Fattori che influenzano la capacità di ricarica rapida delle batterie agli{0}}ioni di litio
Ogni batteria al litio ha un valore di corrente di carica ottimale in diversi parametri di stato e parametri ambientali. Quindi, dal punto di vista della struttura della batteria, quali sono i fattori che influenzano questo valore di carica ottimale.
Il processo microscopico di carica
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.
La struttura della batteria, elettrochimica o fisica, che influenza il trasferimento di carica durante il funzionamento ionico ed elettronico avrà un impatto sulle prestazioni di ricarica rapida.
Ricarica rapida, requisiti per ogni parte della batteria
Per le batterie, se si desidera migliorare le prestazioni energetiche, è necessario lavorare sodo su tutti gli aspetti della batteria nel suo insieme, inclusi elettrodi positivi, elettrodi negativi, elettroliti, diaframmi e progettazione strutturale.
elettrodo positivo
In effetti, quasi tutti i tipi di materiali catodici possono essere utilizzati per realizzare batterie a{0}}ricarica rapida. Le principali prestazioni che devono essere garantite includono conduttanza (ridurre la resistenza interna), diffusione (garantire la cinetica di reazione), vita (nessuna necessità di spiegazioni), sicurezza (nessuna necessità di spiegazione), prestazioni di lavorazione adeguate (la superficie specifica non deve essere troppo grande per ridurre le reazioni collaterali e servire la sicurezza).
Naturalmente, i problemi da risolvere per ogni specifico materiale possono essere diversi, ma i nostri comuni materiali catodici possono soddisfare questi requisiti attraverso una serie di ottimizzazioni, ma anche materiali diversi sono diversi:
R. Il litio ferro fosfato può concentrarsi maggiormente sulla risoluzione dei problemi di conducibilità elettrica e bassa temperatura. Il rivestimento in carbonio, la nano{0}}izzazione moderata (notare che è moderata, sicuramente non la semplice logica di più fine è meglio) e la formazione di conduttori ionici sulla superficie delle particelle sono le strategie più tipiche.
B. La conduttività elettrica del materiale ternario stesso è relativamente buona, ma la sua reattività è troppo elevata, quindi il materiale ternario è raramente di dimensioni nano-(la nano-chimica non è un antidoto per il miglioramento della prestazioni dei materiali, soprattutto nel campo delle batterie. A volte ci sono molti effetti negativi) e viene prestata maggiore attenzione alla sicurezza e all'inibizione delle reazioni collaterali (con elettrolita), dopotutto uno dei punti chiave degli attuali materiali ternari è la sicurezza, e anche i recenti frequenti incidenti sulla sicurezza della batteria sono in questo senso. proporre requisiti più elevati.
C. Il manganato di litio presta maggiore attenzione alla vita. Al momento, sul mercato sono disponibili molte batterie al litio manganato della serie-a ricarica rapida.
elettrodo negativo
Quando una batteria agli{0}}ioni di litio viene caricata, il litio migra verso l'elettrodo negativo. L'alto potenziale portato dall'elevata corrente di carica rapida farà sì che il potenziale dell'elettrodo negativo sia più negativo. In questo momento, la pressione dell'elettrodo negativo per accettare rapidamente il litio aumenterà e la tendenza a generare dendriti di litio aumenterà. Pertanto, l'elettrodo negativo non deve solo soddisfare i requisiti di diffusione del litio durante la ricarica rapida Pertanto, la principale difficoltà tecnica delle celle di ricarica rapida è proprio l'inserimento di ioni di litio nell'elettrodo negativo.
R. Attualmente, il materiale per elettrodi negativi dominante sul mercato è ancora la grafite (che rappresenta circa il 90% della quota di mercato). Non c'è nessun altro motivo fondamentale - economico e le prestazioni di elaborazione complete e la densità di energia della grafite sono relativamente buone e le carenze sono relativamente poche. . Naturalmente, anche l'elettrodo negativo di grafite ha problemi. La sua superficie è sensibile all'elettrolita e la reazione di intercalazione del litio ha una forte direzionalità. Pertanto, è principalmente necessario eseguire un trattamento superficiale della grafite per migliorarne la stabilità strutturale e favorire la diffusione degli ioni di litio sul supporto. direzione.
B. Anche i materiali di carbonio duro e di carbonio morbido si sono sviluppati molto negli ultimi anni: i materiali di carbonio duro hanno un elevato potenziale di intercalazione del litio e ci sono micropori nel materiale, quindi la cinetica di reazione è buona; mentre i materiali in carbonio morbido hanno una buona compatibilità con gli elettroliti, MCMB Anche il materiale è molto rappresentativo, ma l'efficienza dei materiali in carbonio duro e morbido è generalmente bassa e il costo è alto (e non è molto auspicabile da un punto di vista industriale essere economico come la grafite), quindi il consumo di corrente è di gran lunga inferiore a quello della grafite, ed è più utilizzato in alcuni speciali sulla batteria.
