22 Jahre Batterieanpassung

Lade- und Entladeverhältnis des Lithium-Ionen-Akkus

Sep 05, 2019   Seitenansicht:477

Das Lade- und Entladeverhältnis von Lithium-Ionen-Batterien 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 Prozess der Lagerung und Freigabe steuerbar, sicher und hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Batterielebensdauer und andere Leistungsindikatoren.

Der Verhältnisindex ist besonders wichtig, wenn die Batterie als Elektrowerkzeug verwendet wird, insbesondere als Energieträger von Elektrofahrzeugen. Stellen Sie sich vor, wenn Sie ein Elektroauto fahren, um Geschäfte zu machen, stellen Sie fest, dass sich in der Mitte fast kein Strom befindet. Suchen Sie sich eine Ladestation zum Aufladen und tanken Sie eine Stunde lang. Es wird geschätzt, dass sich alles, was getan werden muss, verzögert hat. Oder vielleicht klettert Ihr Elektroauto einen steilen Hang hinauf, egal wie viel Sie den Gashebel drücken (elektrische Tür), aber das Auto ist langsam wie eine Schildkröte, kann es nicht schaffen, ich möchte runterkommen und schieben.

Natürlich sind diese Szenen nicht das, was wir sehen wollen, aber es ist die aktuelle Situation von Lithium-Ionen-Batterien. Das Aufladen dauert lange und die Entladung kann nicht zu heftig sein. Andernfalls altert der Akku schnell und kann sogar Sicherheitsprobleme haben. In vielen Anwendungen muss der Akku jedoch eine hohe Lade- und Entladeleistung aufweisen, sodass wir hier wieder stecken bleiben. Um eine bessere Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien zu erreichen, muss verstanden werden, welche Faktoren die Verdopplungsleistung von Batterien einschränken.

Die Leistung des Lade- und Entladeverhältnisses von Lithium-Ionen-Batterien hängt direkt mit der Fähigkeit von Lithium-Ionen zusammen, an den positiven und negativen Polen, Elektrolyten und Grenzflächen zwischen ihnen zu wandern. Alle Faktoren, die die Migrationsrate von Lithiumionen beeinflussen (diese Einflussfaktoren können auch Batterien entsprechen. Innenwiderstand), beeinflussen das Lade- und Entladeverhältnis von Lithiumionenbatterien. Darüber hinaus ist die Wärmeableitungsrate innerhalb der Batterie ein wichtiger Faktor, der die Leistung des Verhältnisses beeinflusst. Wenn die Wärmeableitungsrate langsam ist und die beim Laden und Entladen der Masse akkumulierte Wärme nicht übertragen werden kann, beeinträchtigt dies die Sicherheit und Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie erheblich. Untersuchung und Verbesserung der Lade- und Entladeleistung von Lithium-Ionen-Batterien, hauptsächlich unter zwei Gesichtspunkten der Verbesserung der Geschwindigkeit des Lithium-Ionen-Transports und der Wärmeableitung innerhalb der Batterie.

1. Verbessern Sie die Lithium-Ionen-Diffusionsfähigkeit von positiven und negativen Polen

Die Geschwindigkeit der Entbettung und Einbettung von Lithiumionen in positive / negative Wirkstoffe, dh die Geschwindigkeit, mit der Lithiumionen keine positiven / negativen Wirkstoffe mehr haben, oder wie schnell es ist, aus dem Positiven eine Position innerhalb des aktiven Materials zu finden -negative Oberfläche, die ein wichtiger Faktor ist, der die Lade- und Entladerate beeinflusst.

Zum Beispiel gibt es jedes Jahr viele Marathons auf der Welt. Obwohl jeder im Grunde zur gleichen Zeit beginnt, ist die Breite der Straße begrenzt und die Anzahl der beteiligten Personen ist groß (manchmal bis zu Zehntausenden), was zu einer gegenseitigen Überlastung führt. Die körperliche Qualität der Teilnehmer ist ungleichmäßig. Das Team im Spiel wird schließlich eine extrem lange Front. Jemand erreichte schnell die Ziellinie. Jemand kam ein paar Stunden zu spät. Jemand geriet in Ohnmacht und hörte auf zu essen.

