Welche Faktoren schränken die Schnellladekapazität von Lithiumbatterien ein?

Der mikroskopische Ladevorgang

Lithiumbatterien werden als "Wippbatterien" bezeichnet, bei denen sich elektrische Ionen zwischen positiven und negativen Polen bewegen, eine Ladungsübertragung erreichen, externe Schaltkreise versorgen oder von externen Stromquellen laden. Während des spezifischen Ladevorgangs wird die externe Spannung an die beiden Pole der Batterie geladen, und das Lithiumion wird vom positiven Elektrodenmaterial gelöst und tritt in den Elektrolyten ein. Gleichzeitig werden überschüssige Elektronen durch das Set-Fluid der positiven Elektrode erzeugt und gelangen über den externen Stromkreis zur negativen Elektrode. Lithium-Ionen bewegen sich im Elektrolyten von positiv nach negativ und passieren die Membran, um die negative Elektrode zu erreichen. Die SEI-Membran, die durch die negative Oberfläche verläuft, ist in die negative Graphitschichtstruktur eingebettet und bindet an Elektronen.

Während des gesamten Betriebs von Ionen und Elektronen wirken sich Zellstrukturen, die den Ladungstransfer beeinflussen, ob elektrochemisch oder physikalisch, auf die schnelle Ladeleistung aus.

Schnellladung, Anforderungen für alle Teile der Batterie

Wenn Sie bei Batterien die Leistung verbessern möchten, müssen Sie in allen Teilen der Batterie arbeiten, einschließlich Positiv-, Negativ-, Elektrolyt-, Membran- und Strukturdesign.

positive Elektrode

Tatsächlich können alle Arten von positiven Materialien verwendet werden, um schnell ladende Batterien herzustellen. Die wichtigsten zu garantierenden Eigenschaften sind Leitfähigkeit (reduzierter Innenwiderstand), Diffusion (garantierte Reaktionskinetik), Lebensdauer (keine Erklärung erforderlich), Sicherheit (keine Erklärung erforderlich) ), ordnungsgemäße Verarbeitungsleistung (nicht zu groß für die Oberfläche, reduzierte Nebenwirkungen, aus Sicherheitsgründen). Natürlich kann es Unterschiede in den zu lösenden Problemen für jedes spezifische Material geben, aber unsere gemeinsamen positiven Materialien können diese Anforderungen durch eine Reihe von Optimierungen erfüllen, aber auch verschiedene Materialien unterscheiden sich:

A: lithiumeisenphosphat kann sich stärker auf die Lösung von Problemen mit der elektrischen Leitfähigkeit und niedrigen Temperaturen konzentrieren. Kohlenstoffbeschichtung, moderate Nanotechnologie (Anmerkung, Moderation, absolut nicht die feinere und einfachere Logik), die Behandlung von Ionenleitern auf der Oberfläche von Partikeln ist die typischste Strategie.

B: Die Leitfähigkeit des ternären Materials selbst ist relativ gut, aber seine Reaktivität ist zu hoch, so dass das ternäre Material nur wenig Nanokristallisation leistet (Nanokristallisation ist kein Gegenmittel gegen die Leistungsverbesserung des metallurgischen Materials, insbesondere in Das Gebiet der Batterien. Es gibt manchmal viele Reaktionen im System. Den Nebenwirkungen von Sicherheit und Hemmung (und Elektrolyt) wird mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Schließlich ist das Hauptziel ternärer Materialien die Sicherheit. Die jüngsten Unfälle bei der Batteriesicherheit sind ebenfalls häufig. Höhere Anforderungen wurden gestellt.

C, Lithiummanganat ist lebenswichtiger, es gibt auch viele schnell wiederaufladbare Lithiummanganat-Batterien auf dem Markt.

negative Elektrode

Wenn der lithium-ionen-akku geladen ist, wandert Lithium zur negativen Elektrode. Das übermäßig hohe Potential, das durch das schnelle Laden großer Ströme verursacht wird, führt zu einem negativeren Potential. Derzeit ist das dominierende Anodenmaterial auf dem Markt immer noch Graphit (etwa 90% des Marktanteils), die Hauptursache ist nicht er - billig (Sie sind jeden Tag zu teuer, Ausrufezeichen!) Und die umfassende Verarbeitungsleistung und Energie von Graphit Die Dichte ist relativ gut und die Nachteile sind relativ gering. Natürlich haben auch Graphitanoden Probleme. Die Oberfläche ist empfindlich gegenüber Elektrolyten und die Lithium-Interkalationsreaktion 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.

A: Das negative Material, das derzeit den Markt dominiert, ist immer noch Graphit (das etwa 90% des Marktanteils ausmacht). Der Hauptgrund ist nicht billig (Sie haben immer Angst vor Batterien, Ausrufezeichen!) Und Graphit umfassende Verarbeitungsleistung, Energiedichte sind relativ gut, relativ wenige Nachteile. Natürlich gibt es auch Probleme mit Graphit-Negativpolen. Die Oberfläche ist empfindlicher gegenüber Elektrolyten. Die Einbettungsreaktion von Lithium weist eine starke Richtwirkung auf. Daher sind die Oberflächenbehandlung von Graphit, die Verbesserung seiner strukturellen Stabilität und die Förderung der Diffusion von Lithiumionen auf der Basis die Hauptbedürfnisse. Die Richtung der Anstrengung.