C. Che ne dici di titanato di litio? Per dirla semplicemente: i vantaggi del titanato di litio sono l'elevata densità di potenza e la sicurezza, e anche gli svantaggi sono evidenti, la densità di energia è molto bassa e il costo calcolato in Wh è molto alto. Pertanto, il punto di vista della batteria al litio titanato è una tecnologia utile con vantaggi in determinate occasioni, ma non è adatta a molte occasioni con elevate esigenze di costo e autonomia di crociera.
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.
diaframma
Per le batterie di alimentazione, il funzionamento ad alta corrente fornisce requisiti più elevati per la loro sicurezza e durata. La tecnologia del rivestimento separatore è inevitabile. I separatori rivestiti in ceramica{0}} vengono rapidamente allontanati a causa della loro elevata sicurezza e della capacità di consumare le impurità nell'elettrolito, soprattutto per il miglioramento della sicurezza delle batterie ternarie.
Il sistema principale attualmente utilizzato per i diaframmi ceramici consiste nel rivestire la superficie dei diaframmi tradizionali con particelle di allumina. Un approccio relativamente nuovo consiste nel rivestire fibre di elettrolita solide sul diaframma. Tali diaframmi hanno una resistenza interna inferiore e un migliore supporto meccanico per il diaframma. Eccellente, ha una minore tendenza a bloccare i pori del diaframma durante il servizio.
Il diaframma rivestito ha una buona stabilità. Anche se la temperatura è relativamente alta, non è facile restringersi e deformarsi per causare un cortocircuito. Jiangsu Qingtao Energy Company, che è tecnicamente supportata dal gruppo di ricerca dell'accademico Nan Cewen, School of Materials, Tsinghua University, ha alcuni prodotti rappresentativi a questo proposito. Lavoro.
elettrolita
L'elettrolito ha una grande influenza sulle prestazioni delle batterie agli-ioni di litio{1}}a ricarica rapida. Per garantire la stabilità e la sicurezza della batteria in condizioni di carica rapida e corrente elevata, l'elettrolito deve soddisfare le seguenti caratteristiche: A) non può essere decomposto, B) la conducibilità deve essere elevata e C) è inerte al positivo e al negativo materiali e non possono reagire o dissolversi.
Per soddisfare questi requisiti, la chiave è utilizzare additivi ed elettroliti funzionali. Ad esempio, la sicurezza delle batterie ricaricabili veloci ternarie ne risente notevolmente e devono essere aggiunti vari additivi per resistenza alle alte temperature, ritardanti di fiamma e anti{0}}sovraccarico, al fine di migliorarne in una certa misura la sicurezza . Anche l'annoso-problema delle batterie al litio titanato, la flatulenza ad alta temperatura, deve essere risolto dall'elettrolita funzionale ad alta temperatura.
progettazione della struttura della batteria
Una tipica strategia di ottimizzazione è l'avvolgimento VS impilato. Gli elettrodi della batteria impilata equivalgono a una relazione parallela e il tipo di avvolgimento equivale a una connessione in serie. Pertanto, la resistenza interna del primo è molto più piccola ed è più adatta al tipo di alimentazione. occasione.
Inoltre, puoi anche lavorare sodo sul numero di schede per risolvere i problemi di resistenza interna e dissipazione del calore. Inoltre, sono possibili strategie anche l'utilizzo di materiali per elettrodi ad alta{0}}conduttività, l'utilizzo di agenti più conduttivi e il rivestimento di elettrodi più sottili.
In conclusione, i fattori che influenzano il movimento di carica all'interno della batteria e la velocità dei fori degli elettrodi intercalati influenzeranno la capacità di ricarica rapida delle batterie al litio.
Il futuro della tecnologia di ricarica rapida
Che la tecnologia di ricarica rapida dei veicoli elettrici sia una direzione storica o un fuoco di paglia, infatti, ci sono opinioni diverse e nessuna conclusione. Come soluzione alternativa all'ansia da autonomia, è considerata su una piattaforma con densità di energia della batteria e costo complessivo del veicolo.
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.
Se la tecnologia di ricarica rapida può essere promossa su larga scala, chi sviluppa più velocemente la densità di energia e la tecnologia di ricarica rapida e quale delle due tecnologie riduce i costi, può svolgere un ruolo decisivo nel suo futuro.
