Літій-іонні батареї називаються батареями типу «качалка». Заряджені іони переміщуються між позитивним і негативним електродами, щоб реалізувати передачу заряду та подати живлення до зовнішніх ланцюгів або заряду від зовнішнього джерела живлення.

Під час конкретного процесу зарядки зовнішня напруга прикладається до двох полюсів батареї, і іони літію витягуються з матеріалу позитивного електрода і надходять в електроліт. При цьому надлишкові електрони проходять через позитивний струмоприймач і через зовнішній ланцюг рухаються до негативного електрода; іони літію знаходяться в електроліті. Він рухається від позитивного електрода до негативного, проходячи через діафрагму до негативного електрода; плівка SEI, що проходить через поверхню негативного електрода, вбудовується в графітову шарувату структуру негативного електрода і з’єднується з електронами.

Під час роботи іонів та електронів структура батареї, яка впливає на передачу заряду, електрохімічну чи фізичну, вплине на швидку зарядку.

Вимоги швидкої зарядки для всіх частин акумулятора

Що стосується батарей, то якщо ви хочете покращити продуктивність, ви повинні наполегливо працювати над усіма аспектами батареї, включаючи позитивний електрод, негативний електрод, електроліт, сепаратор і конструктивну конструкцію.

позитивний електрод

Насправді, майже всі види катодних матеріалів можна використовувати для виготовлення швидкозарядних акумуляторів. Важливі властивості, які необхідно гарантувати, включають провідність (зменшення внутрішнього опору), дифузію (забезпечити кінетику реакції), термін служби (не пояснювати) та безпеку (не пояснювати), належну продуктивність обробки (питома площа поверхні не повинна бути занадто великою). великий, щоб зменшити побічні реакції та забезпечити безпеку).

Звичайно, проблеми, які необхідно вирішити для кожного конкретного матеріалу, можуть бути різними, але наші звичайні катодні матеріали можуть відповідати цим вимогам за допомогою ряду оптимізацій, але різні матеріали також відрізняються:

А. Літій-залізофосфат може бути більш орієнтований на вирішення проблем провідності та низької температури. Проведення вуглецевого покриття, помірна наноізація (зверніть увагу, що вона помірна, це точно не проста логіка, що чим дрібніше, тим краще), утворення іонних провідників на поверхні частинок є найбільш типовими стратегіями.

B. Сам потрійний матеріал має відносно хорошу електропровідність, але його реакційна здатність занадто висока, тому потрійні матеріали рідко виконують нанорозмірні роботи (наноізація не є панацеєю, як протиотрута для поліпшення характеристик матеріалу, особливо в сфера батарей У Китаї іноді багато антивикористання), і більше уваги приділяється безпеці та придушенню побічних реакцій (з електролітом). Зрештою, нинішній термін служби потрійних матеріалів полягає в безпеці, і останні нещасні випадки, пов’язані з безпекою батареї, також траплялися часто. Висувайте більш високі вимоги.

C. Манганат літію важливіший за терміном служби. На ринку також є багато батарей швидкої зарядки на основі манганату літію.

негативний електрод

Коли літій-іонний акумулятор заряджається, літій мігрує до негативного електрода. Надмірно високий потенціал, викликаний швидкою зарядкою та великим струмом, призведе до того, що потенціал негативного електрода буде більш негативним. У цей час тиск негативного електрода для швидкого прийому літію зросте, і тенденція до утворення літієвих дендритів зросте. Таким чином, негативний електрод повинен не тільки задовольняти дифузію літію під час швидкої зарядки. Кінетичні вимоги до літій-іонної батареї також повинні вирішити проблему безпеки, викликану підвищеною схильністю літієвих дендритів. Тому важливою технічною складністю сердечника швидкої зарядки є вставка іонів літію в негативний електрод.

A. На даний момент домінуючим матеріалом негативного електрода на ринку все ще залишається графіт (на нього припадає близько 90% частки ринку). Основною причиною є дешевизна, а комплексна продуктивність обробки та щільність енергії графіту відносно хороші, з відносно невеликою кількістю недоліків. . Звичайно, є проблеми і з графітовим негативним електродом. Поверхня відносно чутлива до електроліту, і реакція інтеркаляції літію має сильну спрямованість. Тому важливо наполегливо працювати, щоб покращити структурну стабільність поверхні графіту та сприяти дифузії іонів літію на підкладці. напрямок.

