Welche Faktoren beeinflussen die Schnellladekapazität von Lithiumbatterien?

Jede Lithiumbatterie hat einen optimalen Ladestromwert unter verschiedenen Zustandsparametern und Umgebungsparametern. Welche Faktoren beeinflussen dann aus Sicht der Batteriestruktur den optimalen Ladewert?

Mikroskopischer Ladevorgang

Lithiumbatterien werden als "Schaukelstuhlbatterien" bezeichnet, und geladene Ionen bewegen sich zwischen der positiven und der negativen Elektrode, um eine Ladungsübertragung zu erreichen, externe Schaltkreise mit Strom zu versorgen oder von einer externen Stromquelle zu laden. Während des spezifischen Ladevorgangs wird die externe Spannung an die beiden Pole der Batterie angelegt, Lithiumionen werden vom positiven Elektrodenmaterial deinterkaliert, treten in den Elektrolyten ein und überschüssige Elektronen werden durch den positiven Stromkollektor erzeugt und wandern durch die negative Elektrode eine externe Schaltung; Lithiumionen befinden sich im Elektrolyten. Die positive Elektrode bewegt sich in Richtung der negativen Elektrode und passiert den Separator, um die negative Elektrode zu erreichen; Der SEI-Film, der durch die Oberfläche der negativen Elektrode läuft, ist in die negative Graphitschichtstruktur eingebettet und an das Elektron gebunden.

Während des gesamten Ionen- und Elektronenbetriebs wirkt sich die Batteriestruktur, die den elektrochemischen oder physikalischen Ladungstransfer beeinflusst, auf die schnelle Ladeleistung aus.

Schnellladung, Anforderungen für alle Teile der Batterie

Wenn Sie für die Batterie die Leistung verbessern möchten, müssen Sie in allen Aspekten der Batterie hart arbeiten, einschließlich der positiven Elektrode, der negativen Elektrode, des Elektrolyten, der Membran und des strukturellen Designs.

Positiv

Tatsächlich können fast alle Arten von Kathodenmaterialien verwendet werden, um schnell füllende Batterien herzustellen. Die Hauptanforderungen sind garantierte Leitfähigkeit (reduzierter Innenwiderstand), Diffusion (garantierte Reaktionskinetik), Langlebigkeit (keine Erklärung erforderlich) und Sicherheit (nicht erforderlich). Erklären Sie), ordnungsgemäße Verarbeitungsleistung (die spezifische Oberfläche sollte nicht zu groß sein, Nebenreaktionen reduzieren, für Sicherheitsdienste). Natürlich können die zu lösenden Probleme für jedes spezifische Material variieren, aber unsere gemeinsamen Kathodenmaterialien können durch eine Reihe von Optimierungen optimiert werden, aber verschiedene Materialien sind auch unterschiedlich:

Ein lithiumeisenphosphat kann sich mehr auf die Lösung der Probleme der Leitfähigkeit und der niedrigen Temperatur konzentrieren. Kohlenstoffbeschichtung, moderate Nanokristallisation (beachten Sie, dass sie moderat ist, definitiv nicht so fein wie die einfache Logik), die Bildung von Ionenleitern auf der Oberfläche der Partikel ist die typischste Strategie.

B, das ternäre Material selbst hat eine gute Leitfähigkeit, aber seine Reaktivität ist zu hoch, so dass das ternäre Material wenig Nanokristallisationsarbeit leistet (Nanokristallisation ist kein Gegenmittel zur Leistungsverbesserung des metallurgischen Materials, insbesondere auf dem Gebiet der Batterien Es gibt manchmal viele Reaktionen im System. Die Nebenwirkungen von Sicherheit und Hemmung (und Elektrolyt) werden stärker berücksichtigt. Schließlich ist das Hauptziel ternärer Materialien die Sicherheit. Die jüngsten Unfälle mit der Batteriesicherheit sind ebenfalls häufig. Es wurden höhere Anforderungen gestellt.

C, Lithiummanganat ist wichtiger für die Lebenserwartung, es gibt auch viele lithiummanganoxid-Schnellladebatterien auf dem Markt.

