So verbessern Sie die Leistung der Lithium-Ionen-Batterierate besser

Bei Lithium-Ionen-Leistungsbatterien sind die wichtigsten Indikatoren, auf die wir uns konzentrieren, die Energiedichte und die Leistungsdichte. Die Energiedichte hängt mit der Reichweite des Fahrzeugs zusammen, und die Leistungsdichte hängt mit der dynamischen Leistung des Elektrofahrzeugs zusammen. Wie Sie die Leistung von Lithium-Ionen-Batterieraten verbessern können Entwickler haben ihre eigenen einzigartigen Erkenntnisse. Ich werde auf einige meiner Ideen zur Verbesserung der Leistung von Lithium-Ionen-Batterieraten eingehen. Ich hoffe, bedeutungsvoll zu sein.

1. Materialauswahl

Im Allgemeinen basiert die Verbesserung der Leistung der Batteriebetriebsrate hauptsächlich auf der Wahl der Materialien. Zum Beispiel hatten wir den Artikel "Ionenleitung, elektronische leitfähige Dummheit ist unklar? Sie möchten wissen, dass sie hier ist!" Die Ionen- und Elektronenleitfähigkeit von ternären Nickelmaterialien und herkömmlichen lithiumkobaltoxidmaterialien beträgt bei 20 ° C die elektronische Leitfähigkeit von LCO-Materialien nur 5 × 10 –8 S / cm, während die elektronische Leitfähigkeit von NCM111-Materialien bis zu 2,2 × 10 –6 S / cm beträgt cm, mit der weiteren Erhöhung des Nickelgehalts wird auch die elektronische Leitfähigkeit von ternären Materialien signifikant verbessert. Die elektronische Leitfähigkeit des NCM8111-Materials beträgt 4,1 × 10 –3 S / cm, und die Ionenleitfähigkeit ist ebenfalls gezeigt. Im gleichen Trend beträgt die Ionenleitfähigkeit des LCO-Materials bei 20 ° C nur 2,3 × 10 –7 S / cm, während die Ionenleitfähigkeit des NCM111-Materials 3,2 × 10 –6 S / cm beträgt, das NCM532 1,7 × 10 –3 S / cm und das NCM622 ist 3,4 x 10. -3S / cm, NCM811-Material ist bis zu 6,3 × 10 –3 S / cm, unabhängig davon, ob es sich um eine elektronische Leitfähigkeit oder eine Ionenleitfähigkeit handelt, ist das ternäre Material, insbesondere das ternäre Material mit hohem Nickelgehalt oder das NCA-Material, für den Vergrößerungstyp besser geeignet. Lithium-Ionen-Batterie natürlich zusätzlich zu Materialien Diese intrinsischen Eigenschaften der äußeren Geschwindigkeitsfähigkeit, die auch durch die Morphologie mehrerer Faktoren beeinflusst wird, wie z. B. kleine Materialpartikel mit größerer Oberfläche, Li + Diffusionsabstand ist kürzer in der Innenraum des Partikels, also theoretisch bessere Geschwindigkeitsfähigkeit.

Es gibt viele Arten von Anodenmaterialien, wie Graphitteilchen mit kleinen Teilchen von Mesophasen, die eine gute Leistung in Bezug auf die Geschwindigkeitsleistung aufweisen. SRSivakkumar, JYNerkar, AGPandolfo-Abteilung für Energietechnologie der Commonwealth Scientific and Industrial Organization (CSIRO) Die Bewertung verschiedener Arten und Größen von Graphitmaterialien zeigt, dass je kleiner die Partikelgröße von Graphitmaterialien ist, desto höher die Geschwindigkeitsleistung und die Verringerung der Graphitoberfläche ist Die Schichtdicke kann auch die Geschwindigkeitsleistung von Graphitanoden verbessern. Die Verringerung der Partikelgröße bringt jedoch auch eine Reihe von Problemen mit sich, wie beispielsweise die Verringerung der reversiblen Kapazität und die Verringerung der Verdichtungsdichte. Gleichzeitig zeigt die Forschung auch, dass die obigen Maßnahmen zwar die Entladungsratenleistung der Graphitanode verbessern können, es jedoch schwierig ist, die Ladungsratenleistung der Graphitanode effektiv zu verbessern.