B, Hartkohlenstoff- und Weichkohlenstoffmaterialien haben sich in den letzten Jahren ebenfalls stark entwickelt: Hartkohlenstoffmaterialien haben ein hohes Lithiumpotential und das Material enthält Mikroporen, so dass die Reaktionskinetik gut ist; Die Verträglichkeit von Weichkohlenstoffmaterialien mit Elektrolyten ist gut, und MCMB-Materialien sind ebenfalls sehr repräsentativ, aber die allgemeine Effizienz von Hart- und Weichkohlenstoffmaterialien ist gering und die Kosten hoch (und ich fürchte, es ist so billig wie Graphit ist aus industrieller Sicht nicht vielversprechend). Daher ist die aktuelle Menge weitaus geringer als die von Graphit. Mehr für einige spezialbatterien.

C: Einige Leute werden mich fragen, wie Lithiumtitanat ist. Einfach ausgedrückt: Lithiumtitanat hat den Vorteil einer hohen Leistungsdichte, Sicherheit, offensichtlichen Nachteile, geringen Energiedichte und hohen Kosten in Wh. Daher war der Autor der Ansicht, dass Lithiumtitanat-Batterien immer eine nützliche Technologie sind, die in bestimmten Situationen Vorteile bietet, aber nicht für viele Gelegenheiten geeignet ist, in denen die Kosten- und Kilometeranforderungen hoch sind.

D, Silizium-Negativelektrodenmaterial ist eine wichtige Entwicklungsrichtung. Die neue 18650-Batterie von Panasonic hat den kommerziellen Prozess solcher Materialien begonnen. Es ist jedoch immer noch eine herausfordernde Aufgabe, ein Gleichgewicht zwischen der Leistung von Nanokristallen und den allgemeinen Mikrometeranforderungen der Batterieindustrie zu erreichen.

Membran

Bei hochleistungsbatterien stellt der Hochstrombetrieb höhere Anforderungen an ihre Sicherheit und Lebensdauer. Die Membranbeschichtungstechnologie wird abgewickelt, und die Keramikbeschichtungsmembran wird aufgrund ihrer hohen Sicherheit schnell weggeschoben und kann Verunreinigungen im Elektrolyten verbrauchen, insbesondere zur Verbesserung der Sicherheit der ternären Batterie. Das derzeitige System, das in Keramikmembranen verwendet wird, besteht darin, Aluminiumoxidpartikel auf die Oberfläche der herkömmlichen Membran aufzutragen. Der neuere Ansatz besteht darin, Festelektrolytfasern auf das Diaphragma aufzubringen. Der Innenwiderstand eines solchen Diaphragmas ist geringer und die Faser wird für das Diaphragma verwendet. Der mechanische Unterstützungseffekt ist besser. Darüber hinaus hat es eine geringere Tendenz, das Membranloch während des Betriebs zu blockieren.

Elektrolyt

Der Elektrolyt hat einen großen Einfluss auf die Leistung schnell aufladender Lithium-Ionen-Batterien. Um die Stabilität und Sicherheit der Batterie unter dem schnell aufladenden großen Strom zu gewährleisten, muss der Elektrolyt die folgenden Eigenschaften erfüllen: A) kann nicht zersetzt werden, B) hohe Leitfähigkeit, C) ist gegenüber dem positiven und negativen Elektrodenmaterial inert, kann nicht reagieren oder sich auflösen. Wenn Sie diese Anforderungen erfüllen möchten, müssen Additive und funktionelle Elektrolyte verwendet werden. Beispielsweise wird die Sicherheit von ternären schnell wiederaufladbaren Batterien stark beeinträchtigt. Es ist notwendig, eine Vielzahl von Anti-Hochtemperatur-, Flammschutz- und Anti-Lade-Additiven zuzusetzen, um die Sicherheit bis zu einem gewissen Grad zu erhöhen. Das alte und schwierige Problem von Lithiumtitanat-Batterien, Hochtemperaturgas, muss auch auf Hochtemperatur-Funktionselektrolyten beruhen, um sich zu verbessern.

Batteriestrukturdesign

Eine typische Optimierungsstrategie ist der laminierte VS-Wicklungstyp. Die Elektroden der laminierten Batterie sind ziemlich parallel und der Wicklungstyp ist ziemlich in Reihe geschaltet. Ersteres hat daher einen viel geringeren Innenwiderstand und ist besser für Leistungssituationen geeignet. Darüber hinaus können Sie auch an der Anzahl der Polarohren arbeiten, um das Problem des Innenwiderstands 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 Strategien, die in Betracht gezogen werden können.

Kurz gesagt, Faktoren, die die interne Ladungsbewegung der Batterie und die Lochrate der eingebetteten Elektrode beeinflussen, beeinflussen die Schnellladefähigkeit der Lithiumbatterie.

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