Dejavniki, ki vplivajo na sposobnost hitrega polnjenja litij{0}}ionskih baterij
Vsaka litijeva baterija ima optimalno vrednost polnilnega toka pod različnimi parametri stanja in okoljskimi parametri. Nato, z vidika strukture baterije, kateri so dejavniki, ki vplivajo na to optimalno vrednost polnjenja.
Mikroskopski postopek polnjenja
Lithium batteries are known as "rocking chair" batteries, in which charged ions move between positive and negative electrodes to transfer charges to power external circuits or charge from an external power source. In the specific charging process, the external voltage is applied to the two poles of the battery, and the lithium ions are deintercalated from the positive electrode material and enter the electrolyte. At the same time, excess electrons are generated through the positive electrode current collector and move to the negative electrode through the external circuit; lithium ions are in the electrolyte. It moves from the positive electrode to the negative electrode, and passes through the separator to the negative electrode; the SEI film passing through the surface of the negative electrode is embedded in the graphite layered structure of the negative electrode and combines with electrons.
Struktura baterije, bodisi elektrokemična ali fizična, ki vpliva na prenos naboja skozi ionsko in elektronsko delovanje, bo vplivala na zmogljivost hitrega polnjenja.
Hitro polnjenje, zahteve za vsak del baterije
Pri baterijah, če želite izboljšati zmogljivost energije, morate trdo delati na vseh vidikih baterije kot celote, vključno s pozitivnimi elektrodami, negativnimi elektrodami, elektroliti, membranami in strukturno zasnovo.
pozitivno elektrodo
Pravzaprav je mogoče uporabiti skoraj vse vrste katodnih materialov za izdelavo hitro{0}}polnilnih baterij. Glavne zmogljivosti, ki jih je treba zagotoviti, vključujejo prevodnost (zmanjšanje notranjega upora), difuzijo (zagotoviti reakcijsko kinetiko), življenjsko dobo (ni treba pojasnjevati), varnost (ni potrebe po razlagi), ustrezno zmogljivost obdelave (specifična površina ne sme biti prevelika, da bi zmanjšala stranske reakcije in služila varnosti).
Seveda so težave, ki jih je treba rešiti za vsak posamezen material, lahko drugačne, vendar lahko naši običajni katodni materiali izpolnijo te zahteve z vrsto optimizacij, vendar so različni materiali tudi različni:
A. Litijev železov fosfat se lahko bolj osredotoči na reševanje problemov električne prevodnosti in nizke temperature. Ogljikova prevleka, zmerna nano{0}}izacija (upoštevajte, da je zmerna, vsekakor ni boljša preprosta logika finejšega) in tvorba ionskih prevodnikov na površini delcev.
B. Električna prevodnost samega ternarnega materiala je relativno dobra, vendar je njegova reaktivnost previsoka, zato je ternarni material redko nano{0}}velik (nano-kemikalija ni protistrup za izboljšanje materialne zmogljivosti, predvsem na področju baterij, včasih je veliko škodljivih učinkov), več pozornosti pa namenjamo varnosti in zaviranju stranskih reakcij (z elektrolitom), navsezadnje je ena ključnih točk sedanjih ternarnih materialov. je varnost, v zvezi s tem pa so tudi nedavne pogoste nesreče pri varnosti baterij. postavljajo višje zahteve.
C. Litijev manganat posveča več pozornosti življenju. Trenutno je na trgu veliko litij-manganatnih baterij za hitro{0}}polnjenje.
negativna elektroda
Ko je litij{0}}ionska baterija napolnjena, litij migrira na negativno elektrodo. Visok potencial, ki ga prinaša visok tok hitrega polnjenja, bo povzročil, da bo negativni potencial elektrode bolj negativen. V tem času se bo povečal pritisk negativne elektrode, da hitro sprejme litij, in povečala se bo težnja po tvorbi litijevih dendritov. Zato negativna elektroda ne sme izpolnjevati le zahtev po difuziji litija med hitrim polnjenjem. Zato je glavna tehnična težava celic za hitro polnjenje pravzaprav vstavljanje litijevih ionov v negativno elektrodo.
A. Trenutno je na trgu še vedno prevladujoči material negativnih elektrod grafit (ki predstavlja približno 90 odstotkov tržnega deleža). Ni drugega temeljnega razloga - poceni, obsežna zmogljivost obdelave in energijska gostota grafita pa sta relativno dobri, pomanjkljivosti pa sorazmerno malo. . Seveda ima težave tudi grafitna negativna elektroda. Njegova površina je občutljiva na elektrolit, interkalna reakcija litija pa ima močno usmerjenost. Zato je potrebno predvsem izvesti površinsko obdelavo grafita, da se izboljša njegova strukturna stabilnost in spodbuja difuzija litijevih ionov na substrat. smer.
B. Trdi ogljikovi in mehki ogljikovi materiali so se prav tako zelo razvili v zadnjih letih: trdi ogljikovi materiali imajo velik potencial interkalacije litija, v materialu pa so mikropore, zato je reakcijska kinetika dobra; medtem ko imajo mehki ogljikovi materiali dobro združljivost z elektroliti, MCMB Material je tudi zelo reprezentativen, vendar je učinkovitost trdih in mehkih ogljikovih materialov na splošno nizka, stroški pa visoki (in z industrijskega vidika ni veliko upanja, da bo tako poceni kot grafit), tako da je trenutna poraba veliko manjša kot pri grafitu in se bolj uporablja v kakšnem posebnem na bateriji.
