Lityum-ionli batareyalar “silkituvchi stul tipidagi” batareyalar deb ataladi. Zaryadlangan ionlar musbat va manfiy elektrodlar o’rtasida harakatlanib, zaryad o’tkazishni amalga oshiradi va tashqi kontaktlarning zanglashiga olib quvvat beradi yoki tashqi quvvat manbaidan zaryad oladi.

Muayyan zaryadlash jarayonida tashqi kuchlanish batareyaning ikkita qutbiga qo’llaniladi va lityum ionlari ijobiy elektrod materialidan olinadi va elektrolitga kiradi. Shu bilan birga, ortiqcha elektronlar musbat oqim kollektori orqali o’tadi va tashqi kontur orqali salbiy elektrodga o’tadi; litiy ionlari elektrolitda bo’ladi. U musbat elektroddan salbiy elektrodga o’tadi, diafragma orqali salbiy elektrodga o’tadi; salbiy elektrodning yuzasidan o’tadigan SEI plyonkasi salbiy elektrodning grafit qatlamli tuzilishiga kiritilgan va elektronlar bilan birlashadi.

Ionlar va elektronlarning ishlashi davomida, elektrokimyoviy yoki jismoniy zaryad o’tkazishga ta’sir qiluvchi batareya tuzilishi tez zaryadlash ishiga ta’sir qiladi.

Batareyaning barcha qismlari uchun tez zaryadlash talablari

Batareyalarga kelsak, agar siz quvvat ko’rsatkichlarini yaxshilashni istasangiz, batareyaning barcha jihatlarida, jumladan, ijobiy elektrod, salbiy elektrod, elektrolit, ajratuvchi va strukturaviy dizaynda qattiq ishlashingiz kerak.

musbat elektrod

Darhaqiqat, tez zaryadlanuvchi batareyalar ishlab chiqarish uchun deyarli barcha turdagi katod materiallaridan foydalanish mumkin. Kafolatlanishi kerak bo’lgan muhim xususiyatlarga o’tkazuvchanlik (ichki qarshilikni kamaytirish), diffuziya (reaktsiya kinetikasini ta’minlash), xizmat muddati (tushuntirmang) va xavfsizlik (tushuntirmang), to’g’ri ishlov berish (o’ziga xos sirt maydoni juda katta bo’lmasligi kerak) nojo’ya reaktsiyalarni kamaytirish va xavfsizlikka xizmat qilish uchun katta).

Albatta, har bir aniq material uchun hal qilinishi kerak bo’lgan muammolar boshqacha bo’lishi mumkin, ammo bizning umumiy katod materiallari bir qator optimallashtirish orqali ushbu talablarga javob berishi mumkin, ammo turli materiallar ham farq qiladi:

A. Lityum temir fosfat o’tkazuvchanlik va past harorat muammolarini hal qilishga ko’proq yo’naltirilgan bo’lishi mumkin. Uglerod qoplamasini o’tkazish, mo”tadil nanoizatsiya (e’tibor bering, bu mo”tadil, bu qanchalik nozik bo’lsa, shunchalik yaxshi degan oddiy mantiq emas) va zarrachalar yuzasida ion o’tkazgichlarini shakllantirish eng tipik strategiyalardir.

B. Uchlamchi materialning o’zi nisbatan yaxshi elektr o’tkazuvchanligiga ega, lekin uning reaktivligi juda yuqori, shuning uchun uchlamchi materiallar kamdan-kam hollarda nano-miqyosdagi ishlarni amalga oshiradi (nano-izatsiya materialning ish faoliyatini yaxshilash uchun panatseyaga o’xshash antidot emas, ayniqsa Batareyalar maydoni Xitoyda ba’zan ko’plab anti-foydalanishlar mavjud) va xavfsizlikka va yon reaktsiyalarni bostirishga (elektrolit bilan) ko’proq e’tibor beriladi. Axir, uchlamchi materiallarning joriy muddati xavfsizlikda yotadi va so’nggi paytlarda batareya xavfsizligi baxtsiz hodisalari ham tez-tez sodir bo’ldi. Yuqori talablarni qo’ying.

