Come componente principale della nuova energia, il processo di carica e scarica della batteria al litio di potenza
Nel 2018, il campo dei veicoli a nuova energia è pieno di polvere da sparo e la lunga durata della batteria è diventata un dovere pesante per varie case automobilistiche per competere per il mercato interno. Le principali case automobilistiche stanno attirando sempre più consumatori di fascia alta con nuovi modelli con una durata della batteria ultra-lunga. Alla fine di febbraio è stata ufficialmente svelata la Denza 500; alla fine di marzo, Geely ha lanciato ufficialmente il nuovo modello Emgrand EV450; all'inizio di aprile, BYD ha lanciato tre nuovi modelli, Qin EV450, e5450 e Song EV400, con una durata della batteria di oltre 400 chilometri.
Tuttavia, da un punto di vista tecnico, la batteria di potenza è il nucleo e la chiave per determinare la durata ultra-lunga della batteria dei veicoli elettrici. Prendendo come esempio i due metodi di ricarica lenta CA e ricarica rapida CC, il metodo di utilizzo corretto e appropriato può non solo massimizzare la potenza della batteria di alimentazione, ma anche prolungare la durata della batteria. Dal punto di vista della divulgazione della conoscenza, sulla base dell'attuale livello tecnologico di densità di energia delle batterie di potenza, è necessario consentire ai consumatori di comprendere il processo di carica e scarica delle batterie di alimentazione e l'influenza dei vari materiali della batteria sulla capacità di carica e scarica, in modo da coltivare abitudini di utilizzo corrette e prolungare l'alimentazione La durata della batteria garantisce la durata della batteria di lunga durata del veicolo elettrico.
Gli elettroni di carica e di scarica si sfuggono l'un l'altro
Allo stato attuale, ci sono due tipi popolari di batterie di alimentazione utilizzate dalle principali aziende di veicoli elettrici, una è la batteria al litio ferro fosfato e l'altra è la batteria al litio ternaria. Tuttavia, indipendentemente dal tipo di batteria, il processo di ricarica può essere approssimativamente suddiviso nelle seguenti quattro fasi, vale a dire la fase di carica a corrente costante, la fase di carica a tensione costante, la fase di ricarica completa e la fase di ricarica galleggiante.
Nella fase di ricarica a corrente costante, la corrente di carica viene mantenuta costante, la capacità di ricarica aumenta rapidamente e aumenta anche la tensione della batteria. Nella fase di carica a tensione costante, come suggerisce il nome, la tensione di carica rimarrà costante. Sebbene la capacità caricata continuerà ad aumentare, la tensione della batteria aumenterà lentamente e anche la corrente di carica diminuirà. Quando la batteria è completamente carica, la corrente di carica scende al di sotto della corrente di commutazione a galleggiante e la tensione di carica del caricabatterie scende alla tensione del galleggiante. Durante la fase di ricarica a galleggiante, la tensione di carica rimarrà alla tensione del galleggiante.
Il processo di carica e scarica delle batterie agli ioni di litio è il processo di intercalazione e deintercalizzazione degli ioni di litio. Nel processo di intercalazione e deintercalazione degli ioni di litio, è accompagnato dall'intercalazione e della deintercalazione di elettroni equivalenti agli ioni di litio (di solito l'elettrodo positivo è rappresentato da intercalazione o deintercalazione e l'elettrodo negativo è rappresentato da intercalazione o deintercalazione). Durante l'intero processo di carica, gli elettroni sull'elettrodo positivo correranno verso l'elettrodo negativo attraverso il circuito esterno, e gli ioni di litio positivi Li+ passeranno dall'elettrodo positivo attraverso l'elettrolita, attraverso il materiale del diaframma, e infine raggiungeranno l'elettrodo negativo, dove rimangono e si combinano con gli elettroni "residenti" Insieme, è ridotto a Li incorporato nel materiale carbonioso dell'elettrodo negativo. I dati mostrano che il carbonio come elettrodo negativo ha una struttura stratificata e ha molti micropori. Gli ioni di litio che raggiungono l'elettrodo negativo sono incorporati nei micropori dello strato di carbonio. Più ioni di litio sono incorporati, maggiore è la capacità di ricarica.