C. Kaj pa litijev titanat? Poenostavljeno povedano: prednosti litijevega titanata so visoka gostota moči in varnost, slabosti pa so tudi očitne, gostota energije je zelo nizka, stroški, izračunani z Wh, pa zelo visoki. Zato je z vidika litij-titanatne baterije uporabna tehnologija s prednostmi v določenih priložnostih, vendar ni primerna za številne priložnosti z visokimi zahtevami glede stroškov in dosega križarjenja.
D. Silicon anode material is an important development direction. Panasonic's new 18650 battery has begun the commercial process of such materials. However, how to achieve a balance between the performance pursued by nanotechnology and the general micron-scale requirements of the battery industry for materials is still a challenging task.
diafragma
Pri močnostnih baterijah delovanje z visokim tokom zagotavlja višje zahteve za njihovo varnost in življenjsko dobo. Tehnologija nanosa separatorja je neizogibna. S keramično{0}}prevlečenimi separatorji se hitro umaknejo zaradi njihove visoke varnosti in sposobnosti porabe nečistoč v elektrolitu, zlasti zaradi izboljšanja varnosti ternarnih baterij.
Glavni sistem, ki se trenutno uporablja za keramične membrane, je prekrivanje površine tradicionalnih diafragm z delci aluminijevega oksida. Relativno nov pristop je prevleka trdnih elektrolitnih vlaken na diafragmo. Takšne membrane imajo nižji notranji upor in boljšo mehansko oporo za diafragmo. Odlično in ima manjšo nagnjenost k blokiranju pore membrane med uporabo.
Prevlečena membrana ima dobro stabilnost. Tudi če je temperatura relativno visoka, se ni enostavno skrčiti in deformirati, da bi povzročil kratek stik. Podjetje Jiangsu Qingtao Energy, ki ga tehnično podpira raziskovalna skupina akademika Nan Cewen, School of Materials, Univerza Tsinghua, ima v zvezi s tem nekaj reprezentativnih izdelkov. Delo.
Elektrolit
Elektrolit ima velik vpliv na zmogljivost litij-ionskih-polnilnih{1}} baterij s hitrim polnjenjem. Za zagotovitev stabilnosti in varnosti baterije pri hitrem polnjenju in visokem toku mora elektrolit izpolnjevati naslednje značilnosti: A) ne more se razgraditi, B) prevodnost mora biti visoka in C) je inerten na pozitivne in negativne materiali in ne morejo reagirati ali se raztopiti.
Če želimo te zahteve izpolniti, je ključna uporaba dodatkov in funkcionalnih elektrolitov. Na primer, močno vpliva na varnost ternarnih hitrih polnilnih baterij, zato je treba ji dodati različne dodatke za visoko temperaturno odpornost, zaviralce gorenja in -prenapolnjenosti, da bi do določene mere izboljšali njegovo varnost. . Dolgotrajno-problem litij-titanatnih baterij, visokotemperaturno napenjanje, je treba tudi izboljšati z visokotemperaturnim funkcionalnim elektrolitom.
načrtovanje strukture baterije
Tipična strategija optimizacije je zloženo VS navijanje. Elektrode zložene baterije so enakovredne vzporednemu razmerju, vrsta navitja pa je enakovredna zaporedni povezavi. Zato je notranji upor prvega veliko manjši in je bolj primeren za vrsto moči. priložnost.
Poleg tega lahko trdo delate na številu zavihkov, da rešite težave z notranjim uporom in odvajanjem toplote. Poleg tega so možne strategije tudi uporaba materialov za elektrode z visoko{0}}prevodnostjo, uporaba bolj prevodnih sredstev in prevleka tanjših elektrod.
Skratka, dejavniki, ki vplivajo na gibanje polnjenja v bateriji in hitrost interkaliranih elektrodnih lukenj, bodo vplivali na sposobnost hitrega polnjenja litijevih baterij.
Prihodnost tehnologije hitrega polnjenja
Ne glede na to, ali je tehnologija hitrega polnjenja električnih vozil zgodovinska usmeritev ali preblisk, pravzaprav obstajajo različna mnenja in ni zaključka. Kot alternativna rešitev za tesnobo zaradi dosega se obravnava na platformi z gostoto energije baterije in skupnimi stroški vozila.
Energy density and fast charging performance, in the same battery, can be said to be incompatible in two directions, and cannot have both. The pursuit of battery energy density is currently the mainstream. When the energy density is high enough, a car has enough power to avoid the so-called "mileage anxiety", and the demand for battery rate charging performance will be reduced; at the same time, if the power is large, if the battery cost per kWh is not low enough, then whether it can be used Ding Kemao's purchase of electricity that is "not anxious" requires consumers to make a choice. Thinking about it this way, fast charging has the value of existence. Another angle is the cost of fast charging facilities, which is of course part of the cost of promoting electrification in the whole society.
Ali je mogoče tehnologijo hitrega polnjenja promovirati v velikem obsegu, kdo se hitreje razvija na področju gostote energije in tehnologije hitrega polnjenja ter katera od teh dveh tehnologij znižuje stroške, lahko igra odločilno vlogo v njeni prihodnosti.