C. Lityum manganat xizmat muddati jihatidan muhimroqdir. Bundan tashqari, bozorda lityum manganatga asoslangan ko’plab tez zaryadlanuvchi batareyalar mavjud.

salbiy elektrod

Lityum-ion batareya zaryadlanganda, lityum salbiy elektrodga o’tadi. Tez zaryadlash va katta oqim tufayli yuzaga keladigan haddan tashqari yuqori potentsial salbiy elektrod potentsialining salbiyroq bo’lishiga olib keladi. Bu vaqtda lityumni tezda qabul qilish uchun salbiy elektrodning bosimi oshadi va lityum dendritlarni hosil qilish tendentsiyasi kuchayadi. Shuning uchun, salbiy elektrod tez zaryadlash vaqtida nafaqat lityum diffuziyasini qondirishi kerak. Lityum ion batareyasining kinetik talablari lityum dendritlarning kuchayishi tendentsiyasidan kelib chiqadigan xavfsizlik muammosini ham hal qilishi kerak. Shuning uchun tez zaryadlovchi yadroning muhim texnik qiyinligi salbiy elektrodga lityum ionlarini kiritishdir.

A. Hozirgi vaqtda bozorda hukmron salbiy elektrod materiali hali ham grafitdir (bozor ulushining taxminan 90% ni tashkil qiladi). Asosiy sabab arzon va grafitning keng qamrovli qayta ishlash ko’rsatkichlari va energiya zichligi nisbatan yaxshi, nisbatan kam kamchiliklarga ega. . Albatta, grafit salbiy elektrod bilan bog’liq muammolar ham mavjud. Sirt elektrolitga nisbatan sezgir va lityum interkalatsiya reaktsiyasi kuchli yo’nalishga ega. Shuning uchun grafit yuzasining strukturaviy barqarorligini yaxshilash va substratda lityum ionlarining tarqalishini rag’batlantirish uchun ko’p harakat qilish muhimdir. yo’nalishi.

B. Qattiq uglerod va yumshoq uglerod materiallari ham so’nggi yillarda juda ko’p rivojlanishga erishdi: qattiq uglerod materiallari yuqori lityum kiritish potentsialiga ega va materiallarda mikroporlarga ega, shuning uchun reaktsiya kinetikasi yaxshi; va yumshoq uglerod materiallari elektrolitlar bilan yaxshi mos keladi, MCMB Materiallar ham juda vakildir, lekin qattiq va yumshoq uglerod materiallari odatda past samaradorlik va yuqori narxga ega (va grafit bir xil arzon ekanligini tasavvur qiling, men qo’rqamanki, u emas. sanoat nuqtai nazaridan umidvor), shuning uchun joriy iste’mol grafitdan ancha past va ba’zi mutaxassisliklarda ko’proq ishlatiladi Batareyada.

C. Lityum titanat haqida nima deyish mumkin? Qisqacha aytganda: lityum titanatning afzalliklari yuqori quvvat zichligi, xavfsizroq va aniq kamchiliklardir. Energiya zichligi juda past va Wh bilan hisoblanganda xarajat yuqori. Shu sababli, lityum titanat batareyasining nuqtai nazari muayyan holatlarda afzalliklarga ega bo’lgan foydali texnologiyadir, lekin u yuqori narx va sayohat oralig’ini talab qiladigan ko’p holatlar uchun mos emas.

D. Silikon anod materiallari muhim rivojlanish yo’nalishi bo’lib, Panasonicning yangi 18650 batareyasi bunday materiallarning tijorat jarayonini boshladi. Biroq, nanometr ishlashiga intilish va batareya sanoati bilan bog’liq materiallarning umumiy mikron darajasidagi talablari o’rtasidagi muvozanatga qanday erishish mumkinligi hali ham qiyinroq vazifadir.

Diafragma

Quvvat turidagi akkumulyatorlarga kelsak, yuqori oqim bilan ishlash ularning xavfsizligi va ishlash muddatiga nisbatan yuqori talablarni qo’yadi. Diafragma qoplama texnologiyasini chetlab o’tish mumkin emas. Seramika bilan qoplangan diafragmalarning yuqori xavfsizligi va elektrolitlardagi aralashmalarni iste’mol qilish qobiliyati tufayli tezda suriladi. Xususan, uchlik batareyalarning xavfsizligini yaxshilash ta’siri ayniqsa muhimdir.

Hozirgi vaqtda keramik diafragmalar uchun ishlatiladigan eng muhim tizim an’anaviy diafragma yuzasida alumina zarralarini qoplashdir. Nisbatan yangi usul – qattiq elektrolit tolalarini diafragma bilan qoplash. Bunday diafragmalarning ichki qarshiligi pastroq va tolalar bilan bog’liq diafragmalarning mexanik ta’sir ko’rsatishi yaxshiroqdir. Zo’r va xizmat paytida diafragma teshiklarini blokirovka qilish tendentsiyasi pastroq.