B. Тверді вуглецеві та м’які вуглецеві матеріали також отримали багато розвитку за останні роки: тверді вуглецеві матеріали мають високий потенціал вставки літію та мають мікропори в матеріалах, тому кінетика реакції є хорошою; і м’які вуглецеві матеріали мають хорошу сумісність з електролітом, MCMB Матеріали також дуже представницькі, але тверді та м’які вуглецеві матеріали, як правило, мають низьку ефективність і високу вартість (і уявіть, що графіт такий же дешевий, боюся, що це не так сподівається з промислової точки зору), тому споживання струму набагато менше, ніж у графіту, і більше використовується в деяких спеціальностях на батареї.

C. Як щодо титанату літію? Якщо коротко: переваги титанату літію — висока щільність потужності, безпечність і очевидні недоліки. Щільність енергії дуже низька, а вартість висока в розрахунку на Вт·год. Таким чином, літій-титанатна батарея є корисною технологією з перевагами в конкретних випадках, але вона не підходить для багатьох випадків, які вимагають високої вартості та запасу ходу.

D. Кремнієві анодні матеріали є важливим напрямком розвитку, і новий акумулятор Panasonic 18650 розпочав комерційний процес виготовлення таких матеріалів. Проте, як досягти балансу між прагненням до нанометрової продуктивності та загальними вимогами мікронного рівня до матеріалів, пов’язаних з індустрією акумуляторів, все ще є складнішим завданням.

Діафрагма

Що стосується батарей живлення, то робота на сильному струмі пред’являє більш високі вимоги до їх безпеки та терміну служби. Технологію покриття діафрагми неможливо обійти. Діафрагми з керамічним покриттям швидко витісняються через їхню високу безпеку та здатність споживати домішки в електроліті. Зокрема, особливо значним є ефект підвищення безпеки потрійних батарей.

Найважливішою системою, яка в даний час використовується для керамічних діафрагм, є покриття частинок оксиду алюмінію на поверхні традиційних діафрагм. Відносно новим методом є нанесення на діафрагму волокон з твердим електролітом. Такі діафрагми мають менший внутрішній опір, а механічний підтримуючий ефект діафрагм, пов’язаних з волокном, кращий. Відмінно, і має меншу тенденцію блокувати пори діафрагми під час експлуатації.

Після нанесення покриття діафрагма має хорошу стійкість. Навіть якщо температура відносно висока, його нелегко стиснути, деформувати і викликати коротке замикання. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. за підтримки технічної підтримки дослідницької групи Nan Cewen Школи матеріалів і матеріалів Університету Цінхуа має певного представника в цьому відношенні. Діюча діафрагма показана на малюнку нижче.

Електроліт

Електроліт має великий вплив на продуктивність літій-іонних акумуляторів, що швидко заряджаються. Щоб забезпечити стабільність і безпеку акумулятора при швидкому заряді і великому струмі, електроліт повинен відповідати наступним характеристикам: А) не розкладається, Б) висока провідність, В) інертний до позитивних і негативних матеріалів. Реагувати або розчинятися.

Якщо ви хочете задовольнити ці вимоги, головне — використовувати добавки та функціональні електроліти. Наприклад, це сильно впливає на безпеку потрійних швидкозарядних акумуляторів, до яких необхідно додавати різні противисокотемпературні, вогнезахисні та протизарядні добавки, щоб певною мірою підвищити їх безпеку. Стару і складну проблему літій-титанатних батарей, високотемпературний метеоризм, також потрібно виправити високотемпературним функціональним електролітом.

Конструкція батареї

Типовою стратегією оптимізації є тип обмотки VS. Електроди акумуляторної батареї еквівалентні паралельному з’єднанню, а тип обмотки еквівалентний послідовному з’єднанню. Тому внутрішній опір першого набагато менше і він більше підходить для типу потужності. нагода.

Крім того, для вирішення проблем внутрішнього опору та тепловіддачі можна докласти зусиль щодо кількості вкладок. Крім того, використання високопровідних електродних матеріалів, використання більш провідних агентів і покриття тонких електродів також є стратегіями, які можна розглянути.

Коротше кажучи, фактори, які впливають на рух заряду всередині батареї та швидкість вставлення електродних отворів, впливатимуть на здатність літій-іонних акумуляторів швидко заряджатися.

