏการณ์อายุสั้น อันที่จริง มีความคิดเห็นที่แตกต่างกันในขณะนี้ และไม่มีข้อสรุป อีกวิธีหนึ่งในการแก้ปัญหาความกังวลเรื่องระยะทาง ถือว่าใช้แพลตฟอร์มเดียวกันกับความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่และค่าใช้จ่ายโดยรวมของรถ

ความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพการชาร์จอย่างรวดเร็วในแบตเตอรี่เดียวกัน อาจกล่าวได้ว่าเป็นสองทิศทางที่เข้ากันไม่ได้และไม่สามารถทำได้พร้อมกัน การแสวงหาความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่เป็นกระแสหลักในปัจจุบัน เมื่อความหนาแน่นของพลังงานสูงเพียงพอและความจุของแบตเตอรี่ของรถยนต์มีขนาดใหญ่พอที่จะป้องกัน “ความวิตกกังวลช่วง” ที่เรียกว่า ความต้องการประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่จะลดลง ในเวลาเดียวกัน หากแบตเตอรี่มีพลังงานมาก หากราคาแบตเตอรี่ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงยังต่ำพอ จำเป็นหรือไม่? การซื้อไฟฟ้าของ Ding Kemao ที่เพียงพอสำหรับ “ไม่วิตกกังวล” ทำให้ผู้บริโภคต้องตัดสินใจเลือก หากคุณคิดเกี่ยวกับมัน การชาร์จอย่างรวดเร็วมีค่า อีกมุมมองหนึ่งคือค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ชาร์จแบบเร็ว ซึ่งแน่นอนว่าเป็นส่วนหนึ่งของค่าใช้จ่ายของสังคมทั้งหมดเพื่อส่งเสริมการใช้พลังงานไฟฟ้า

ไม่ว่าเทคโนโลยีการชาร์จอย่างรวดเร็วจะสามารถส่งเสริมในขนาดใหญ่ได้หรือไม่ ความหนาแน่นของพลังงานและเทคโนโลยีการชาร์จอย่างรวดเร็วที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว และเทคโนโลยีทั้งสองที่ลดต้นทุนลง อาจมีบทบาทชี้ขาดในอนาคต