Qoplagandan so’ng, diafragma yaxshi barqarorlikka ega. Harorat nisbatan yuqori bo’lsa ham, qisqarish va deformatsiya qilish va qisqa tutashuvga olib kelishi oson emas. Tsinghua universiteti Materiallar va materiallar maktabining Nan Cewen tadqiqot guruhining texnik yordami bilan qo’llab-quvvatlangan Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. bu borada ba’zi vakillariga ega. Ishlayotgan diafragma quyidagi rasmda ko’rsatilgan.

Elektrolit

Elektrolitlar tez zaryadlanuvchi litiy-ionli batareyalarning ishlashiga katta ta’sir ko’rsatadi. Tez zaryadlash va yuqori oqim ostida batareyaning barqarorligi va xavfsizligini ta’minlash uchun elektrolitlar quyidagi xususiyatlarga javob berishi kerak: A) parchalanishi mumkin emas, B) yuqori o’tkazuvchanlik va C) ijobiy va salbiy materiallarga nisbatan inert. Reaksiya qiling yoki eriting.

Agar siz ushbu talablarga javob berishni istasangiz, asosiy narsa qo’shimchalar va funktsional elektrolitlardan foydalanishdir. Masalan, uchlik tez zaryadlanuvchi akkumulyatorlarning xavfsizligi unga katta ta’sir ko‘rsatadi va uning xavfsizligini ma’lum darajada yaxshilash uchun ularga yuqori haroratga qarshi, otashga chidamli, ortiqcha zaryadga qarshi turli qo‘shimchalar qo‘shish zarur. Lityum titanat batareyalarining eski va qiyin muammosi, yuqori haroratli gaz hosil bo’lishi, shuningdek, yuqori haroratli funktsional elektrolitlar tomonidan yaxshilanishi kerak.

Batareyaning tuzilishini loyihalash

Oddiy optimallashtirish strategiyasi stacked VS o’rash turidir. Yig’ilgan batareyaning elektrodlari parallel aloqaga teng, o’rash turi esa ketma-ket ulanishga teng. Shuning uchun, birinchisining ichki qarshiligi ancha kichikroq va u quvvat turiga ko’proq mos keladi. fursat.

Bundan tashqari, ichki qarshilik va issiqlik tarqalishi muammolarini hal qilish uchun yorliqlar soniga harakat qilish mumkin. Bunga qo’shimcha ravishda, yuqori o’tkazuvchanlik elektrod materiallaridan foydalanish, ko’proq o’tkazuvchan moddalardan foydalanish va ingichka elektrodlarni qoplash ham ko’rib chiqilishi mumkin bo’lgan strategiyalardir.

Muxtasar qilib aytganda, batareya ichidagi zaryad harakati va elektrod teshiklarini kiritish tezligiga ta’sir qiluvchi omillar lityum-ion batareyalarning tez zaryadlash qobiliyatiga ta’sir qiladi.

Asosiy ishlab chiqaruvchilar uchun tez zaryadlash texnologiyasi yo’nalishlariga umumiy nuqtai

Ningde davri

Ijobiy elektrodga kelsak, CATL “super elektron tarmoq” texnologiyasini ishlab chiqdi, bu lityum temir fosfatni mukammal elektron o’tkazuvchanlikka ega qiladi; salbiy elektrod grafit yuzasida grafitni o’zgartirish uchun “tez ion halqasi” texnologiyasi qo’llaniladi va o’zgartirilgan grafit ham super tez zaryadlashni, ham yuqorini hisobga oladi. Energiya zichligi xususiyatlari bilan salbiy elektrod endi ortiqcha by- Tez zaryadlash paytida mahsulotlar, shuning uchun u 4-5C tez zaryadlash quvvatiga ega bo’lib, 10-15 daqiqa tez zaryadlash va zaryadlashni amalga oshiradi va tizim darajasining energiya zichligini 70wh / kg dan yuqori bo’lishini ta’minlab, 10,000 aylanish muddatiga erishadi.

Issiqlik boshqaruvi nuqtai nazaridan, uning issiqlik boshqaruv tizimi turli xil haroratlarda va SOClarda sobit kimyoviy tizimning “sog’lom zaryadlash oralig’ini” to’liq taniydi, bu lityum-ion batareyalarning ish haroratini sezilarli darajada kengaytiradi.

