Ang mga bateryang Lithium-ion ay tinatawag na “rocking chair-type” na mga baterya. Ang mga naka-charge na ion ay gumagalaw sa pagitan ng mga positibo at negatibong electrodes upang maisakatuparan ang paglilipat ng singil at pagbibigay ng kapangyarihan sa mga panlabas na circuit o singil mula sa isang panlabas na pinagmumulan ng kuryente.

Sa panahon ng tiyak na proseso ng pagsingil, ang panlabas na boltahe ay inilalapat sa dalawang pole ng baterya, at ang mga lithium ions ay nakuha mula sa positibong materyal ng elektrod at pumasok sa electrolyte. Kasabay nito, ang labis na mga electron ay dumadaan sa positibong kasalukuyang kolektor at lumipat sa negatibong elektrod sa pamamagitan ng panlabas na circuit; ang mga lithium ions ay nasa electrolyte. Ito ay gumagalaw mula sa positibong elektrod patungo sa negatibong elektrod, na dumadaan sa dayapragm patungo sa negatibong elektrod; ang SEI film na dumadaan sa ibabaw ng negatibong elektrod ay naka-embed sa graphite layered na istraktura ng negatibong elektrod at pinagsama sa mga electron.

Sa buong operasyon ng mga ions at electron, ang istraktura ng baterya na nakakaapekto sa paglipat ng singil, electrochemical man o pisikal, ay makakaapekto sa pagganap ng mabilis na pagsingil.

Ang mga kinakailangan ng mabilis na pagsingil para sa lahat ng bahagi ng baterya

Tungkol sa mga baterya, kung gusto mong pagbutihin ang pagganap ng kapangyarihan, dapat kang magtrabaho nang husto sa lahat ng aspeto ng baterya, kabilang ang positibong elektrod, negatibong elektrod, electrolyte, separator, at disenyo ng istruktura.

positibong elektrod

Sa katunayan, halos lahat ng mga uri ng mga materyales ng cathode ay maaaring gamitin upang gumawa ng mabilis na pag-charge ng mga baterya. Kabilang sa mga mahalagang katangian na ginagarantiyahan ang conductivity (bawasan ang panloob na resistensya), diffusion (tiyakin ang reaction kinetics), buhay (huwag ipaliwanag), at kaligtasan (huwag ipaliwanag), Wastong pagpoproseso ng pagganap (ang partikular na lugar sa ibabaw ay hindi dapat masyadong malaki upang mabawasan ang mga side reaction at magsilbi sa kaligtasan).

Siyempre, maaaring magkakaiba ang mga problemang lulutasin para sa bawat partikular na materyal, ngunit maaaring matugunan ng aming mga karaniwang materyales ng cathode ang mga kinakailangang ito sa pamamagitan ng serye ng mga pag-optimize, ngunit iba rin ang iba’t ibang materyales:

A. Ang lithium iron phosphate ay maaaring mas nakatuon sa paglutas ng mga problema ng conductivity at mababang temperatura. Ang pagdadala ng carbon coating, katamtamang nanoization (tandaan na ito ay katamtaman, tiyak na hindi isang simpleng lohika na mas pino ang mas mahusay), at ang pagbuo ng mga konduktor ng ion sa ibabaw ng mga particle ay ang pinaka-karaniwang mga diskarte.

B. Ang ternary material mismo ay may medyo magandang electrical conductivity, ngunit ang reaktibiti nito ay masyadong mataas, kaya ang ternary materials ay bihirang magsagawa ng nano-scale work (nano-ization ay hindi panlunas sa panlunas sa lahat sa pagpapabuti ng pagganap ng materyal, lalo na sa larangan ng mga baterya Minsan ay maraming anti-uses sa China), at higit na binibigyang pansin ang kaligtasan at pagsugpo sa mga side reaction (na may electrolyte). Pagkatapos ng lahat, ang kasalukuyang buhay ng mga ternary na materyales ay nasa kaligtasan, at ang kamakailang mga aksidente sa kaligtasan ng baterya ay madalas ding naganap. Ilagay ang mas mataas na mga kinakailangan.