Das Li4Ti5O12-Material selbst hat einen hohen Li + -Diffusionskoeffizienten (10-16-10-15m2 / S) [2], und das lithiumtitanat-batteriematerial wird aufgrund seiner geringen Leitfähigkeit häufig zu Partikeln in Nanogröße verarbeitet wird vergrößert und der Diffusionsabstand von Li + verringert. Der Lithiumtitanat-Akku hat eine hervorragende Leistung und kann schnell aufgeladen werden. Deshalb interessiert sich Dong Mingzhu für Yinlong, aber die Spannungsplattform aus Lithiumtitanat-Material. Bei 1,55 V beträgt die theoretische reversible Kapazität 170 mAh / g, was zu einer geringeren batteriespezifischen Energie führt, was die Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich beeinträchtigt. Dies ist auch die Hauptursache für die jüngste Krise in Yinlong. Es wird gesagt, dass Cheng auch Xiao He ist und Xiao He ebenfalls besiegt ist. Um diese Probleme von Lithiumtitanat unter Beibehaltung der Vorteile seiner Hochleistungsleistung zu lösen, haben die Forscher große Anstrengungen unternommen, um die reversible Kapazität des Materials, das von der japanischen Toshiba Corporation entwickelte neue Anodenmaterial NTO-Neodym-Titanoxid-Verbindung NTO, zu verbessern. Bis zu 341 mAh / g sind viel höher als LTO-Material, nahe am Graphitmaterial, aber mit dem Vorteil der Feststoffdichte bei hohem Druck erreicht die volumetrische Energiedichte das Doppelte der Graphitanode und das Material behält die Eigenschaften einer schnellen Ladung bei. Das Aufladen von 0% SoC auf 90% SoC dauert frühestens 6 Minuten und entspricht fast genau den Anforderungen von Elektrofahrzeugen. Derzeit hat Toshiba eine Kooperationsvereinbarung mit Sojitz und dem brasilianischen Bergbauunternehmen CBMM zur gemeinsamen Entwicklung und Herstellung des Materials angekündigt.

Als weltweit führende Universität arbeitet die University of Cambridge auch an der Entwicklung von Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterieanodenmaterialien mit hoher Vergrößerung und hoher Vergrößerung. In einem kürzlich in Nature veröffentlichten Artikel, KentJ. Griffith stellte die neuesten Forschungsergebnisse der Universität Cambridge vor. Ergebnisse: Nb16W5O55- und Nb18W16O93-Materialien, die reversible Kapazität dieser beiden Materialien übersteigt 200 mAh / g bei einer C / 5-Rate, und der Diffusionskoeffizient von Li + in beiden Materialien erreicht 10-13-10-12 m2 / S, was viel höher als LTO ist (10-16-10-15m2 / S) Material, so dass es eine hervorragende Geschwindigkeitsleistung bei Partikelgrößen in Mikrometergröße erzielen kann. Größere Partikel verringern nicht nur die Grenzfläche zwischen Aktivmaterial und Elektrolyt, sondern auch das Auftreten von Nebenreaktionen. Die Verdichtungsdichte des Materials ist stark erhöht, so dass die beiden Materialien hinsichtlich der Volumenkapazität außergewöhnlich gut funktionieren und alle negativen Elektrodenmaterialien gewalzt werden.

