Faktori, kas ietekmē litija jonu bateriju ātrās uzlādes spēju
Katram litija akumulatoram ir optimāla uzlādes strāvas vērtība saskaņā ar dažādiem stāvokļa parametriem un vides parametriem. Pēc tam, no akumulatora struktūras viedokļa, kādi ir faktori, kas ietekmē šo optimālo uzlādes vērtību.
Mikroskopiskais uzlādes process
Litija baterijas ir pazīstamas kā "šūpuļkrēsla" baterijas, kurās uzlādētie joni pārvietojas starp pozitīviem un negatīviem elektrodiem, lai pārnestu lādiņus uz ārējās ķēdes jaudu vai uzlādētu no ārēja enerģijas avota. Konkrētajā uzlādes procesā ārējais spriegums tiek uzklāts uz diviem akumulatora stabiem, un litija joni tiek deinterkalēti no pozitīvā elektrodu materiāla un nonāk elektrolītā. Tajā pašā laikā liekie elektroni tiek ģenerēti caur pozitīvo elektrodu strāvas kolektoru un pārvietojas uz negatīvo elektrodu caur ārējo ķēdi; litija joni atrodas elektrolītā. Tas pārvietojas no pozitīvā elektroda uz negatīvo elektrodu un iet caur separatoru uz negatīvo elektrodu; SEI plēve, kas iet caur negatīvā elektroda virsmu, ir iestrādāta negatīvā elektroda grafīta slāņainajā struktūrā un apvienojas ar elektroniem.
Akumulatora struktūra, elektroķīmiskā vai fiziskā, kas ietekmē uzlādes pārnesi visā jonu un elektronisko darbību, ietekmēs ātrās uzlādes veiktspēju.
Ātra uzlāde, prasības katrai akumulatora daļai
Baterijām, ja vēlaties uzlabot jaudas veiktspēju, jums ir smagi jāstrādā visos akumulatora aspektos kopumā, ieskaitot pozitīvos elektrodus, negatīvos elektrodus, elektrolītus, diafragmas un strukturālo dizainu.
pozitīvs elektrods
Faktiski gandrīz visu veidu katoda materiālus var izmantot, lai izgatavotu ātras uzlādes baterijas. Galvenie priekšnesumi, kas ir jāgarantē, ir vadīšana (samazināt iekšējo pretestību), difūzija (garantijas reakcijas kinētika), dzīvība (nav nepieciešams izskaidrot), drošība (nav nepieciešams paskaidrojums), atbilstoša apstrādes veiktspēja (konkrētais virsmas laukums nedrīkst būt pārāk liels, lai samazinātu sānu reakcijas un kalpotu drošībai).
Protams, problēmas, kas jārisina katram konkrētajam materiālam, var būt atšķirīgas, bet mūsu kopējie katoda materiāli var atbilst šīm prasībām, izmantojot virkni optimizāciju, bet dažādi materiāli ir arī atšķirīgi:
A. Litija dzelzs fosfāts var vairāk koncentrēties uz elektrovadītspējas un zemas temperatūras problēmu risināšanu. Oglekļa pārklājums, mērena nano-izācija (ņemiet vērā, ka tas ir mērens, noteikti nav labāka vienkārša smalkāka loģika), un jonu vadītāju veidošanās uz daļiņu virsmas ir tipiskākās stratēģijas.
B. Paša trīskāršā materiāla elektriskā vadītspēja ir salīdzinoši laba, bet tā reaktivitāte ir pārāk augsta, tāpēc trīskāršais materiāls reti ir nano izmēra (nanoķīmiskais materiāls nav pretlīdzeklis materiāla veiktspējas uzlabošanai, īpaši bateriju jomā. Dažreiz ir daudz blakusparādību), un lielāka uzmanība tiek pievērsta blakusparādību drošībai un inhibīcijai (ar elektrolītu), galu galā, viens no galvenajiem pašreizējo trīskāršo materiālu punktiem ir drošība, un nesenie biežie akumulatora drošības negadījumi ir arī šajā sakarā. izvirzīt augstākas prasības.
