Faktor-faktor yang mempengaruhi keupayaan pengecasan pantas bateri lithium-ion
Setiap bateri litium mempunyai nilai semasa pengecasan yang optimum di bawah parameter keadaan dan parameter persekitaran yang berbeza. Kemudian, dari perspektif struktur bateri, apakah faktor-faktor yang mempengaruhi nilai pengecasan optimum ini.
Proses mikroskopik pengecasan
Bateri litium dikenali sebagai bateri "kerusi goyang", di mana ion yang dikenakan bergerak antara elektrod positif dan negatif untuk memindahkan caj ke litar luaran kuasa atau mengecas dari sumber kuasa luaran. Dalam proses pengecasan tertentu, voltan luaran digunakan pada dua tiang bateri, dan ion litium diintercalated dari bahan elektrod positif dan memasuki elektrolit. Pada masa yang sama, elektron berlebihan dijana melalui pengumpul arus elektrod positif dan bergerak ke elektrod negatif melalui litar luaran; ion litium berada di elektrolit. Ia bergerak dari elektrod positif ke elektrod negatif, dan melalui pemisah ke elektrod negatif; filem SEI yang melalui permukaan elektrod negatif tertanam dalam struktur berlapis grafit elektrod negatif dan menggabungkan dengan elektron.
Struktur bateri, sama ada elektrokimia atau fizikal, yang mempengaruhi pemindahan caj sepanjang operasi ionik dan elektronik akan memberi kesan kepada prestasi pengecasan pantas.
Pengecasan pantas, keperluan untuk setiap bahagian bateri
Untuk bateri, jika anda ingin meningkatkan prestasi kuasa, anda perlu bekerja keras dalam semua aspek bateri secara keseluruhan, termasuk elektrod positif, elektrod negatif, elektrolit, diafragma, dan reka bentuk struktur.
elektrod positif
Malah, hampir semua jenis bahan katod boleh digunakan untuk membuat bateri pengecasan pantas. Persembahan utama yang perlu dijamin termasuk pengaliran (mengurangkan rintangan dalaman), penyebaran (jaminan tindak balas kinetik), kehidupan (tidak perlu dijelaskan), keselamatan (tidak perlu Penjelasan), prestasi pemprosesan yang sesuai (kawasan permukaan tertentu tidak boleh terlalu besar untuk mengurangkan reaksi sampingan dan melayani keselamatan).
Sudah tentu, masalah yang perlu diselesaikan untuk setiap bahan tertentu mungkin berbeza, tetapi bahan katod biasa kami dapat memenuhi keperluan ini melalui satu siri pengoptimuman, tetapi bahan yang berbeza juga berbeza:
A. Fosfat besi litium mungkin lebih memberi tumpuan kepada menyelesaikan masalah kekonduksian elektrik dan suhu rendah. Salutan karbon, nano-ization sederhana (perhatikan bahawa ia adalah sederhana, pastinya bukan logik mudah yang lebih halus adalah lebih baik), dan pembentukan konduktor ionik pada permukaan zarah adalah strategi yang paling tipikal.
B. Kekonduksian elektrik bahan ternari itu sendiri agak baik, tetapi kereaktifannya terlalu tinggi, jadi bahan ternary jarang bersaiz nano (nano-kimia bukan penawar untuk peningkatan prestasi bahan, terutamanya dalam bidang bateri. Kadang-kadang terdapat banyak kesan buruk), dan lebih banyak perhatian diberikan kepada keselamatan dan perencatan tindak balas sampingan (dengan elektrolit), selepas semua, salah satu perkara utama bahan ternari semasa adalah keselamatan, dan kemalangan keselamatan bateri yang kerap baru-baru ini juga dalam hal ini. mengemukakan keperluan yang lebih tinggi.
