Lade- und Entladeverhältnis des Lithium-Ionen-Akkus

Die Lade- und Entladerate der Lithium-Ionen-Batterie bestimmt, wie schnell wir eine bestimmte Energiemenge in der Batterie speichern können oder wie schnell wir die Energie in der Batterie abgeben können. Natürlich ist dieser Speicher- und Freigabeprozess kontrolliert, sicher und hat keinen wesentlichen Einfluss auf die akkulaufzeit oder andere Leistungskennzahlen.

Der Multiplikatorindex ist besonders wichtig, wenn Batterien als Energieträger für Elektrofahrzeuge verwendet werden. Stellen Sie sich vor, wenn Sie ein Elektroauto fahren, um Geschäfte zu machen, und feststellen, dass der Strom zur Hälfte ausgeht und Sie eine Ladestation zum Laden des Autos finden, die nach einer Stunde Ladezeit nicht voll ist, kann dies zu Verzögerungen führen Arbeit. Oder vielleicht klettert Ihr Elektroauto auf einen steilen Hügel und egal wie stark Sie Gas geben, es ist langsam wie eine Schildkröte und Sie können nicht aufstehen und wollen es schieben.

Natürlich wollen wir diese Szenen oben nicht sehen, aber es ist die aktuelle Situation von Lithium-Ionen-Batterien, die Ladezeit ist lang, die Entladung kann nicht zu stark sein, sonst altert die Batterie bald und es können sogar Sicherheitsprobleme auftreten. In vielen Anwendungen benötigen wir jedoch Batterien mit einer hohen Lade- und Entladerate, sodass wir auch hier wieder in der "Batterie" stecken bleiben. Damit sich Lithium-Ionen-Batterien besser entwickeln können, ist es wichtig zu verstehen, was ihre Leistung einschränkt.

Die Lade- und Entladeratenleistung der Lithiumionenbatterie steht in direktem Zusammenhang mit der Migrationsfähigkeit der Lithiumionen in der positiven und negativen Elektrode, dem Elektrolyten und der Grenzfläche zwischen ihnen. Alle Faktoren, die die Migrationsrate von Lithiumionen beeinflussen (diese Faktoren können auch dem Innenwiderstand der Batterie entsprechen), beeinflussen die Lade- und Entladerate der Lithiumionenbatterie. Darüber hinaus ist die Wärmeableitungsrate innerhalb der Batterie ein wichtiger Faktor, der die Leistung des Multiplikators beeinflusst. Wenn die Wärmeableitungsrate langsam ist, kann die beim Laden und Entladen mit hoher Geschwindigkeit akkumulierte Wärme nicht abgeführt werden, was die Sicherheit und Lebensdauer des lithium-ionen-akkus ernsthaft beeinträchtigt. Daher konzentrieren sich die Untersuchung und Verbesserung der Lade- und Entladeratenleistung von Lithiumionenbatterien hauptsächlich auf die Verbesserung der Migrationsgeschwindigkeit von Lithiumionen und der Wärmeableitungsrate innerhalb der Batterie.

1. Verbessern Sie die Lithiumionendiffusionsfähigkeit von positiven und negativen Elektroden

Die Geschwindigkeit, mit der sich Lithiumionen ablösen und in das positive / negative aktive Material einbetten, dh die Geschwindigkeit, mit der Lithiumionen aus dem positiven / negativen aktiven Material entweichen oder von der Oberfläche des positiven / negativen einen Platz im aktiven Material finden Elektrode ist ein wichtiger Faktor, der die Lade- und Entladerate beeinflusst.

Weltweit gibt es zum Beispiel jedes Jahr viele Marathons, obwohl im Grunde alle zur gleichen Zeit die Straßenbreite begrenzt ist, jedoch zu viele Menschen teilgenommen haben (und manchmal bis zu Zehntausende von Menschen), was zu gegenseitigem Gedränge führt, plus Die körperliche Qualität der Teilnehmer ist ungleichmäßig, das Team wird schließlich zu einer super langen Front. Einige erreichen die Ziellinie schnell, andere kommen einige Stunden zu spät, andere fallen in Ohnmacht und halten auf halber Strecke an.