Al contrario, quando la batteria viene scaricata (cioè il processo di utilizzo della batteria), il Li incorporato nel materiale di carbonio dell'elettrodo negativo perde elettroni, gli elettroni sull'elettrodo negativo "si spostano" verso l'elettrodo positivo attraverso il circuito esterno e lo ione di litio positivo Li + attraversa l'elettrolita dall'elettrodo negativo, Attraversa il materiale separatore, raggiunge l'elettrodo positivo e si combina con gli elettroni "residenti". Allo stesso modo, più ioni di litio ritornano all'elettrodo positivo, maggiore è la capacità della scarica.
Quattro materiali per garantire l'efficienza
Che ruolo giocano i vari materiali chiave (come i materiali degli elettrodi positivi, i materiali degli elettrodi negativi, le membrane, gli elettroliti, ecc.) nel processo di carica e scarica delle batterie di potenza?
Il primo è il materiale dell'elettrodo positivo. Per quanto riguarda il materiale dell'elettrodo positivo, il materiale attivo è generalmente manganato di litio o cobaltato di litio, manganato di litio nichel cobalto e altri materiali. I prodotti tradizionali utilizzano principalmente litio ferro fosfato.
Il secondo è il materiale dell'elettrodo negativo. Il materiale dell'elettrodo negativo è approssimativamente diviso in elettrodo negativo al carbonio, elettrodo negativo a base di stagno, elettrodo negativo al nitruro di metallo di transizione al litio, elettrodo negativo in lega, elettrodo negativo su scala nanometrica e nano-materiali. Tra questi, i materiali degli elettrodi negativi effettivamente utilizzati nelle batterie agli ioni di litio sono fondamentalmente materiali di carbonio, come grafite artificiale, grafite naturale, microsfere di carbonio mesofase, coke di petrolio, fibra di carbonio, resina di pirolisi di carbonio, ecc. Per quanto riguarda i materiali nano-ossidi, è stato riferito che secondo l'ultima tendenza di sviluppo del mercato della nuova industria energetica delle batterie al litio nel 2009, alcune aziende hanno iniziato a utilizzare ossido di nano-titanio e ossido di nano-silicio per aggiungere grafite tradizionale, ossido di stagno e nanotubi di carbonio. , migliorando notevolmente la capacità di carica-scarica e il numero di tempi di carica-scarica delle batterie al litio.
Il terzo è una soluzione elettrolitica, di solito un sale di litio, come il perclorato di litio (LiClO4), l'esafluorofosfato di litio (LiPF6), il tetrafluoroborato di litio (LiBF4) e simili. Poiché la tensione di lavoro della batteria è molto più alta della tensione di decomposizione dell'acqua, i solventi organici sono spesso utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. Tuttavia, i solventi organici spesso distruggono la struttura della grafite durante la carica, facendola staccare e formare un film elettrolitico solido sulla sua superficie, con conseguente passivazione dell'elettrodo. . Può anche portare problemi di sicurezza come infiammabilità ed esplosione.
Il quarto è il separatore. Come uno dei componenti chiave della batteria, i vantaggi delle prestazioni del separatore determinano la struttura dell'interfaccia e la resistenza interna della batteria, che a sua volta influisce sulla capacità della batteria, sulle prestazioni del ciclo, sulla densità di corrente di carica e scarica e su altre caratteristiche chiave. In generale, ci sono diversi tipi di separatori comunemente usati, come i separatori a strato singolo e multistrato. Resta inteso che alcune aziende nazionali sceglieranno diaframmi leggermente più spessi e alcune aziende utilizzano diaframmi con uno spessore di 31 strati. A causa dell'elevata soglia tecnica di produzione di diaframmi, c'è ancora un certo divario tra la tecnologia del diaframma della batteria agli ioni di litio nazionale e i paesi stranieri.
Secondo i dati, il diaframma è un film polimerico appositamente formato con una struttura microporosa. Dopo aver assorbito l'elettrolita, può isolare gli elettrodi positivi e negativi per evitare cortocircuiti. Allo stesso tempo, fornisce un canale microporoso per la batteria agli ioni di litio per realizzare la funzione di carica e scarica e le prestazioni di velocità e realizzare la conduzione degli ioni di litio. Quando la batteria è sovraccarica o la temperatura cambia notevolmente, il separatore blocca la conduzione della corrente attraverso i pori chiusi per evitare l'esplosione.