C. Ang Lithium manganate ay mas mahalaga sa mga tuntunin ng buhay ng serbisyo. Mayroon ding maraming lithium manganate-based fast-charge na baterya sa merkado.

negatibong elektrod

Kapag naka-charge ang lithium-ion na baterya, lumilipat ang lithium sa negatibong electrode. Ang sobrang mataas na potensyal na dulot ng mabilis na pag-charge at malaking current ay magiging sanhi ng negatibong electrode potential na maging mas negatibo. Sa oras na ito, ang presyon ng negatibong elektrod upang mabilis na tanggapin ang lithium ay tataas, at ang pagkahilig na bumuo ng mga lithium dendrite ay tataas. Samakatuwid, ang negatibong elektrod ay hindi lamang dapat masiyahan ang pagsasabog ng lithium sa panahon ng mabilis na pagsingil. Ang mga kinetics na kinakailangan ng baterya ng lithium ion ay dapat ding malutas ang problema sa kaligtasan na dulot ng tumaas na ugali ng mga lithium dendrite. Samakatuwid, ang mahalagang teknikal na kahirapan ng fast charging core ay ang pagpasok ng mga lithium ions sa negatibong elektrod.

A. Sa kasalukuyan, ang nangingibabaw na negatibong materyal na elektrod sa merkado ay grapayt pa rin (nagsasaalang-alang ng halos 90% ng bahagi ng merkado). Ang pangunahing dahilan ay mura, at ang komprehensibong pagganap ng pagproseso at density ng enerhiya ng grapayt ay medyo maganda, na may kaunting mga pagkukulang. . Siyempre, mayroon ding mga problema sa negatibong elektrod ng grapayt. Ang ibabaw ay medyo sensitibo sa electrolyte, at ang reaksyon ng intercalation ng lithium ay may malakas na direksyon. Samakatuwid, mahalagang magtrabaho nang husto upang mapabuti ang katatagan ng istruktura ng ibabaw ng grapayt at itaguyod ang pagsasabog ng mga lithium ions sa substrate. direksyon.

B. Ang mga hard carbon at soft carbon na materyales ay nakakita rin ng maraming pag-unlad sa mga nakaraang taon: ang mga hard carbon na materyales ay may mataas na potensyal na pagpasok ng lithium at may mga micropores sa mga materyales, kaya maganda ang reaction kinetics; at ang mga soft carbon na materyales ay may mahusay na compatibility sa electrolyte, MCMB Ang mga materyales ay napakarepresenta din, ngunit ang mga hard at soft carbon na materyales ay karaniwang mababa ang kahusayan at mataas ang gastos (at isipin na ang grapayt ay parehong mura, natatakot ako na ito ay hindi umaasa mula sa isang pang-industriya na pananaw), kaya ang kasalukuyang pagkonsumo ay mas mababa kaysa sa grapayt, at mas ginagamit sa ilang mga specialty Sa baterya.

C. Paano ang tungkol sa lithium titanate? Sa madaling sabi: ang mga bentahe ng lithium titanate ay mataas na power density, mas ligtas, at halatang kawalan. Napakababa ng density ng enerhiya, at mataas ang gastos kapag kinakalkula ng Wh. Samakatuwid, ang pananaw ng baterya ng lithium titanate ay isang kapaki-pakinabang na teknolohiya na may mga pakinabang sa mga partikular na okasyon, ngunit hindi ito angkop para sa maraming okasyon na nangangailangan ng mataas na gastos at saklaw ng cruising.

Ang mga materyales ng Silicon anode ay isang mahalagang direksyon ng pag-unlad, at ang bagong 18650 na baterya ng Panasonic ay nagsimula sa komersyal na proseso ng mga naturang materyales. Gayunpaman, kung paano makamit ang balanse sa pagitan ng pagtugis ng pagganap ng nanometer at ang pangkalahatang mga kinakailangan sa antas ng micron ng mga materyales na nauugnay sa industriya ng baterya ay isang mas mahirap na gawain.

Dayapragm

Tungkol sa mga power-type na baterya, ang high-current na operasyon ay nagpapataw ng mas mataas na mga kinakailangan sa kanilang kaligtasan at habang-buhay. Hindi maiiwasan ang teknolohiya ng diaphragm coating. Ang mga ceramic coated diaphragms ay mabilis na itinutulak palabas dahil sa kanilang mataas na kaligtasan at ang kakayahang kumonsumo ng mga impurities sa electrolyte. Sa partikular, ang epekto ng pagpapabuti ng kaligtasan ng mga ternary na baterya ay partikular na makabuluhan.

