Pin Lithium-ion được gọi là pin “kiểu ghế bập bênh”. Các ion tích điện di chuyển giữa các điện cực âm và dương để nhận điện tích và cung cấp năng lượng cho các mạch bên ngoài hoặc sạc từ nguồn điện bên ngoài.

Trong quá trình sạc cụ thể, điện áp bên ngoài được đặt vào hai cực của pin, và các ion lithium được chiết xuất từ ​​vật liệu điện cực dương và đi vào chất điện phân. Đồng thời, êlectron thừa đi qua bộ phận thu dòng điện dương và chuyển sang cực âm qua mạch ngoài; các ion liti có trong chất điện phân. Nó di chuyển từ điện cực dương sang điện cực âm, đi qua màng ngăn đến điện cực âm; màng SEI đi qua bề mặt của điện cực âm được nhúng trong cấu trúc phân lớp graphit của điện cực âm và kết hợp với các điện tử.

Trong suốt quá trình hoạt động của các ion và electron, cấu trúc pin ảnh hưởng đến quá trình truyền điện tích, dù là điện hóa hay vật lý, sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất sạc nhanh.

Yêu cầu của sạc nhanh cho tất cả các bộ phận của pin

Về pin, nếu bạn muốn nâng cao hiệu suất nguồn điện, bạn phải làm việc chăm chỉ về tất cả các khía cạnh của pin, bao gồm điện cực dương, điện cực âm, chất điện phân, bộ phân tách và thiết kế cấu trúc.

điện cực dương

Trên thực tế, hầu hết tất cả các loại vật liệu cực âm đều có thể được sử dụng để chế tạo pin sạc nhanh. Các đặc tính quan trọng cần được đảm bảo bao gồm độ dẫn điện (giảm nội trở), khuếch tán (đảm bảo động học phản ứng), tuổi thọ (không giải thích), và an toàn (không giải thích), hiệu suất xử lý thích hợp (diện tích bề mặt cụ thể không được quá lớn để giảm phản ứng phụ và phục vụ an toàn).

Tất nhiên, các vấn đề cần giải quyết đối với từng vật liệu cụ thể có thể khác nhau, nhưng vật liệu catốt chung của chúng tôi có thể đáp ứng các yêu cầu này thông qua một loạt các tối ưu hóa, nhưng các vật liệu khác nhau cũng khác nhau:

A. Lithi sắt photphat có thể tập trung hơn vào việc giải quyết các vấn đề về độ dẫn điện và nhiệt độ thấp. Tiến hành phủ carbon, nano hóa vừa phải (lưu ý là vừa phải, nó chắc chắn không phải là logic đơn giản rằng càng mịn càng tốt) và sự hình thành các chất dẫn ion trên bề mặt của các hạt là những chiến lược điển hình nhất.

B. Bản thân vật liệu bậc ba có độ dẫn điện tương đối tốt, nhưng độ phản ứng của nó quá cao, vì vậy vật liệu bậc ba hiếm khi thực hiện công việc ở quy mô nano (quá trình ion hóa nano không phải là thuốc giải độc giống như thuốc chữa bách bệnh để cải thiện hiệu suất của vật liệu, đặc biệt là trong lĩnh vực pin Đôi khi có nhiều cách chống sử dụng ở Trung Quốc), và người ta chú ý nhiều hơn đến sự an toàn và ngăn chặn các phản ứng phụ (với chất điện phân). Rốt cuộc, tuổi thọ hiện tại của vật liệu bậc ba nằm ở sự an toàn, và các vụ tai nạn về an toàn pin gần đây cũng thường xuyên xảy ra. Đưa ra những yêu cầu cao hơn.

C. Lithium manganate quan trọng hơn về tuổi thọ. Ngoài ra còn có nhiều loại pin sạc nhanh dựa trên lithium manganate trên thị trường.