Waterma

Waterma oxirgi paytlarda unchalik yaxshi emas, keling, faqat texnologiya haqida gapiraylik. Waterma kichikroq zarracha hajmiga ega lityum temir fosfatdan foydalanadi. Hozirgi vaqtda bozorda keng tarqalgan lityum temir fosfat 300 dan 600 nm gacha bo’lgan zarracha hajmiga ega, Waterma esa faqat 100 dan 300 nm lityum temir fosfatdan foydalanadi, shuning uchun lityum ionlari migratsiya tezligi qanchalik tez bo’lsa, oqim qanchalik katta bo’lishi mumkin. zaryadlangan va zaryadsizlangan. Batareyalardan boshqa tizimlar uchun issiqlik boshqaruvi tizimlari va tizim xavfsizligini loyihalashni kuchaytiring.

Mikro quvvat

Dastlabki kunlarda Weihong Power lityum titanat + manfiy elektrod materiali sifatida tez zaryadlash va yuqori oqimga bardosh bera oladigan shpinel tuzilishi bilan gözenekli kompozit uglerodni tanladi; Tez zaryadlash paytida batareyaning xavfsizligiga yuqori quvvat oqimi tahdidining oldini olish uchun Weihong Power yonmaydigan elektrolitlar, yuqori gözeneklilik va yuqori o’tkazuvchanlik diafragma texnologiyasi va STL aqlli termal nazorat suyuqlik texnologiyasini birlashtirib, batareyaning xavfsizligini ta’minlashi mumkin. batareya tezda zaryadlanganda.

2017-yilda u yuqori quvvatli va yuqori quvvatli lityum manganat katodli materiallardan foydalangan holda, 170wh / kg yagona energiya zichligi va 15 daqiqada tez zaryadlashga erishadigan yangi avlod yuqori energiya zichligi batareyalarini e’lon qildi. Maqsad hayot va xavfsizlik masalalarini hisobga olishdir.

Chjuxay Yinlong

Lityum titanat anod o’zining keng ish harorati oralig’i va katta zaryadsizlanish tezligi bilan mashhur. Muayyan texnik usullar haqida aniq ma’lumotlar yo’q. Ko’rgazma xodimlari bilan suhbatlashganda, uning tez zaryadlanishi 10C ga yetishi va xizmat qilish muddati 20,000 XNUMX marta bo’lishi aytiladi.

Tez zaryadlash texnologiyasining kelajagi

Elektr transport vositalarining tez zaryadlash texnologiyasi tarixiy yo’nalishmi yoki qisqa muddatli hodisami, aslida, hozir turli xil fikrlar mavjud va hech qanday xulosa yo’q. Kilometraj tashvishini hal qilishning muqobil usuli sifatida u batareya quvvati zichligi va avtomobilning umumiy narxi bilan bir xil platformada ko’rib chiqiladi.

Energiya zichligi va tez zaryadlash ko’rsatkichlari, bir xil batareyada, ikkita mos kelmaydigan yo’nalish deb aytish mumkin va bir vaqtning o’zida erishib bo’lmaydi. Batareyaning energiya zichligiga intilish hozirda asosiy oqimdir. Energiya zichligi etarlicha yuqori bo’lsa va transport vositasining batareya quvvati “diapazon tashvishi” deb ataladigan narsaning oldini olish uchun etarlicha katta bo’lsa, batareya tezligini zaryad qilish ko’rsatkichlariga talab kamayadi; bir vaqtning o’zida, agar batareya quvvati katta bo’lsa, bir kilovatt-soat uchun batareyaning narxi etarlicha past bo’lmasa, unda bu kerakmi? Ding Kemaoning “tashvishlanmaslik” uchun etarli bo’lgan elektr energiyasini sotib olishi iste’molchilarni tanlashni talab qiladi. Agar o’ylab ko’rsangiz, tez zaryadlashning qiymati bor. Yana bir nuqtai nazar – tez zaryadlovchi qurilmalarning narxi, bu, albatta, elektrlashtirishni rivojlantirish uchun butun jamiyat xarajatlarining bir qismidir.

Tez zaryadlash texnologiyasini keng miqyosda targ’ib qilish mumkinmi, tez rivojlanadigan energiya zichligi va tez zaryadlash texnologiyasi va xarajatlarni kamaytiradigan ikkita texnologiya uning kelajagida hal qiluvchi rol o’ynashi mumkin.