Ang pinakamahalagang sistema na kasalukuyang ginagamit para sa mga ceramic diaphragms ay ang paglalagay ng mga particle ng alumina sa ibabaw ng tradisyonal na diaphragms. Ang isang medyo bagong paraan ay ang paglalagay ng solid electrolyte fibers sa diaphragm. Ang ganitong mga diaphragms ay may mas mababang panloob na resistensya, at ang mekanikal na epekto ng suporta ng fiber-related diaphragms ay mas mahusay. Napakahusay, at mayroon itong mas mababang ugali na harangan ang mga pores ng diaphragm sa panahon ng serbisyo.

Pagkatapos ng patong, ang dayapragm ay may mahusay na katatagan. Kahit na medyo mataas ang temperatura, hindi madaling lumiit at mag-deform at magdulot ng short circuit. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. suportado ng teknikal na suporta ng Nan Cewen research group ng School of Materials and Materials ng Tsinghua University ay may ilang kinatawan sa bagay na ito. Gumagana, ang dayapragm ay ipinapakita sa figure sa ibaba.

Electrolyte

Ang electrolyte ay may malaking impluwensya sa pagganap ng mabilis na pag-charge ng mga baterya ng lithium-ion. Upang matiyak ang katatagan at kaligtasan ng baterya sa ilalim ng mabilis na pag-charge at mataas na kasalukuyang, ang electrolyte ay dapat matugunan ang mga sumusunod na katangian: A) hindi maaaring mabulok, B) mataas na conductivity, at C) ay hindi gumagalaw sa positibo at negatibong mga materyales. Mag-react o matunaw.

Kung nais mong matugunan ang mga kinakailangang ito, ang susi ay ang paggamit ng mga additives at functional electrolytes. Halimbawa, ang kaligtasan ng mga ternary fast-charging na baterya ay lubhang naaapektuhan nito, at kinakailangang magdagdag ng iba’t ibang anti-high-temperature, flame-retardant, at anti-overcharge additives sa mga ito upang mapabuti ang kaligtasan nito sa isang tiyak na lawak. Ang luma at mahirap na problema ng mga baterya ng lithium titanate, ang mataas na temperatura ng utot, ay kailangan ding pagbutihin ng mataas na temperatura na functional electrolyte.

Disenyo ng istraktura ng baterya

Ang karaniwang diskarte sa pag-optimize ay ang stacked VS winding type. Ang mga electrodes ng nakasalansan na baterya ay katumbas ng isang parallel na relasyon, at ang paikot-ikot na uri ay katumbas ng isang serye na koneksyon. Samakatuwid, ang panloob na paglaban ng dating ay mas maliit at ito ay mas angkop para sa uri ng kapangyarihan. okasyon.

Bilang karagdagan, ang mga pagsisikap ay maaaring gawin sa bilang ng mga tab upang malutas ang mga problema ng panloob na paglaban at pag-aalis ng init. Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga high-conductivity electrode na materyales, paggamit ng mas maraming conductive agent, at coating thinner electrodes ay mga diskarte din na maaaring isaalang-alang.

Sa madaling sabi, ang mga salik na nakakaapekto sa paggalaw ng singil sa loob ng baterya at ang rate ng pagpasok ng mga butas ng elektrod ay makakaapekto sa mabilis na kakayahang mag-charge ng mga baterya ng lithium-ion.

Pangkalahatang-ideya ng mga ruta ng teknolohiya ng mabilis na pagsingil para sa mga pangunahing tagagawa

Panahon ni Ningde

Tungkol sa positibong elektrod, binuo ng CATL ang teknolohiyang “super electronic network”, na ginagawang ang lithium iron phosphate ay may mahusay na electronic conductivity; sa negatibong electrode graphite surface, ang teknolohiyang “fast ion ring” ay ginagamit upang baguhin ang graphite, at ang binagong graphite ay isinasaalang-alang ang parehong super fast charging at mataas. mga produkto sa panahon ng mabilis na pag-charge, upang magkaroon ito ng 4-5C na kapasidad ng mabilis na pag-charge, na natatanto ang 10-15 minutong mabilis na pag-charge at pag-charge, at masisiguro ang density ng enerhiya ng antas ng system na higit sa 70wh/kg, na nakakamit ng 10,000 Cycle life.

