A lítium-{0}}ionos akkumulátorok gyorstöltési képességét befolyásoló tényezők
Minden egyes lítium akkumulátornak van egy optimális töltőáram értéke különböző állapot- és környezeti paraméterek mellett. Ezután az akkumulátor szerkezete szempontjából melyek azok a tényezők, amelyek befolyásolják ezt az optimális töltési értéket.
A töltés mikroszkópos folyamata
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.
Az akkumulátor szerkezete, legyen az elektrokémiai vagy fizikai, amely befolyásolja a töltésátvitelt az ionos és elektronikus működés során, hatással lesz a gyorstöltési teljesítményre.
Gyors töltés, követelmények az akkumulátor minden részéhez
Az akkumulátorok esetében, ha javítani kívánja az energiateljesítményt, keményen kell dolgoznia az akkumulátor egészének minden aspektusában, beleértve a pozitív elektródákat, a negatív elektródákat, az elektrolitokat, a membránokat és a szerkezeti tervezést.
pozitív elektróda
Valójában szinte mindenféle katódanyag felhasználható gyorsan{0}}töltő akkumulátorok készítésére. A főbb garantálandó teljesítmények közé tartozik a vezetőképesség (a belső ellenállás csökkentése), a diffúzió (a reakciókinetika garantálása), az élettartam (nem kell magyarázni), a biztonság (nem kell magyarázat), a megfelelő feldolgozási teljesítmény (a fajlagos felületet nem szabad túl nagy ahhoz, hogy csökkentse a mellékreakciókat és a biztonságot szolgálja).
Természetesen az egyes anyagoknál eltérőek lehetnek a megoldandó problémák, de elterjedt katódanyagaink egy sor optimalizálással megfelelnek ezeknek a követelményeknek, de a különböző anyagok is eltérőek:
V. A lítium-vas-foszfát jobban összpontosíthat az elektromos vezetőképesség és az alacsony hőmérséklet problémáinak megoldására. A szénbevonat, a mérsékelt nano-zás (megjegyzendő, hogy mérsékelt, semmiképpen sem a finomabb egyszerű logikája a jobb), és ionvezetők kialakítása a részecskék felületén a legjellemzőbb stratégia.
B. Maga a háromkomponensű anyag elektromos vezetőképessége viszonylag jó, de reakcióképessége túl magas, ezért a háromkomponensű anyag ritkán nano{0}}méretű (a nano-vegyszer nem ellenszere a anyagteljesítmény, különösen az akkumulátorok terén. Néha sok a káros hatás), nagyobb figyelmet fordítanak a biztonságra és a mellékreakciók gátlására (elektrolittal), elvégre a jelenlegi hármas anyagok egyik kulcspontja a biztonság, és az utóbbi időben gyakori akkumulátor-biztonsági balesetek is erre vonatkoznak. magasabb követelményeket támaszt.
C. A lítium-manganát jobban odafigyel az életre. Jelenleg számos lítium-manganát sorozatú, gyorsan tölthető{0}}akkumulátor létezik a piacon.
negatív elektróda
A lítium{0}}ion akkumulátor feltöltésekor a lítium a negatív elektródára vándorol. A gyorstöltés nagy árama által okozott nagy potenciál miatt a negatív elektródpotenciál negatívabb lesz. Ekkor a negatív elektróda nyomása a lítium gyors befogadására megnő, és megnő a lítium-dendritek képződésére való hajlam. Ezért a negatív elektródának nem csak a lítium diffúziós követelményeinek kell megfelelnie a gyorstöltés során. Ezért a gyorstöltő cellák fő technikai nehézsége valójában a lítium-ionok beillesztése a negatív elektródába.
V. Jelenleg a piacon a domináns negatív elektróda anyaga még mindig a grafit (a piaci részesedés körülbelül 90 százalékát teszi ki). Nincs más alapvető oka - az olcsóságnak, és a grafit átfogó feldolgozási teljesítménye és energiasűrűsége viszonylag jó, a hiányosságok pedig viszonylag csekélyek. . Természetesen a grafit negatív elektródával is vannak gondok. Felülete érzékeny az elektrolitra, a lítium interkalációs reakciója erős irányultságú. Ezért elsősorban grafit felületkezelést kell végezni annak szerkezeti stabilitásának javítása és a lítium ionok hordozón történő diffúziójának elősegítése érdekében. irány.
B. A keményszén és a lágyszén anyagok is sokat fejlődtek az elmúlt években: a keményszén anyagok nagy lítium interkalációs potenciállal rendelkeznek, és az anyagban mikropórusok vannak, így a reakciókinetika jó; míg a lágyszén anyagok jó kompatibilitást mutatnak az elektrolitokkal, az MCMB Az anyag szintén nagyon reprezentatív, de a kemény és lágy széntartalmú anyagok hatékonysága általában alacsony, a költségek pedig magasak (és ipari szempontból nem túl reménykeltő olyan olcsó, mint a grafit), így az áramfelvétel jóval kisebb, mint a grafité, és inkább valamilyen speciális elemben használják.