C. Litium manganate memberi perhatian lebih kepada kehidupan. Pada masa ini, terdapat banyak bateri pengecasan pantas siri litium manganat di pasaran.
elektrod negatif
Apabila bateri lithium-ion dicas, litium berhijrah ke elektrod negatif. Potensi tinggi yang dibawa oleh arus pengecasan pantas yang tinggi akan menyebabkan potensi elektrod negatif menjadi lebih negatif. Pada masa ini, tekanan elektrod negatif untuk menerima litium dengan cepat akan meningkat, dan kecenderungan untuk menjana dendrit litium akan meningkat. Oleh itu, elektrod negatif bukan sahaja mesti memenuhi keperluan penyebaran litium semasa pengecasan pantas Oleh itu, kesukaran teknikal utama sel pengecasan pantas sebenarnya adalah penyisipan ion litium dalam elektrod negatif.
A. Pada masa ini, bahan elektrod negatif yang dominan di pasaran masih grafit (menyumbang kira-kira 90% daripada bahagian pasaran). Tidak ada sebab asas lain - murah, dan prestasi pemprosesan yang komprehensif dan ketumpatan tenaga grafit agak baik, dan kekurangannya agak sedikit. . Sudah tentu, elektrod negatif grafit juga mempunyai masalah. Permukaannya sensitif terhadap elektrolit, dan tindak balas intercalasi litium mempunyai arah yang kuat. Oleh itu, terutamanya perlu melakukan rawatan permukaan grafit untuk meningkatkan kestabilan strukturnya dan menggalakkan penyebaran ion litium pada substrat. Arah.
B. Karbon keras dan bahan karbon lembut juga telah berkembang banyak dalam beberapa tahun kebelakangan ini: bahan karbon keras mempunyai potensi intercalasi litium yang tinggi, dan terdapat mikropori dalam bahan, jadi kinetik tindak balas adalah baik; manakala bahan karbon lembut mempunyai keserasian yang baik dengan elektrolit, MCMB Bahan ini juga sangat mewakili, tetapi kecekapan bahan karbon keras dan lembut secara amnya rendah dan kosnya tinggi (dan ia tidak begitu berharap dari sudut pandangan industri untuk menjadi murah seperti grafit), jadi penggunaan semasa jauh lebih rendah daripada grafit, dan ia lebih banyak digunakan dalam beberapa khas pada bateri.
C. Bagaimana dengan litium titanate? Ringkasnya: kelebihan litium titanate adalah ketumpatan kuasa dan keselamatan yang tinggi, dan kelemahannya juga jelas, ketumpatan tenaga sangat rendah, dan kos yang dikira oleh Wh sangat tinggi. Oleh itu, sudut pandangan bateri litium titanate adalah teknologi yang berguna dengan kelebihan dalam keadaan tertentu, tetapi ia tidak sesuai untuk banyak kesempatan dengan keperluan yang tinggi mengenai kos dan julat pelayaran.
D. Bahan anod silikon adalah arah pembangunan yang penting. Bateri 18650 baru Panasonic telah memulakan proses komersial bahan tersebut. Walau bagaimanapun, bagaimana untuk mencapai keseimbangan antara prestasi yang dikejar oleh nanoteknologi dan keperluan skala mikron umum industri bateri untuk bahan masih merupakan tugas yang mencabar.
diafragma
Untuk bateri kuasa, operasi semasa yang tinggi menyediakan keperluan yang lebih tinggi untuk keselamatan dan kehidupan mereka. Teknologi salutan pemisah tidak dapat dielakkan. Pemisah bersalut seramik dengan cepat ditolak kerana keselamatan yang tinggi dan keupayaan untuk menggunakan kekotoran dalam elektrolit, terutamanya untuk peningkatan keselamatan bateri ternari.
Sistem utama yang kini digunakan untuk diafragma seramik adalah untuk melapisi permukaan diafragma tradisional dengan zarah alumina. Pendekatan yang agak baru ialah melapisi gentian elektrolit pepejal pada diafragma. Diafragma sedemikian mempunyai rintangan dalaman yang lebih rendah dan sokongan mekanikal yang lebih baik untuk diafragma. Sangat baik, dan ia mempunyai kecenderungan yang lebih rendah untuk menyekat liang diafragma semasa perkhidmatan.