Negative Elektrode

Wenn der Lithium-Ionen-Akku geladen ist, wandert Lithium zur negativen Elektrode. Das übermäßig hohe Potential, das durch die schnelle Ladung und den hohen Strom verursacht wird, führt dazu, dass das negative Elektrodenpotential negativer ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck der negativen Elektrode, die schnell Lithium aufnimmt, größer und die Tendenz zur Erzeugung von Lithiumdendriten wird größer. Daher muss die negative Elektrode nicht nur die Lithiumdiffusion während des schnellen Ladens befriedigen. Die kinetischen Anforderungen, aber auch die Lösung der Sicherheitsprobleme, die durch die erhöhte Tendenz der Lithiumdendritenbildung verursacht werden, so dass die hauptsächliche technische Schwierigkeit des Schnellladungskerns das Einbringen von Lithiumionen in die negative Elektrode ist.

Ein das dominierende Anodenmaterial auf dem Markt ist immer noch Graphit (etwa 90% des Marktanteils), die Hauptursache ist nicht er, billig (Sie sind jeden Tag zu teuer, Ausrufezeichen!) Und die umfassende Verarbeitungsleistung von Graphit. Energiedichte Die Aspekte sind relativ gut und die Nachteile sind relativ gering. Natürlich ist auch die negative Elektrode aus Graphit ein Problem. Seine Oberfläche ist empfindlicher gegenüber Elektrolyten. Die Einbettungsreaktion von Lithium weist eine starke Richtwirkung auf. Daher ist es hauptsächlich notwendig, hart zu arbeiten, um eine Graphitoberflächenbehandlung durchzuführen, seine strukturelle Stabilität zu verbessern und die Diffusion von Lithiumionen auf dem Substrat zu fördern. Richtung.

B, Hartkohlenstoff- und Weichkohlenstoffmaterialien haben sich in den letzten Jahren ebenfalls entwickelt: Hartkohlenstoffmaterialien haben ein hohes Lithiuminsertionspotential, Mikroporen im Material und eine gute Reaktionskinetik; und weiche Kohlenstoffmaterialien haben eine gute Verträglichkeit mit Elektrolyten, MCMB Die Materialien sind auch sehr repräsentativ, aber die harten und weichen Kohlenstoffmaterialien sind im Allgemeinen von geringer Effizienz und hohen Kosten (und stellen Sie sich vor, dass Graphit aus industrieller Sicht so billig ist, wie ich es mir erhoffe Ansicht), so dass der aktuelle Verbrauch weitaus geringer ist als der von Graphit und mehr in einigen speziellen Auf der Batterie verwendet.

C, jemand wird mich fragen, wie das Lithiumtitanat. Einfach ausgedrückt: Lithiumtitanat hat die Vorteile einer hohen Leistungsdichte, sicherer und offensichtlicher Nachteile. Die Energiedichte ist sehr gering und die Berechnungskosten sind laut Wh hoch. Daher war die Ansicht des Autors zu Lithiumtitanat-Batterien immer: Es ist eine nützliche Technologie, die in bestimmten Situationen Vorteile bietet, aber nicht für viele Gelegenheiten geeignet ist, in denen die Kosten und die Reichweite hoch sind.

D, das Siliziumanodenmaterial ist eine wichtige Entwicklungsrichtung, die neue 18650-Batterie von Panasonic hat den kommerziellen Prozess für solche Materialien begonnen. Es ist jedoch immer noch eine herausfordernde Aufgabe, ein Gleichgewicht zwischen dem Streben nach Leistung in der Nanotechnologie und den allgemeinen Anforderungen der Batterieindustrie an Materialien im Mikrometerbereich zu erreichen.

Membran

Bei Akkus ist der Hochstrombetrieb sicher und bietet eine höhere Lebenserwartung. Die Membranbeschichtungstechnologie ist untrennbar miteinander verbunden. Aufgrund seiner hohen Sicherheit kann der keramikbeschichtete Separator die Verunreinigungen im Elektrolyten schnell wegdrücken, insbesondere zur Verbesserung der Sicherheit der ternären Batterie. Das Hauptsystem, das derzeit in Keramikmembranen verwendet wird, besteht darin, Aluminiumoxidpartikel auf die Oberfläche herkömmlicher Membranen aufzutragen. Ein relativ neuer Ansatz besteht darin, Festelektrolytfasern auf die Membran aufzutragen. Solche Membranen haben einen geringeren Innenwiderstand und die mechanische Stützwirkung der Fasern auf die Membran ist ausgezeichneter, und sie neigen weniger dazu, das Membranloch während des Betriebs zu blockieren.