Огляд шляхів технології швидкої зарядки для основних виробників

Епоха Нінде

Щодо позитивного електрода, CATL розробила технологію «суперелектронної мережі», завдяки якій фосфат заліза літію має чудову електронну провідність; на поверхні графіту негативного електрода використовується технологія «швидкого іонного кільця» для модифікації графіту, і модифікований графіт враховує як надшвидку зарядку, так і високу З характеристиками щільності енергії негативний електрод більше не має надмірної кількості продуктів під час швидкої зарядки, так що він має швидку зарядку 4-5C, реалізуючи швидку зарядку та зарядку протягом 10-15 хвилин, і може забезпечити щільність енергії на рівні системи вище 70 Вт·год/кг, досягаючи 10,000 XNUMX циклів.

З точки зору термоменеджменту, його система термічного управління повністю розпізнає «правильний інтервал зарядки» фіксованої хімічної системи при різних температурах і SOC, що значно розширює робочу температуру літій-іонних акумуляторів.

Waterma

У Waterma останнім часом не так добре, давайте просто поговоримо про технології. Waterma використовує літій-залізофосфат з меншим розміром частинок. На даний момент поширений на ринку літій-залізофосфат має розмір частинок від 300 до 600 нм, тоді як Waterma використовує лише 100-300 нм літій-залізофосфат, тому іони літію будуть мати. Чим швидше швидкість міграції, тим більшим може бути струм. заряджений і розряджений. Для систем, відмінних від батарей, посиліть конструкцію систем теплового керування та безпеки системи.

Мікропотужність

На початку Weihong Power вибрала титанат літію + пористий композитний вуглець зі структурою шпінелі, яка може витримувати швидку зарядку та високий струм, як матеріал негативного електрода; щоб запобігти загрозі струму високої потужності для безпеки акумулятора під час швидкої зарядки, Weihong Power, поєднуючи електроліт, що не горить, технологію діафрагми з високою пористістю та високою проникністю та технологію інтелектуальної рідини для терморегуляції STL, може забезпечити безпеку акумулятора коли акумулятор швидко заряджається.

У 2017 році компанія анонсувала нове покоління батарей з високою щільністю енергії з використанням катодних матеріалів високої ємності та потужності літій-манганатних матеріалів з єдиною щільністю енергії 170 Вт·год/кг і забезпечуючи 15-хвилинну швидку зарядку. Мета – врахувати питання життя та безпеки.

Чжухай Іньлун

Анод з титанату літію відомий своїм широким діапазоном робочих температур і великою швидкістю заряду-розряду. Чітких даних щодо конкретних технічних методів немає. У розмові з персоналом виставки було сказано, що його швидка зарядка може досягати 10 °C, а термін служби становить 20,000 XNUMX разів.

Майбутнє технології швидкої зарядки

Чи є технологія швидкої зарядки електромобілів історичним напрямком, чи явищем короткочасним, насправді зараз існують різні думки, і висновку немає. Як альтернативний метод вирішення проблем із пробігом, він розглядається на тій же платформі з щільністю енергії акумулятора та загальною вартістю автомобіля.

Можна сказати, що щільність енергії та продуктивність швидкої зарядки в одній батареї – це два несумісні напрямки, і їх неможливо досягти одночасно. Погоня за щільністю енергії акумулятора в даний час є основним напрямком. Коли щільність енергії досить висока, а ємність акумулятора транспортного засобу достатньо велика, щоб запобігти так званій «тривожності дальності», потреба в швидкості зарядки акумулятора буде зменшена; в той же час, якщо потужність акумулятора велика, якщо вартість батареї за кіловат-годину недостатньо низька, то чи потрібно? Купівля Дін Кемао електроенергії, достатньої для того, щоб «не хвилюватися», вимагає від споживачів зробити вибір. Якщо подумати, швидка зарядка має цінність. Інша точка зору — це вартість засобів швидкої зарядки, яка, звичайно, є частиною витрат усього суспільства на сприяння електрифікації.

Незалежно від того, чи можна широко розширити технологію швидкої зарядки, технологія щільності енергії та швидкої зарядки, яка швидко розвивається, а також дві технології, що скорочують витрати, можуть зіграти вирішальну роль у її майбутньому.