Lityum iyon pillere “sallanan sandalye tipi” piller denir. Yüklü iyonlar, yük transferini gerçekleştirmek ve harici devrelere güç sağlamak veya harici bir güç kaynağından şarj etmek için pozitif ve negatif elektrotlar arasında hareket eder.

Spesifik şarj işlemi sırasında, pilin iki kutbuna harici voltaj uygulanır ve lityum iyonları pozitif elektrot malzemesinden çıkarılır ve elektrolite girer. Aynı zamanda, fazla elektronlar pozitif akım toplayıcıdan geçer ve harici devre yoluyla negatif elektrota hareket eder; lityum iyonları elektrolit içindedir. Diyaframdan negatif elektrota geçerek pozitif elektrottan negatif elektrota hareket eder; negatif elektrot yüzeyinden geçen SEI filmi, negatif elektrotun grafit katmanlı yapısına gömülür ve elektronlarla birleşir.

İyonların ve elektronların çalışması boyunca, ister elektrokimyasal ister fiziksel olsun, şarj transferini etkileyen pil yapısı hızlı şarj performansını etkileyecektir.

Pilin tüm parçaları için hızlı şarj gereksinimleri

Pillerle ilgili olarak, güç performansını artırmak istiyorsanız, pozitif elektrot, negatif elektrot, elektrolit, ayırıcı ve yapısal tasarım dahil olmak üzere pilin tüm yönlerinde çok çalışmalısınız.

pozitif elektrot

Aslında, hızlı şarjlı piller yapmak için hemen hemen her türlü katot malzemesi kullanılabilir. Garanti edilecek önemli özellikler arasında iletkenlik (iç direnci azaltır), difüzyon (reaksiyon kinetiğini sağlar), ömür (açıklamayın) ve güvenlik (açıklamayın), Uygun işleme performansı (belirli yüzey alanı çok fazla olmamalıdır) yer alır. yan reaksiyonları azaltmak ve güvenliği sağlamak için büyük).

Elbette, her özel malzeme için çözülmesi gereken problemler farklı olabilir, ancak ortak katot malzemelerimiz bir dizi optimizasyon yoluyla bu gereksinimleri karşılayabilir, ancak farklı malzemeler de farklıdır:

A. Lityum demir fosfat, iletkenlik ve düşük sıcaklık problemlerini çözmeye daha fazla odaklanmış olabilir. Karbon kaplama yapmak, orta derecede nanoizasyon (orta derecede olduğunu unutmayın, kesinlikle basit bir mantık değildir, ne kadar ince olursa o kadar iyidir) ve parçacıkların yüzeyinde iyon iletkenlerinin oluşturulması en tipik stratejilerdir.

B. Üçlü malzemenin kendisi nispeten iyi bir elektriksel iletkenliğe sahiptir, ancak reaktivitesi çok yüksektir, bu nedenle üçlü malzemeler nadiren nano ölçekli işler yürütür (nano-izasyon, özellikle malzeme performansının iyileştirilmesi için her derde deva panzehir değildir). pillerin alanı Çin’de bazen birçok anti-kullanım vardır ve yan reaksiyonların (elektrolit ile) güvenliğine ve bastırılmasına daha fazla dikkat edilir. Sonuçta, üçlü malzemelerin mevcut ömrü güvenlikte yatmaktadır ve son zamanlarda pil güvenliği kazaları da sıklıkla meydana gelmiştir. Daha yüksek gereksinimleri öne çıkarın.