C. Litija manganāts pievērš lielāku uzmanību dzīvei. Pašlaik tirgū ir daudz litija manganāta sērijas ātrās uzlādes bateriju.
negatīvs elektrods
Kad litija jonu akumulators ir uzlādēts, litijs migrē uz negatīvo elektrodu. Augstais potenciāls, ko rada ātrās uzlādes augstā strāva, izraisīs negatīvāku elektrodu potenciālu. Šajā laikā palielināsies negatīvā elektroda spiediens ātri pieņemt litiju, un palielināsies tendence radīt litija dendritus. Tāpēc negatīvajam elektrodam ir jāatbilst ne tikai litija difūzijas prasībām ātrās uzlādes laikā Tāpēc ātrās uzlādes šūnu galvenās tehniskās grūtības faktiski ir litija jonu ievietošana negatīvajā elektrodā.
A. Pašlaik dominējošais negatīvais elektrodu materiāls tirgū joprojām ir grafīts (kas veido aptuveni 90% no tirgus daļas). Nav cita būtiska iemesla - lēti, un grafīta visaptverošā apstrādes veiktspēja un enerģijas blīvums ir salīdzinoši labi, un trūkumi ir salīdzinoši maz. . Protams, arī grafīta negatīvajam elektrodam ir problēmas. Tās virsma ir jutīga pret elektrolītu, un litija interkalācijas reakcijai ir spēcīga virziena reakcija. Tāpēc galvenokārt ir nepieciešams veikt grafīta virsmas apstrādi, lai uzlabotu tās strukturālo stabilitāti un veicinātu litija jonu izplatīšanos uz substrāta. virziens.
B. Arī cietie oglekļa un mīkstā oglekļa materiāli pēdējos gados ir daudz attīstījušies: cietajiem oglekļa materiāliem ir augsts litija interkalācijas potenciāls, un materiālā ir mikroporas, tāpēc reakcijas kinētika ir laba; kamēr mīkstajiem oglekļa materiāliem ir laba saderība ar elektrolītiem, MCMB Materiāls ir arī ļoti reprezentatīvs, bet cieto un mīksto oglekļa materiālu efektivitāte parasti ir zema un izmaksas ir augstas (un no rūpnieciskā viedokļa nav ļoti cerams, ka tas būs tik lēts kā grafīts), tāpēc pašreizējais patēriņš ir daudz mazāks nekā grafīta patēriņš, un tas ir vairāk izmantots kādā īpašā uz akumulatora.
C. Kā būtu ar litija titanātu? Vienkārši sakot: litija titānāta priekšrocības ir augsts jaudas blīvums un drošība, un trūkumi ir arī acīmredzami, enerģijas blīvums ir ļoti zems, un Wh aprēķinātās izmaksas ir ļoti augstas. Tāpēc litija titānāta akumulatora viedoklis ir noderīga tehnoloģija ar priekšrocībām noteiktos gadījumos, bet tas nav piemērots daudziem gadījumiem ar augstām prasībām attiecībā uz izmaksām un kreisēšanas diapazonu.
D. Silīcija anoda materiāls ir svarīgs attīstības virziens. Panasonic jaunais 18650 akumulators ir uzsācis šādu materiālu komerciālo procesu. Tomēr tas, kā panākt līdzsvaru starp nanotehnoloģiju veiktspēju un akumulatoru nozares vispārējām mikronu mēroga prasībām attiecībā uz materiāliem, joprojām ir sarežģīts uzdevums.
Diafragmas
Jaudas baterijām augstas strāvas darbība nodrošina augstākas prasības to drošībai un dzīvībai. Separatora pārklājuma tehnoloģija ir neizbēgama. Atdalītāji ar keramikas pārklājumu strauji tiek atgrūsti, jo tie ir ļoti droši un spēj patērēt piemaisījumus elektrolītā, jo īpaši trīskāršo bateriju drošības uzlabošanai.
Galvenā sistēma, ko pašlaik izmanto keramikas diafragmām, ir tradicionālo diafragmu virsmas pārklāšana ar alumīnija oksīda daļiņām. Salīdzinoši jauna pieeja ir pārklāt cietās elektrolītu šķiedras uz diafragmas. Šādām diafragmām ir zemāka iekšējā pretestība un labāks mehāniskais atbalsts diafragmai. Lieliski, un tam ir zemāka tendence bloķēt diafragmas poras kalpošanas laikā.