Die Diffusion und Bewegung von Lithiumionen in der positiven / negativen Elektrode ist im Grunde die gleiche wie beim Marathon, wobei einige langsam und andere schnell laufen. Darüber hinaus schränkt die unterschiedliche Länge der Straße, die sie wählen, die Zeit bis zum Ende des Rennens erheblich ein (jeder beendet das Rennen). Deshalb wollen wir keinen Marathon laufen. Es ist besser für alle, 100 Meter zu laufen. Die Distanz ist kurz genug, damit jeder schnell die Ziellinie erreichen kann. Auf diese Weise kann der Schiedsrichter einen Ring, Tausende von Truppen und Pferden zusammen bis zum Ende des Rennens, das Ende des Rennens schnell, mit hervorragender Leistung.

Im positiven Material hoffen wir, dass das Elektrodenblatt dünn genug ist, dh die Dicke des aktiven Materials sollte gering sein, was einer Verkürzung der Laufstrecke entspricht, und hoffen, die Verdichtungsdichte des positiven Materials zu erhöhen so viel wie möglich. In dem aktiven Material sollte genügend Porenraum vorhanden sein, um einen Kanal für den Wettbewerb von Lithiumionen zu verlassen. Gleichzeitig sollten diese "Landebahnen" gleichmäßig verteilt sein, nicht an einigen Orten und nicht an einigen Orten. Dies erfordert die Optimierung der Struktur des Anodenmaterials, die Änderung des Abstands und der Struktur zwischen den Partikeln und die Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung. Die beiden oben genannten Punkte sind tatsächlich widersprüchlich. Um die Verdichtungsdichte zu verbessern, wird der Partikelspalt kleiner, obwohl die Dicke dünner wird, und die Landebahn erscheint überfüllt. Im Gegenteil, das Aufrechterhalten eines bestimmten Partikelspaltes trägt nicht dazu bei, das Material dünner zu machen. Daher ist es notwendig, einen Gleichgewichtspunkt zu finden, um die optimale Migrationsrate von Lithiumionen zu erreichen.

Zusätzlich wird der Diffusionskoeffizient von Lithiumionen durch die Anodenmaterialien signifikant beeinflusst. Daher ist es eine wichtige Richtung, Anodenmaterialien mit hohem Lithiumionendiffusionskoeffizienten auszuwählen, um die Multiplikatorleistung zu verbessern.

Die Behandlungsidee von negativen Elektrodenmaterialien ähnelt der von positiven Elektrodenmaterialien. Es basiert hauptsächlich auf der Struktur, Größe und Dicke von Materialien, um den Konzentrationsunterschied von Lithiumionen in negativen Elektrodenmaterialien zu verringern und die Diffusionsfähigkeit von Lithiumionen in negativen Elektrodenmaterialien zu verbessern. Am Beispiel von Anodenmaterialien auf Kohlenstoffbasis können in den letzten Jahren Untersuchungen an Nanokohlenstoffmaterialien (Nanoröhren, Nanodrähte, Nanokugeln usw.) die spezifische Oberfläche, die innere Struktur und den Diffusionskanal der Anodenmaterialien erheblich verbessern, indem sie ersetzt werden traditionelle Schichtstruktur der Anode, wodurch die Multiplikatorleistung der Anodenmaterialien erheblich verbessert wird.

2. Verbessern Sie die Ionenleitfähigkeit von Elektrolyten

Lithiumionen spielen eine Rasse in einem positiven / negativen Material, aber die Rasse in einem Elektrolyten schwimmt.

Beim Schwimmen wird die Reduzierung des Wasserwiderstands (Elektrolyt) zum Schlüssel zur Geschwindigkeit. In den letzten Jahren tragen Schwimmer im Allgemeinen Hai-Anzüge, die den Widerstand von Wasser auf der menschlichen Körperoberfläche erheblich verringern können, wodurch die Leistung von Sportlern verbessert wird und ein sehr kontroverses Thema wird. Lithiumionen müssen zwischen dem positiven und dem negativen Pol hin und her pendeln, genau wie das Schwimmen im "Schwimmbad" aus Elektrolyt und Batteriegehäuse. Die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten hat ebenso wie der Widerstand des Wassers einen großen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Schwimmens von Lithiumionen. Gegenwärtig ist der organische Elektrolyt, der in Lithiumionenbatterien verwendet wird, ob flüssiger Elektrolyt oder fester Elektrolyt, seine Ionenleitfähigkeit nicht sehr hoch. Der Widerstand des Elektrolyten wird ein wichtiger Teil des Widerstands der gesamten Batterie.