Sa mga tuntunin ng thermal management, ganap na kinikilala ng thermal management system nito ang “healthy charging interval” ng fixed chemical system sa iba’t ibang temperatura at SOC, na lubos na nagpapalawak sa operating temperature ng mga lithium-ion na baterya.

Waterma

Hindi gaanong magaling ang Waterma lately, pag-usapan na lang natin ang teknolohiya. Gumagamit ang Waterma ng lithium iron phosphate na may mas maliit na laki ng particle. Sa kasalukuyan, ang karaniwang lithium iron phosphate sa merkado ay may laki ng particle sa pagitan ng 300 at 600 nm, habang ang Waterma ay gumagamit lamang ng 100 hanggang 300 nm lithium iron phosphate, kaya ang mga lithium ions ay magkakaroon ng Mas mabilis ang bilis ng paglipat, mas malaki ang kasalukuyang sinisingil at pinalabas. Para sa mga system maliban sa mga baterya, palakasin ang disenyo ng mga thermal management system at kaligtasan ng system.

Power ng Micro

Noong mga unang araw, pinili ng Weihong Power ang lithium titanate + porous composite carbon na may spinel structure na makatiis sa mabilis na pag-charge at high current bilang negatibong electrode material; upang maiwasan ang banta ng high power current sa kaligtasan ng baterya habang mabilis na nagcha-charge, Weihong Power Combining non-burning electrolyte, high-porosity at high-permeability diaphragm technology at STL intelligent thermal control fluid technology, masisiguro nito ang kaligtasan ng baterya kapag mabilis na na-charge ang baterya.

Noong 2017, nag-anunsyo ito ng bagong henerasyon ng mga high-energy density na baterya, gamit ang high-capacity at high-power lithium manganate cathode na materyales, na may iisang energy density na 170wh/kg, at nakakakuha ng 15 minutong mabilis na pagsingil. Ang layunin ay isaalang-alang ang mga isyu sa buhay at kaligtasan.

Zhuhai Yinlong

Ang Lithium titanate anode ay kilala sa malawak nitong hanay ng temperatura ng pagpapatakbo at malaking rate ng paglabas ng singil. Walang malinaw na data sa mga partikular na teknikal na pamamaraan. Sa pakikipag-usap sa mga tauhan sa exhibit, sinasabing ang mabilis nitong singil ay makakamit ng 10C at ang life span ay 20,000 beses.

Ang hinaharap ng teknolohiya ng mabilis na pag-charge

Kung ang teknolohiya ng mabilis na pagsingil ng mga de-koryenteng sasakyan ay isang makasaysayang direksyon o isang panandaliang kababalaghan, sa katunayan, may iba’t ibang mga opinyon ngayon, at walang konklusyon. Bilang alternatibong paraan upang malutas ang pagkabalisa sa mileage, isinasaalang-alang ito sa parehong platform na may density ng enerhiya ng baterya at pangkalahatang gastos ng sasakyan.

Ang density ng enerhiya at pagganap ng mabilis na pagsingil, sa parehong baterya, ay masasabing dalawang hindi magkatugma na direksyon at hindi maaaring makamit sa parehong oras. Ang pagtugis sa density ng enerhiya ng baterya ay kasalukuyang pangunahing. Kapag ang densidad ng enerhiya ay sapat na mataas at ang kapasidad ng baterya ng isang sasakyan ay sapat na malaki upang maiwasan ang tinatawag na “range anxiety”, ang pangangailangan para sa pagganap ng pagsingil sa rate ng baterya ay mababawasan; sa parehong oras, kung ang lakas ng baterya ay malaki, kung ang halaga ng baterya bawat kilowatt-hour ay hindi sapat na mababa, kung gayon kinakailangan ba ito? Ang pagbili ni Ding Kemao ng kuryente na sapat para sa “hindi pagkabalisa” ay nangangailangan ng mga mamimili na pumili. Kung iisipin mo, may halaga ang mabilis na pag-charge. Ang isa pang punto ng view ay ang halaga ng mga fast charging facility, na siyempre ay bahagi ng gastos ng buong lipunan upang isulong ang elektripikasyon.

Kung ang teknolohiya ng mabilis na pag-charge ay maaaring i-promote sa isang malaking sukat, ang densidad ng enerhiya at teknolohiya ng mabilis na pag-charge na mabilis na umuunlad, at ang dalawang teknolohiyang nagbabawas ng mga gastos, ay maaaring gumanap ng isang mapagpasyang papel sa hinaharap nito.