điện cực âm

Khi pin lithium-ion được sạc, lithium sẽ di chuyển đến điện cực âm. Điện thế quá cao gây ra bởi sạc nhanh và dòng điện lớn sẽ làm cho thế điện cực âm càng âm hơn. Lúc này, áp suất của điện cực âm để nhanh chóng chấp nhận lithium sẽ tăng lên, và xu hướng tạo ra các đuôi gai lithium sẽ tăng lên. Do đó, điện cực âm không chỉ phải đáp ứng sự khuếch tán lithium trong quá trình sạc nhanh. Các yêu cầu về động học của pin lithium ion cũng phải giải quyết vấn đề an toàn do xu hướng gia tăng của các đuôi gai lithium. Do đó, khó khăn kỹ thuật quan trọng của lõi sạc nhanh là việc chèn các ion lithium vào điện cực âm.

A. Hiện tại, vật liệu làm điện cực âm chiếm ưu thế trên thị trường vẫn là than chì (chiếm khoảng 90% thị phần). Lý do cơ bản là giá rẻ, và hiệu suất xử lý toàn diện và mật độ năng lượng của than chì tương đối tốt, với tương đối ít khuyết điểm. . Tất nhiên, cũng có vấn đề với điện cực âm than chì. Bề mặt tương đối nhạy cảm với chất điện ly, và phản ứng xen phủ liti có tính hướng mạnh. Do đó, điều quan trọng là phải làm việc chăm chỉ để cải thiện tính ổn định cấu trúc của bề mặt graphit và thúc đẩy sự khuếch tán của các ion liti trên bề mặt. phương hướng.

B. Vật liệu carbon cứng và carbon mềm cũng đã có nhiều bước phát triển trong những năm gần đây: vật liệu carbon cứng có tiềm năng chèn liti cao và có các vi hạt trong vật liệu nên phản ứng động học tốt; và vật liệu carbon mềm có khả năng tương thích tốt với chất điện phân, MCMB Vật liệu này cũng rất tiêu biểu, nhưng vật liệu carbon cứng và mềm nói chung có hiệu suất thấp và chi phí cao (và hãy tưởng tượng rằng graphite cũng rẻ như nhau, tôi e rằng không phải vậy. hy vọng từ quan điểm công nghiệp), do đó mức tiêu thụ hiện tại ít hơn nhiều so với than chì và được sử dụng nhiều hơn trong một số chuyên ngành Trên pin.

C. Làm thế nào về liti titanat? Nói một cách ngắn gọn: ưu điểm của lithi titanate là mật độ điện năng cao, an toàn hơn và những nhược điểm rõ ràng. Mật độ năng lượng rất thấp và chi phí cao khi tính theo Wh. Do đó, quan điểm cho rằng pin lithium titanate là một công nghệ hữu ích, có ưu điểm trong những dịp cụ thể, nhưng nó không phù hợp với những trường hợp đòi hỏi chi phí và phạm vi bay cao.

D. Vật liệu cực dương silicon là một hướng phát triển quan trọng, và pin 18650 mới của Panasonic đã bắt đầu quá trình thương mại hóa vật liệu đó. Tuy nhiên, làm thế nào để đạt được sự cân bằng giữa việc theo đuổi hiệu suất nanomet và các yêu cầu chung về cấp độ micrômet của các vật liệu liên quan đến ngành pin vẫn là một nhiệm vụ khó khăn hơn.

Cơ hoành

Đối với pin loại nguồn, hoạt động dòng điện cao đặt ra các yêu cầu cao hơn về độ an toàn và tuổi thọ của chúng. Công nghệ sơn màng ngăn không thể bị phá vỡ. Các màng ngăn phủ gốm sứ nhanh chóng được đẩy ra ngoài vì độ an toàn cao và khả năng tiêu thụ tạp chất trong chất điện phân. Trong đó, tác dụng nâng cao độ an toàn của ắc quy bậc ba là đặc biệt đáng kể.