Neben der Verbesserung der Ionenleitfähigkeit von Elektrolyten sollte auch die chemische und thermische Stabilität von Elektrolyten hervorgehoben werden. Beim Laden und Entladen mit hoher Geschwindigkeit ist der Bereich des elektrochemischen Fensters der Batterie sehr groß. Wenn die chemische Stabilität des Elektrolyten nicht gut ist, kann er leicht oxidiert und auf der Oberfläche des Anodenmaterials zersetzt werden, was die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten beeinflusst. Die thermische Stabilität des Elektrolyten hat einen großen Einfluss auf die Sicherheit und Lebensdauer der Li-Ionen-Batterie, da der Elektrolyt bei der Zersetzung durch Wärme viel Gas erzeugt. Einerseits stellt es eine versteckte Gefahr für die Batteriesicherheit dar; Andererseits zerstört etwas Gas den SEI-Film auf der negativen Elektrodenoberfläche, was die Zyklusleistung beeinträchtigt.

Daher ist die Auswahl von Elektrolyten mit hoher Lithiumionenleitfähigkeit, guter chemischer und thermischer Stabilität und Anpassung an Elektrodenmaterialien eine wichtige Richtung, um die Multiplikatorleistung von Lithiumionenbatterien zu verbessern.

3. Reduzieren Sie den Innenwiderstand der Batterie

Es gibt verschiedene Arten von Materialien und deren Grenzflächen, die Widerstandswerte bilden, sich jedoch alle auf die Ionen- / Elektronenleitung auswirken.

Im Allgemeinen werden leitende Mittel innerhalb des positiven aktiven Materials hinzugefügt, um den Kontaktwiderstand zwischen dem aktiven Material und der positiven Matrix / Kollektorflüssigkeit zu verringern, die Leitfähigkeit des positiven Materials (Ionen- und Elektronenleitfähigkeit) zu verbessern und die Multiplikatorleistung. Unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Formen leitfähiger Mittel beeinflussen den Innenwiderstand der Batterie und damit deren Multiplikatorleistung.

Der positive und negative Kollektor (Polohr) ist der Träger der Energieübertragung zwischen der Lithium-Ionen-Batterie und der Außenwelt. Daher können die Multiplikatorleistung und die Lebensdauer der Lithiumionenbatterie verbessert werden, indem Material, Größe, Extraktionsmethode und Verbindungsprozess der Kollektorflüssigkeit geändert werden.

Der Infiltrationsgrad von Elektrolyt und Anodenmaterial beeinflusst den Kontaktwiderstand an der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode und damit die Multiplikatorleistung der Batterie. Die Gesamtmenge an Elektrolyt, Viskosität, Verunreinigungsgehalt und Porosität von positiven und negativen Elektrodenmaterialien ändert die Kontaktimpedanz zwischen Elektrolyt und Elektrode, was eine wichtige Forschungsrichtung zur Verbesserung der Multiplikatorleistung darstellt.

Während des ersten Zyklus einer Lithiumionenbatterie wird eine Schicht aus Festelektrolyt (SEI) -Film in der negativen Elektrode gebildet, wenn Lithiumionen in die negative Elektrode eingebettet werden. Obwohl der SEI-Film eine gute Ionenleitfähigkeit aufweist, hat er dennoch eine gewisse behindernde Wirkung auf die Diffusion von Lithiumionen, insbesondere im Fall einer Ladung und Entladung mit hoher Geschwindigkeit. Mit zunehmender Zykluszeit fällt der SEI-Film ab, löst sich ab und lagert sich auf der Oberfläche der negativen Elektrode ab, was zu einer Erhöhung des Innenwiderstands der negativen Elektrode führt, was zum Faktor für die Leistung des Zyklusverhältnisses wird. Daher kann die Steuerung der Änderung des SEI-Films auch die Multiplikatorleistung im Langzeitzyklus einer Li-Ionen-Batterie verbessern.

Darüber hinaus haben die Absorption und Porosität der Membran einen großen Einfluss auf die Permeabilität von Lithiumionen und beeinflussen in gewissem Maße (relativ gering) auch die Multiplikatorleistung von Lithiumionenbatterien.

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