Nach der Beschichtung hat der Separator eine gute Stabilität. Selbst wenn die Temperatur relativ hoch ist, ist es nicht leicht zu schrumpfen und sich zu verformen, was zu einem Kurzschluss führt. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., technische Unterstützung des akademischen Forschers der Tsinghua University School of Materials, weist diesbezüglich einige repräsentative Aspekte auf. Arbeit, das Diaphragma ist unten gezeigt.

Elektrolyt

Der Elektrolyt hat einen großen Einfluss auf die Leistung eines schnell geladenen Lithium-Ionen-Akkus. Um die Stabilität und Sicherheit der Batterie unter schneller Ladung und hohem Strom zu gewährleisten, sollte der Elektrolyt die folgenden Eigenschaften aufweisen: A) kann nicht zersetzt werden, B) die Leitfähigkeit ist hoch, C) ist gegenüber den positiven und negativen Materialien inert, kann nicht Reagieren oder auflösen. Wenn diese Anforderungen erfüllt werden sollen, müssen Additive und funktionelle Elektrolyte verwendet werden. Beispielsweise wird die Sicherheit von ternären Schnellladebatterien stark beeinträchtigt. Es sind verschiedene Anti-Hochtemperatur-, Flammschutz- und Anti-Überlade-Additive sowie Lithiumtitanat-Batterien erforderlich, um sie bis zu einem gewissen Grad zu schützen. Das alte Problem, die Hochtemperaturblähung, hängt auch vom Hochtemperatur-Funktionselektrolyten ab.

Batteriestrukturdesign

Eine typische Optimierungsstrategie ist der Stapel- und Wundtyp. Die Elektroden der laminierten Batterie entsprechen einer parallelen Beziehung, und der Wicklungstyp entspricht einer Reihenschaltung. Daher ist der Innenwiderstand des ersteren viel kleiner und für den Leistungstyp besser geeignet. Gelegenheit. Darüber hinaus können Sie hart an der Anzahl der Pole arbeiten, um Probleme mit dem Innenwiderstand und der Wärmeableitung zu lösen. Darüber hinaus sind die Verwendung von Elektrodenmaterialien mit hoher Leitfähigkeit, die Verwendung von leitfähigeren Mitteln und die Beschichtung von dünneren Elektroden ebenfalls zu berücksichtigende Strategien.

Kurz gesagt, Faktoren, die die interne Ladungsbewegung der Batterie und die Einbettungsrate des Elektrodenhohlraums beeinflussen, beeinflussen die Schnellladefähigkeit der Lithiumbatterie.

Die Zukunft der Schnellladetechnologie

Die Schnellladetechnologie von Elektrofahrzeugen ist die Richtung der Geschichte oder der Blick in die Vergangenheit. Tatsächlich gibt es viele verschiedene Meinungen und es gibt keine Schlussfolgerung. Als Alternative zur Lösung von Kilometerangst wird es auf einer Plattform mit Batterieenergiedichte und Gesamtfahrzeugkosten in Betracht gezogen.

Man kann sagen, dass Energiedichte und Schnellladeleistung in derselben Batterie in beide Richtungen nicht kompatibel sind, nicht in beide. Das Streben nach Batterieenergiedichte ist derzeit der Mainstream. Wenn die Energiedichte hoch genug ist, die Ladung eines Autos groß genug ist, um die sogenannte "Kilometerangst" zu vermeiden, wird der Bedarf an Batterieladeleistungsleistung verringert; Gleichzeitig ist die Leistung groß. Wenn die Kosten für Batteriestrom nicht niedrig genug sind, müssen die Verbraucher Entscheidungen treffen, ob der Kauf von „nicht ängstlichem“ Strom erforderlich ist. Wenn Sie darüber nachdenken, hat die Schnellladung einen Wert. Ein weiterer Aspekt sind die gestern erwähnten Kosten für Schnellladeanlagen, die natürlich Teil der Kosten für die Elektrifizierung der gesamten Gesellschaft sind.

Fassen Sie die Worte zusammen, ob die Schnellladetechnologie weit verbreitet werden kann, die Energiedichte und die Schnellladetechnologie, die sich schnell entwickeln, und zwei Technologien, die die Kosten für hartes Laden senken, können eine entscheidende Rolle für ihre Zukunftsaussichten spielen.

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