Hệ thống quan trọng nhất hiện nay được sử dụng cho màng ngăn gốm là phủ các hạt alumin lên bề mặt của màng ngăn truyền thống. Một phương pháp tương đối mới là phủ các sợi điện phân rắn lên màng ngăn. Các màng chắn như vậy có điện trở bên trong thấp hơn, và tác dụng hỗ trợ cơ học của các màng ngăn liên quan đến sợi quang tốt hơn. Tuyệt vời, và nó có xu hướng ít gây tắc nghẽn lỗ chân lông của màng ngăn trong quá trình sử dụng.

Sau khi phủ, màng ngăn có độ ổn định tốt. Ngay cả khi nhiệt độ tương đối cao, nó cũng không dễ bị co lại và biến dạng và gây ra hiện tượng đoản mạch. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd. được sự hỗ trợ kỹ thuật của nhóm nghiên cứu Nan Cewen của Trường Vật liệu và Vật liệu thuộc Đại học Thanh Hoa có một số đại diện trong vấn đề này. Làm việc, màng ngăn được hiển thị trong hình dưới đây.

Điện giải

Chất điện phân có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của pin lithium-ion sạc nhanh. Để đảm bảo sự ổn định và an toàn của pin khi sạc nhanh và dòng điện cao, chất điện phân phải đáp ứng các đặc điểm sau: A) không thể bị phân hủy, B) độ dẫn điện cao và C) trơ với các vật liệu dương và âm. Phản ứng hoặc hòa tan.

Nếu bạn muốn đáp ứng các yêu cầu này, điều cốt yếu là sử dụng các chất phụ gia và chất điện phân chức năng. Ví dụ, sự an toàn của pin sạc nhanh bậc ba bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nó và cần phải thêm các chất phụ gia chống nhiệt độ cao, chống cháy và chống sạc quá mức vào chúng để cải thiện độ an toàn của nó ở một mức độ nhất định. Vấn đề cũ và khó của pin lithium titanate, đầy hơi ở nhiệt độ cao, cũng phải được cải thiện bằng chất điện phân chức năng ở nhiệt độ cao.

Thiết kế cấu trúc pin

Một chiến lược tối ưu hóa điển hình là kiểu cuộn VS xếp chồng lên nhau. Các điện cực của pin xếp chồng lên nhau tương đương với mối quan hệ song song và kiểu cuộn dây tương đương với kết nối nối tiếp. Do đó, điện trở bên trong của trước đây nhỏ hơn nhiều và nó phù hợp hơn với loại công suất. dịp.

Ngoài ra, các nỗ lực có thể được thực hiện trên số lượng tab để giải quyết các vấn đề về điện trở bên trong và tản nhiệt. Ngoài ra, sử dụng vật liệu làm điện cực có độ dẫn điện cao, sử dụng nhiều chất dẫn điện hơn và phủ các điện cực mỏng hơn cũng là những chiến lược có thể được xem xét.

Tóm lại, các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động tích điện bên trong pin và tỷ lệ chèn các lỗ điện cực sẽ ảnh hưởng đến khả năng sạc nhanh của pin lithium-ion.

Tổng quan về lộ trình công nghệ sạc nhanh cho các nhà sản xuất chính thống

Thời đại Ningde

Về điện cực dương, CATL đã phát triển công nghệ “mạng siêu điện tử”, công nghệ này làm cho lithium iron phosphate có độ dẫn điện tử tuyệt vời; trên bề mặt graphit điện cực âm, công nghệ “vòng ion nhanh” được sử dụng để sửa đổi graphit, và graphite được cải tiến có tính đến cả khả năng sạc siêu nhanh và cao Với các đặc điểm của mật độ năng lượng, điện cực âm không còn quá mức sản phẩm trong quá trình sạc nhanh, do đó nó có khả năng sạc nhanh 4-5C, thực hiện sạc và sạc nhanh 10-15 phút và có thể đảm bảo mật độ năng lượng của mức hệ thống trên 70wh / kg, đạt 10,000 vòng đời.

Về mặt quản lý nhiệt, hệ thống quản lý nhiệt của nó hoàn toàn nhận ra “khoảng thời gian sạc lành mạnh” của hệ thống hóa chất cố định ở các nhiệt độ và SOC khác nhau, giúp mở rộng đáng kể nhiệt độ hoạt động của pin lithium-ion.