C. Lityum manganat hizmet ömrü açısından daha önemlidir. Piyasada ayrıca birçok lityum manganat bazlı hızlı şarjlı pil bulunmaktadır.

negatif elektrot

Bir lityum iyon pil şarj edildiğinde, lityum negatif elektrota geçer. Hızlı şarj ve büyük akımın neden olduğu aşırı yüksek potansiyel, negatif elektrot potansiyelinin daha negatif olmasına neden olacaktır. Bu zamanda, negatif elektrotun lityumu hızla kabul etme basıncı artacak ve lityum dendritleri üretme eğilimi artacaktır. Bu nedenle, negatif elektrot, hızlı şarj sırasında yalnızca lityum difüzyonunu karşılamamalıdır. Lityum iyon pilin kinetik gereksinimleri, lityum dendritlerin artan eğiliminden kaynaklanan güvenlik sorununu da çözmelidir. Bu nedenle, hızlı şarj çekirdeğinin önemli teknik zorluğu, negatif elektrotta lityum iyonlarının eklenmesidir.

A. Şu anda pazardaki baskın negatif elektrot malzemesi hala grafittir (pazar payının yaklaşık %90’ını oluşturmaktadır). Temel neden ucuzdur ve grafitin kapsamlı işleme performansı ve enerji yoğunluğu, nispeten az kusurla birlikte nispeten iyidir. . Tabii ki, grafit negatif elektrotla ilgili sorunlar da var. Yüzey elektrolite nispeten hassastır ve lityum interkalasyon reaksiyonu güçlü bir yönlülüğe sahiptir. Bu nedenle, grafit yüzeyinin yapısal stabilitesini iyileştirmek ve alt tabaka üzerinde lityum iyonlarının difüzyonunu teşvik etmek için çok çalışmak önemlidir. yön.

B. Sert karbon ve yumuşak karbon malzemeler de son yıllarda çok fazla gelişme göstermiştir: sert karbon malzemeler yüksek lityum ekleme potansiyeline sahiptir ve malzemelerde mikro gözeneklere sahiptir, bu nedenle reaksiyon kinetiği iyidir; ve yumuşak karbon malzemeler elektrolit, MCMB ile iyi bir uyumluluğa sahiptir Malzemeler de çok temsilidir, ancak sert ve yumuşak karbon malzemeleri genellikle verim açısından düşük ve maliyet açısından yüksektir (ve grafitin aynı ucuz olduğunu hayal edin, korkarım değil endüstriyel açıdan umut verici), bu nedenle mevcut tüketim grafitten çok daha az ve bazı uzmanlıklarda daha fazla kullanılıyor.

C. Lityum titanata ne dersiniz? Kısaca söylemek gerekirse: lityum titanatın avantajları yüksek güç yoğunluğu, daha güvenli ve bariz dezavantajlardır. Enerji yoğunluğu çok düşüktür ve Wh ile hesaplandığında maliyeti yüksektir. Bu nedenle, lityum titanat pilin bakış açısı, belirli durumlarda avantajları olan kullanışlı bir teknolojidir, ancak yüksek maliyet ve seyir menzili gerektiren birçok durum için uygun değildir.

D. Silikon anot malzemeleri önemli bir gelişme yönüdür ve Panasonic’in yeni 18650 pili bu tür malzemelerin ticari sürecini başlatmıştır. Bununla birlikte, nanometre performansı arayışı ile pil endüstrisi ile ilgili malzemelerin genel mikron seviyesindeki gereksinimleri arasında nasıl bir denge sağlanacağı hala daha zorlu bir iştir.

Diyafram

Güç tipi pillerle ilgili olarak, yüksek akımlı çalışma, güvenlik ve kullanım ömrü konusunda daha yüksek gereksinimler getirir. Diyafram kaplama teknolojisi atlatılamaz. Seramik kaplı diyaframlar, yüksek güvenlikleri ve elektrolitteki yabancı maddeleri tüketme yetenekleri nedeniyle hızla dışarı itilmektedir. Özellikle üçlü pillerin güvenliğini artırmanın etkisi özellikle önemlidir.