Diafragma bersalut mempunyai kestabilan yang baik. Walaupun suhunya agak tinggi, tidak mudah untuk mengecut dan berubah bentuk untuk menyebabkan litar pintas. Jiangsu Qingtao Energy Company, yang secara teknikal disokong oleh kumpulan penyelidikan Ahli Akademik Nan Cewen, Sekolah Bahan, Universiti Tsinghua, mempunyai beberapa produk perwakilan dalam hal ini. Kerja.
Elektrolit
Elektrolit mempunyai pengaruh yang besar terhadap prestasi bateri lithium-ion pengecasan pantas. Untuk memastikan kestabilan dan keselamatan bateri di bawah pengecasan pantas dan arus tinggi, elektrolit mesti memenuhi ciri-ciri berikut: A) ia tidak boleh diuraikan, B) kekonduksian mestilah tinggi, dan C) ia lengai kepada bahan positif dan negatif, dan tidak boleh bertindak balas atau larut.
Sekiranya keperluan ini dipenuhi, kuncinya adalah menggunakan bahan tambahan dan elektrolit berfungsi. Sebagai contoh, keselamatan bateri boleh dicas semula cepat ternary sangat terjejas olehnya, dan pelbagai bahan tambahan untuk rintangan suhu tinggi, kalis api dan anti-overcharging mesti ditambah kepadanya, untuk meningkatkan keselamatannya pada tahap tertentu. Masalah lama bateri titanate litium, kembung perut suhu tinggi, juga perlu diperbaiki oleh elektrolit berfungsi suhu tinggi.
reka bentuk struktur bateri
Strategi pengoptimuman biasa disusun penggulungan VS. Elektrod bateri bertindan bersamaan dengan hubungan selari, dan jenis penggulungan bersamaan dengan sambungan siri. Oleh itu, rintangan dalaman bekas jauh lebih kecil, dan ia lebih sesuai untuk jenis kuasa. Kesempatan.
Di samping itu, anda juga boleh bekerja keras pada bilangan tab untuk menyelesaikan rintangan dalaman dan masalah pelesapan haba. Di samping itu, menggunakan bahan elektrod kekonduksian tinggi, menggunakan lebih banyak agen konduktif, dan salutan elektrod nipis juga merupakan strategi yang mungkin.
Kesimpulannya, faktor-faktor yang mempengaruhi pergerakan caj di dalam bateri dan kadar lubang elektrod intercalated akan menjejaskan keupayaan pengecasan pantas bateri litium.
Masa depan teknologi pengecasan pantas
Sama ada teknologi pengecasan pantas kenderaan elektrik adalah arah sejarah atau kilat dalam kuali, sebenarnya, terdapat pendapat yang berbeza dan tiada kesimpulan. Sebagai penyelesaian alternatif untuk kebimbangan julat, ia dianggap pada platform dengan ketumpatan tenaga bateri dan kos kenderaan keseluruhan.
Ketumpatan tenaga dan prestasi pengecasan pantas, dalam bateri yang sama, boleh dikatakan tidak serasi dalam dua arah, dan tidak boleh mempunyai kedua-duanya. Mengejar ketumpatan tenaga bateri kini menjadi arus perdana. Apabila ketumpatan tenaga cukup tinggi, kereta mempunyai kuasa yang cukup untuk mengelakkan apa yang dipanggil "kebimbangan perbatuan", dan permintaan untuk prestasi pengecasan kadar bateri akan dikurangkan; pada masa yang sama, jika kuasanya besar, jika kos bateri setiap kWj tidak cukup rendah, maka sama ada ia boleh digunakan Pembelian elektrik Ding Kemao yang "tidak cemas" memerlukan pengguna membuat pilihan. Memikirkannya dengan cara ini, pengecasan pantas mempunyai nilai kewujudan. Sudut lain ialah kos kemudahan pengecasan pantas, yang sudah tentu sebahagian daripada kos mempromosikan elektrifikasi di seluruh masyarakat.
Sama ada teknologi pengecasan pantas boleh dipromosikan secara besar-besaran, yang berkembang lebih cepat dalam ketumpatan tenaga dan teknologi pengecasan pantas, dan yang mana kedua-dua teknologi mengurangkan kos, boleh memainkan peranan penting pada masa depannya.