Waterma

Waterma dạo này không được tốt lắm, thôi nói về công nghệ. Waterma sử dụng lithium iron phosphate với kích thước hạt nhỏ hơn. Hiện tại, lithium iron phosphate phổ biến trên thị trường có kích thước hạt từ 300 đến 600 nm, trong khi Waterma chỉ sử dụng lithium iron phosphate 100 đến 300 nm, do đó, các ion lithium sẽ có tốc độ di chuyển càng nhanh, dòng điện có thể lớn hơn tích điện và phóng điện. Đối với các hệ thống không phải ắc quy, tăng cường thiết kế hệ thống quản lý nhiệt và an toàn hệ thống.

Nguồn điện siêu nhỏ

Trong những ngày đầu, Weihong Power đã chọn lithium titanate + carbon composite xốp với cấu trúc spinel có thể chịu được sạc nhanh và dòng điện cao làm vật liệu điện cực âm; Để ngăn chặn mối đe dọa của dòng điện cao đối với sự an toàn của pin trong quá trình sạc nhanh, Weihong Power kết hợp chất điện phân không cháy, độ xốp cao và công nghệ màng chống thấm cao và công nghệ chất lỏng kiểm soát nhiệt thông minh STL, nó có thể đảm bảo an toàn cho pin khi pin được sạc nhanh chóng.

Vào năm 2017, hãng đã công bố một thế hệ pin mật độ năng lượng cao mới, sử dụng vật liệu cathode lithium manganate công suất lớn và năng lượng cao, với mật độ năng lượng duy nhất là 170wh / kg và đạt được khả năng sạc nhanh trong 15 phút. Mục đích là để tính đến các vấn đề về tính mạng và an toàn.

Zhuhai Yinlong

Cực dương liti titanate được biết đến với dải nhiệt độ hoạt động rộng và tốc độ phóng điện lớn. Không có dữ liệu rõ ràng về các phương pháp kỹ thuật cụ thể. Trao đổi với các nhân viên tại triển lãm, người ta cho biết khả năng sạc nhanh của nó có thể đạt 10C và tuổi thọ là 20,000 lần sạc.

Tương lai của công nghệ sạc nhanh

Việc công nghệ sạc nhanh cho xe điện là một hướng đi lịch sử hay một hiện tượng ngắn hạn, trên thực tế, hiện nay có nhiều ý kiến ​​khác nhau, và chưa có kết luận. Là một phương pháp thay thế để giải quyết nỗi lo về quãng đường đi, nó được xem xét trên cùng một nền tảng với mật độ năng lượng pin và chi phí tổng thể của xe.

Mật độ năng lượng và hiệu suất sạc nhanh, trong cùng một loại pin, có thể nói là hai hướng không tương thích và không thể đạt được cùng một lúc. Theo đuổi mật độ năng lượng của pin hiện đang là xu hướng chủ đạo. Khi mật độ năng lượng đủ cao và dung lượng pin của xe đủ lớn để ngăn chặn cái gọi là “lo lắng về phạm vi”, nhu cầu về hiệu suất sạc tốc độ pin sẽ giảm; đồng thời, nếu năng lượng pin lớn, nếu chi phí pin cho mỗi kilowatt-giờ không đủ thấp, thì có cần thiết không? Việc Ding Kemao mua điện đủ để “không lo lắng” đòi hỏi người tiêu dùng phải lựa chọn. Nếu bạn nghĩ về nó, sạc nhanh có giá trị. Một quan điểm khác là chi phí cho các phương tiện sạc nhanh, tất nhiên đây là một phần chi phí của toàn xã hội để thúc đẩy điện khí hóa.

Liệu công nghệ sạc nhanh có thể được thúc đẩy trên quy mô lớn hay không, mật độ năng lượng và công nghệ sạc nhanh phát triển nhanh và hai công nghệ cắt giảm chi phí có thể đóng vai trò quyết định trong tương lai của nó.