Seramik diyaframlar için şu anda kullanılan en önemli sistem, geleneksel diyaframların yüzeyinde alümina partiküllerinin kaplanmasıdır. Nispeten yeni bir yöntem, katı elektrolit liflerini diyafram üzerine kaplamaktır. Bu tür diyaframların iç direnci daha düşüktür ve elyafla ilgili diyaframların mekanik destek etkisi daha iyidir. Mükemmel ve servis sırasında diyafram gözeneklerini tıkama eğilimi daha düşük.

Kaplamadan sonra diyafram iyi bir stabiliteye sahiptir. Sıcaklık nispeten yüksek olsa bile, küçülmesi ve deforme olması ve kısa devreye neden olması kolay değildir. Tsinghua Üniversitesi Malzeme ve Malzeme Okulu Nan Cewen araştırma grubunun teknik desteğiyle desteklenen Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd.’nin bu konuda bir temsilcisi var. Çalışma, diyafram aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Elektrolit

Elektrolitin hızlı şarj olan lityum iyon pillerin performansı üzerinde büyük etkisi vardır. Pilin hızlı şarj ve yüksek akım altında stabilitesini ve güvenliğini sağlamak için elektrolit aşağıdaki özellikleri karşılamalıdır: A) bozunamaz, B) yüksek iletkenlik ve C) pozitif ve negatif maddelere karşı inerttir. Tepki verin veya çözün.

Bu gereksinimleri karşılamak istiyorsanız, önemli olan katkı maddeleri ve fonksiyonel elektrolitler kullanmaktır. Örneğin, üçlü hızlı şarjlı pillerin güvenliği bundan büyük ölçüde etkilenir ve güvenliğini bir dereceye kadar artırmak için bunlara çeşitli yüksek sıcaklık önleyici, alev geciktirici ve aşırı şarj önleyici katkı maddeleri eklemek gerekir. Lityum titanat pillerin eski ve zor sorunu olan yüksek sıcaklıkta şişkinlik de yüksek sıcaklıkta fonksiyonel elektrolit ile iyileştirilmelidir.

Pil yapısı tasarımı

Tipik bir optimizasyon stratejisi, yığılmış VS sarım türüdür. Yığılmış pilin elektrotları paralel bir ilişkiye eşdeğerdir ve sargı tipi bir seri bağlantıya eşdeğerdir. Bu nedenle eskinin iç direnci çok daha küçüktür ve güç tipi için daha uygundur. fırsat.

Ek olarak, iç direnç ve ısı dağılımı sorunlarını çözmek için sekme sayısı üzerinde çaba gösterilebilir. Ayrıca yüksek iletkenliğe sahip elektrot malzemelerinin kullanılması, daha fazla iletken madde kullanılması ve daha ince elektrotların kaplanması da dikkate alınabilecek stratejilerdir.

Kısacası, pil içindeki şarj hareketini ve elektrot deliklerinin girme hızını etkileyen faktörler, lityum iyon pillerin hızlı şarj kabiliyetini etkileyecektir.

Ana akım üreticiler için hızlı şarj teknolojisi yollarına genel bakış

Ningde dönemi

Pozitif elektrotla ilgili olarak, CATL, lityum demir fosfatın mükemmel elektronik iletkenliğe sahip olmasını sağlayan “süper elektronik ağ” teknolojisini geliştirdi; Negatif elektrot grafit yüzeyinde, grafiti modifiye etmek için “hızlı iyon halkası” teknolojisi kullanılır ve modifiye grafit hem süper hızlı şarjı hem de yüksek enerji yoğunluğunu hesaba katar. 4-5C hızlı şarj kapasitesine sahip olması, 10-15 dakika hızlı şarj ve şarj gerçekleştirmesi ve sistemin enerji yoğunluğunu 70wh/kg’ın üzerinde sağlayabilmesi için hızlı şarj sırasında ürünler, 10,000 Döngü ömrüne ulaşır.