C. Mi a helyzet a lítium-titanáttal? Leegyszerűsítve: a lítium-titanát előnye a nagy teljesítménysűrűség és a biztonság, és a hátrányai is nyilvánvalóak, az energiasűrűség nagyon alacsony, a Wh-val számolt költség pedig nagyon magas. Ezért a lítium-titanát akkumulátor egy hasznos technológia, amely bizonyos esetekben előnyökkel jár, de sok esetben nem alkalmas magas költség- és utazási hatótávolságra.
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
Az akkumulátorok esetében a nagyáramú működés magasabb követelményeket támaszt a biztonságuk és élettartamuk tekintetében. Az elválasztó bevonat technológia megkerülhetetlen. A kerámia{0}}bevonatú szeparátorok gyorsan kiszorulnak nagy biztonságuk és az elektrolitban lévő szennyeződések elfogyasztása miatt, különösen a háromkomponensű akkumulátorok biztonságának javítása érdekében.
A kerámia membránokhoz jelenleg használt fő rendszer a hagyományos membránok felületének alumínium-oxid részecskékkel való bevonása. Viszonylag újszerű megközelítés a szilárd elektrolitszálak bevonása a membránra. Az ilyen membránok kisebb belső ellenállással és jobb mechanikai támasztékkal rendelkeznek a membrán számára. Kiváló, és kevésbé hajlamos elzárni a membrán pórusait a szervizelés során.
A bevonatos membrán jó stabilitású. Még ha a hőmérséklet viszonylag magas is, nem könnyű zsugorodni és deformálódni, hogy rövidzárlatot okozzon. A Jiangsu Qingtao Energy Company, amelyet a Tsinghua Egyetem Anyagiskola Nan Cewen akadémikus kutatócsoportja technikailag támogat, néhány reprezentatív termékkel rendelkezik e tekintetben. Munka.
Elektrolit
Az elektrolit nagymértékben befolyásolja a gyorsan{0}}tölthető lítium-akkumulátorok teljesítményét. Az akkumulátor stabilitásának és biztonságának biztosítása érdekében gyorstöltés és nagy áramerősség esetén az elektrolitnak meg kell felelnie a következő jellemzőknek: A) nem bomlik le, B) vezetőképessége nagy kell, hogy legyen, és C) inert a pozitív és negatív irányba. anyagokat, és nem tudnak reagálni vagy feloldódni.
Ha ezeket a követelményeket teljesíteni kell, akkor a kulcs az adalékanyagok és a funkcionális elektrolitok használata. Például a háromkomponensű gyorsantölthető akkumulátorok biztonságát nagymértékben befolyásolja, és különféle adalékokat kell hozzáadni a magas hőmérsékletnek ellenálló, égésgátló és túltöltés elleni -túltöltés ellen, hogy bizonyos mértékig javítsák a biztonságot. . A lítium-titanát akkumulátorok régóta fennálló problémáját, a magas hőmérsékletű puffadást szintén javítani kell a magas hőmérsékletű funkcionális elektrolittal.
akkumulátor szerkezet tervezése
Egy tipikus optimalizálási stratégia a halmozott VS tekercselés. Az egymásra helyezett akkumulátor elektródái egyenértékűek a párhuzamos kapcsolattal, a tekercselés típusa pedig a soros csatlakozással. Ezért az előbbi belső ellenállása sokkal kisebb, és jobban megfelel a teljesítménytípusnak. alkalom.
Ezenkívül keményen dolgozhat a fülek számán is, hogy megoldja a belső ellenállási és hőelvezetési problémákat. Ezen túlmenően a nagy-vezetőképességű elektródaanyagok, több vezetőképes anyag használata és vékonyabb elektródák bevonása szintén lehetséges stratégiák.
Összefoglalva, azok a tényezők, amelyek befolyásolják az akkumulátoron belüli töltési mozgást és az interkalált elektródalyukak arányát, befolyásolják a lítium akkumulátorok gyors töltési képességét.
A gyorstöltési technológia jövője
Hogy az elektromos járművek gyorstöltési technológiája történelmi irány, vagy villámcsapás, valójában különböző vélemények vannak, és nincs következtetés. A távolsági szorongás alternatív megoldásaként az akkumulátor energiasűrűségével és a jármű összköltségével rendelkező platformon tartják számon.
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.
Az, hogy a gyorstöltési technológia széles körben népszerűsíthető-e, ki fejlődik gyorsabban az energiasűrűségben és a gyorstöltési technológiában, illetve, hogy a két technológia közül melyik csökkenti a költségeket, meghatározó szerepe lehet a jövőben.