2. Formeloptimierung

Ein weiterer Schlüssel zur Bestimmung der Leistung der Lithium-Ionen-Batterierate ist das Design der Batterie. Es gibt zwei Arten von leitenden Formen der "Ionenleitung" und "Elektronenleitung" innerhalb der Lithiumionenbatterie. Die Ionenleitung enthält hauptsächlich Li + im Elektrolyten, die inneren Poren der Elektrode und die innere Diffusion des aktiven Materials, die elektronische Leitung ist hauptsächlich die Leitung zwischen den Partikeln des aktiven Materials, und die elektronische Leitung kann weiter unterteilt werden in "Kurzschluss" Entfernungsleitung "und" Fernleitung ", zum Beispiel ist das durch Ruß dargestellte leitende Mittel hauptsächlich für das kurzreichweitige leitende Mittel verantwortlich, das durch Kohlefaser dargestellt wird, und das Kohlenstoffnanoröhrchen ist hauptsächlich für die Fernleitung verantwortlich. Die Geschwindigkeitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien ist eine umfassende Manifestation mehrerer leitender Formen. Forschungen von Samantha L. Morelly et al. der Drexel University in den USA hat gezeigt, dass der Schlüssel zur Beeinflussung der Ratenleistung von Lithium-Ionen-Batterien nicht das ist, was wir normalerweise als "Ionendiffusion" betrachten. Der Prozess ist stärker von der elektronischen Leitfähigkeit abhängig. Zum Beispiel ist die Leistungsrate einer Elektrode mit 3% Ruß signifikant besser als die von 2,5%, aber gemäß der Theorie der "Ionentransport" -Begrenzung bedeutet mehr Ruß, dass der gewundenere Li + -Diffusionskanal die Rate verringert Leistung von Lithium-Ionen-Batterien. Gleichzeitig zeigt diese Studie, dass die Kurzstreckenleitfähigkeit von Ruß, der an der Oberfläche von NCM-Partikeln adsorbiert ist, die Geschwindigkeitsleistung von Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu einer Langstreckenleitfähigkeit verbessern kann.

Es ist nicht schwierig, einfach eine hohe Leistung zu erzielen. Es ist schwierig, die Ratenleistung mit der Energiedichte in Einklang zu bringen. Im Allgemeinen sind das Verhältnis Leistung und Energiedichte widersprüchlich. Es ist sehr schwierig, ein Gleichgewicht zwischen beiden zu finden. Kazuaki Kisu et al. von Tokyo University of Agriculture and Technology in Japan die beste Kombination aus Schichtdicke und Verdichtungsdichte erhalten (70um und 2,9 g / cm ³) durch die Impedanz von NCM Elektroden unterschiedlicher Schichtdicken zu analysieren und Dichten zu verdichten. Wenn die Verdichtungsdichte zu hoch ist, fällt die Porosität der Elektrode stark ab, was zu einer Erhöhung des Ionendiffusionswiderstands führt und eine geringere Verdichtungsdichte zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstands führt. Daher kann nur die geeignete Verdichtungsdichte die hervorragende Multiplikatorleistung einer Lithiumionenbatterie garantieren und auch die Eigenschaften einer hohen Energiedichte berücksichtigen.

3. Wahl der Batteriestruktur

Das Steuern der Temperatur während des Entladens der Rate Batterie ist auch ein sehr wichtiges Problem. Während des Hochstromentladungsprozesses erzeugt der Lithium-Ionen-Akku eine große Wärmemenge. Durch die Ansammlung von Wärme im Lithium-Ionen-Akku steigt die Temperatur. Große Temperaturgradienten, so dass der interne Zerfall von Lithium-Ionen-Batterien inkonsistent ist und die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien beeinträchtigt. Die Auswahl einer geeigneten Struktur wird wichtiger. Durch elektrisches und thermisches Polarisationsmodell der zweidimensionalen Form und der Position des Lithium-Ionen-Batteriepolohrs für große thermische Eigenschaften der Lithium-Ionen-Batterie wurde festgestellt, dass der Einfluss der Breite des Ohrs und der eingestellten Dicke der Flüssigkeit ist Für eine Lithium-Ionen-Batterie in der Temperaturverteilung während des Entladevorgangs gilt: Je schmaler das Polohr, desto dünner die eingestellte Flüssigkeitstemperaturverteilung der Batterie innerhalb der Ungleichmäßigkeit, desto größer ist auch, dass sich das Batteriepolohr an den Batterieklemmen effektiv verringern kann Entladung, wenn die Innentemperatur der Batterie im Prozess der Inhomogenität ist.

Durch Auswahl geeigneter Materialien, Formulierungen und Strukturen kann die interne Impedanz und Polarisation der Lithiumionenbatterie während einer Entladung mit hoher Rate verringert werden, die Temperaturungleichmäßigkeit kann verringert werden und die Ratenleistung der Batterie kann effektiv verbessert werden. Die Verbesserung der Ratenleistung ist ein umfassendes Projekt, das aus mehreren Gründen betrachtet werden muss. Was ich vorgestellt habe, ist nur ein Tropfen auf den heißen Stein. Es ist schwer, einige Auslassungen und Auslassungen im Wissen zu vermeiden. Ich hoffe, Sie korrigieren mich und bringen Ihre eigenen Ansichten vor.

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