Termal yönetim açısından, termal yönetim sistemi, lityum iyon pillerin çalışma sıcaklığını büyük ölçüde genişleten farklı sıcaklıklarda ve SOC’lerde sabit kimyasal sistemin “sağlıklı şarj aralığını” tam olarak tanır.

su

Waterma son zamanlarda pek iyi değil, biraz da teknolojiden bahsedelim. Waterma, daha küçük parçacık boyutuna sahip lityum demir fosfat kullanır. Şu anda, piyasada yaygın olarak kullanılan lityum demir fosfat 300 ila 600 nm arasında bir partikül boyutuna sahipken, Waterma yalnızca 100 ila 300 nm lityum demir fosfat kullanır, bu nedenle lityum iyonları Geçiş hızı ne kadar hızlı olursa, akım o kadar büyük olabilir şarj edildi ve taburcu edildi. Akü dışındaki sistemler için termal yönetim sistemlerinin tasarımını ve sistem güvenliğini güçlendirin.

Mikro güç

İlk günlerde, Weihong Power, negatif elektrot malzemesi olarak hızlı şarj ve yüksek akıma dayanabilen spinel yapıya sahip lityum titanat + gözenekli kompozit karbonu seçti; Hızlı şarj sırasında yüksek güç akımının pil güvenliğine tehdidini önlemek için, yanmayan elektrolit, yüksek gözenekli ve yüksek geçirgenlik diyafram teknolojisi ve STL akıllı termal kontrol sıvısı teknolojisini birleştiren Weihong Power, pilin güvenliğini sağlayabilir pil hızla şarj olduğunda.

2017 yılında, yüksek kapasiteli ve yüksek güçlü lityum manganat katot malzemeleri kullanan, tek enerji yoğunluğu 170wh/kg olan ve 15 dakikalık hızlı şarj sağlayan yeni nesil yüksek enerji yoğunluklu pilleri duyurdu. Amaç, can ve güvenlik konularını dikkate almaktır.

Zhuhai Yinlong

Lityum titanat anot, geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve büyük şarj-deşarj oranı ile bilinir. Spesifik teknik yöntemler hakkında net bir veri yoktur. Fuardaki görevlilerle konuşurken, hızlı şarjının 10C’ye ulaşabileceği ve ömrünün 20,000 kat olduğu söyleniyor.

Hızlı şarj teknolojisinin geleceği

Elektrikli araçların hızlı şarj teknolojisi ister tarihi bir yön ister kısa süreli bir olgu olsun aslında şu anda farklı görüşler var ve bir sonuca varılamadı. Kilometre kaygısını çözmek için alternatif bir yöntem olarak akü enerji yoğunluğu ve toplam araç maliyeti ile aynı platformda ele alınmaktadır.

Aynı pilde enerji yoğunluğu ve hızlı şarj performansının birbiriyle uyumsuz iki yön olduğu ve aynı anda elde edilemeyeceği söylenebilir. Pil enerji yoğunluğunun takibi şu anda ana akımdır. Enerji yoğunluğu yeterince yüksek olduğunda ve bir aracın akü kapasitesi, sözde “menzil kaygısını” önleyecek kadar büyük olduğunda, akü hızı şarj performansı talebi azalacaktır; aynı zamanda pil gücü büyükse, kilovat saat başına pil maliyeti yeterince düşük değilse gerekli mi? Ding Kemao’nun “endişelenmemek” için yeterli olan elektriği satın alması, tüketicilerin bir seçim yapmasını gerektiriyor. Düşünürseniz, hızlı şarjın bir değeri var. Diğer bir bakış açısı ise hızlı şarj tesislerinin maliyetidir ki bu elbette tüm toplumun elektrifikasyonu teşvik etme maliyetinin bir parçasıdır.

Hızlı şarj teknolojisinin geniş ölçekte tanıtılıp tanıtılamayacağı, hızlı gelişen enerji yoğunluğu ve hızlı şarj teknolojisi ve maliyetleri düşüren iki teknoloji, geleceğinde belirleyici bir rol oynayabilir.