Pārklātajai diafragmai ir laba stabilitāte. Pat ja temperatūra ir salīdzinoši augsta, nav viegli sarauties un deformēties, lai izraisītu īssavienojumu. Jiangsu Qingtao Energy Company, ko tehniski atbalsta Akadēmiķa Nan Cewen pētniecības grupa, Materiālu skola, Tsinghua Universitāte, šajā sakarā ir daži reprezentatīvi produkti. Strādāt.
Elektrolītu
Elektrolītam ir liela ietekme uz ātri uzlādējamo litija jonu bateriju veiktspēju. Lai nodrošinātu akumulatora stabilitāti un drošību ātras uzlādes un augstas strāvas režīmā, elektrolītam jāatbilst šādām īpašībām: A) to nevar sadalīt, B) vadītspējai jābūt augstai un C) tas ir inerts pozitīvajiem un negatīvajiem materiāliem un nevar reaģēt vai izšķīst.
Ja šīs prasības ir jāizpilda, galvenais ir izmantot piedevas un funkcionālos elektrolītus. Piemēram, tas lielā mērā ietekmē trīskāršu ātri uzlādējamu bateriju drošību, un tam jāpievieno dažādas piedevas augstas temperatūras izturībai, liesmas slāpējošam līdzeklim un pretpārliecināšanai, lai zināmā mērā uzlabotu tā drošību. Litija titānāta bateriju ilgstošā problēma, augstas temperatūras meteorisms, ir jāuzlabo arī ar augstas temperatūras funkcionālo elektrolītu.
akumulatora struktūras dizains
Tipiska optimizācijas stratēģija ir VS tinums. Grupētā akumulatora elektrodi ir līdzvērtīgi paralēlām attiecībām, un tinuma veids ir līdzvērtīgs sērijas savienojumam. Tāpēc pirmā iekšējā pretestība ir daudz mazāka, un tā ir vairāk piemērota jaudas tipam. Gadījumā.
Turklāt jūs varat arī smagi strādāt pie ciļņu skaita, lai atrisinātu iekšējās pretestības un siltuma izkliedes problēmas. Turklāt iespējamās stratēģijas ir arī augstas vadītspējas elektrodu materiālu izmantošana, izmantojot vairāk vadošo vielu un pārklājuma plānākus elektrodus.
Jāsecina, ka faktori, kas ietekmē uzlādes kustību akumulatora iekšpusē, un interkalēto elektrodu caurumu ātrums ietekmēs litija bateriju ātrās uzlādes spēju.
Ātrās uzlādes tehnoloģijas nākotne
Neatkarīgi no tā, vai elektrisko transportlīdzekļu ātrās uzlādes tehnoloģija ir vēsturisks virziens vai zibspuldze pannā, patiesībā ir dažādi viedokļi un nav secinājumu. Kā alternatīvs risinājums trauksmes diapazonam tas tiek uzskatīts par platformu ar akumulatora enerģijas blīvumu un kopējām transportlīdzekļa izmaksām.
Enerģijas blīvumu un ātras uzlādes veiktspēju vienā akumulatorā var uzskatīt par nesavienojamu divos virzienos, un tiem nevar būt abi. Pašlaik galvenā uzmanība tiek pievērsta bateriju enerģijas blīvumam. Ja enerģijas blīvums ir pietiekami augsts, automašīnai ir pietiekami daudz jaudas, lai izvairītos no tā sauktās "nobraukuma trauksmes", un pieprasījums pēc akumulatora uzlādes ātruma uzlādes veiktspējas tiks samazināts; tajā pašā laikā, ja jauda ir liela, ja akumulatora izmaksas par kWh nav pietiekami zemas, tad neatkarīgi no tā, vai to var izmantot Ding Kemao elektroenerģijas iegāde, kas "nav noraizējusies", prasa patērētājiem izdarīt izvēli. Domājot par to šādā veidā, ātrai uzlādei ir eksistences vērtība. Vēl viens leņķis ir ātrās uzlādes iekārtu izmaksas, kas, protams, ir daļa no elektrifikācijas veicināšanas izmaksām visā sabiedrībā.
Tam, vai ātrās uzlādes tehnoloģiju var veicināt plašā mērogā, kurš ātrāk attīstās enerģijas blīvuma un ātrās uzlādes tehnoloģijas jomā un kura no abām tehnoloģijām samazina izmaksas, var būt izšķiroša nozīme tās nākotnē.