Die Diffusion und Bewegung von Lithiumionen an den positiven / negativen Polen ist grundsätzlich dieselbe wie beim Marathon. Langsames Laufen und schnelles Laufen sowie die unterschiedlichen Längen ihrer jeweiligen Auswahl schränken die Zeit bis zum Ende des Spiels stark ein (alle Leute beenden das Spiel). Wir wollen also keine Marathons laufen, es ist am besten, wenn wir alle 100 Meter laufen, die Distanz ist kurz genug, damit jeder schnell zur Ziellinie kommt, und die Landebahn sollte breit genug sein, um sich nicht gegenseitig zu überfüllen, die Straßen sollte sich nicht schlängeln, gerade Linien sind die besten. Um die Schwierigkeit des Spiels zu verringern. Infolgedessen klingelte der Schiedsrichter und eilte zum Ende des Spiels. Das Spiel endete schnell und die Leistung war ausgezeichnet.

Im positiven Material hoffen wir, dass die Elektrode dünn genug ist, dh die Dicke des aktiven Materials ist gering, was einer Verkürzung des Laufabstands entspricht, und hoffen, die Verdichtungsdichte des positiven Materials als zu erhöhen so viel wie möglich. Innerhalb des aktiven Materials müssen genügend Löcher vorhanden sein, damit die Lithiumionen spielen können, und gleichzeitig müssen diese "Landebahnen" gleichmäßig verteilt sein, nicht an einigen Stellen und nicht an einigen Stellen, was die Optimierung der Struktur erfordert des Kathodenmaterials. Ändern Sie den Abstand und die Struktur zwischen den Partikeln, um eine gleichmäßige Verteilung zu erreichen. Die obigen zwei Punkte sind tatsächlich widersprüchlich und erhöhen die Verdichtungsdichte. Obwohl die Dicke dünner wird, wird der Partikelspalt kleiner und die Landebahn erscheint überfüllt. Umgekehrt ist das Aufrechterhalten einer bestimmten Menge an Partikelspalt nicht förderlich, um das Material dünn zu machen. Daher ist es notwendig, einen Gleichgewichtspunkt zu finden, um die beste Geschwindigkeit der Lithiumionenmigration zu erreichen.

Darüber hinaus haben die positiven Materialien verschiedener Materialien einen signifikanten Einfluss auf den Diffusionskoeffizienten von Lithiumionen. Daher ist die Wahl eines positiven Materials mit einem hohen Diffusionskoeffizienten von Lithiumionen auch eine wichtige Richtung, um die Leistung des Verhältnisses zu verbessern.

Die Behandlung von negativen Materialien ähnelt der von positiven Materialien. Es konzentriert sich auch auf die Struktur, Größe und Dicke von Materialien, die Verringerung des Konzentrationsunterschieds von Lithiumionen in negativen Materialien und die Verbesserung der Diffusion von Lithiumionen in negativen Materialien. Fähigkeit. Am Beispiel von negativen polaren Materialien auf Kohlenstoffbasis hat die Forschung an Nanokohlenstoffmaterialien (Nanoröhren, Nanodrähte, Nanodrähte usw.) in den letzten Jahren herkömmliche negativ geschichtete Strukturen ersetzt, die die spezifische Oberfläche von negativen polaren Materialien erheblich verbessern können. Interne Struktur und Diffusionskanäle. Daher wird die Verdopplungsleistung des negativen Elektrodenmaterials stark verbessert.

2. Verbesserung der Ionenleitfähigkeit von Elektrolyten

Lithiumionen spielen im positiv-negativen Material ein Rennen, im Elektrolyten im Wettkampf schwimmt.

Der Schwimmwettbewerb, wie man den Widerstand von Wasser (Elektrolyt) verringert, ist der Schlüssel zur Geschwindigkeitssteigerung geworden. In den letzten Jahren haben Schwimmer im Allgemeinen Hai-Anzüge getragen. Diese Art von Badeanzug kann den Widerstand von Wasser auf der Oberfläche des menschlichen Körpers erheblich verringern, wodurch die Leistung des Athleten verbessert wird und ein sehr kontroverses Thema wird.

Lithiumionen bewegen sich zwischen positiven und negativen Polen hin und her, so wie sie in einem "Schwimmbad" schwimmen, das aus Elektrolyten und Batteriegehäusen besteht. Die Ionenleitfähigkeit von Elektrolyten entspricht der Beständigkeit von Wasser, was einen sehr großen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Schwimmens von Lithiumionen hat. Gegenwärtig sind die in Lithiumionenbatterien verwendeten organischen Elektrolyte flüssige Elektrolyte oder feste Elektrolyte hatten keine hohe Ionenleitfähigkeit. Der Widerstand von Elektrolyten wird ein wichtiger Teil des Batteriewiderstands, und der Einfluss auf die Hochvergrößerungsleistung von Lithium-Ionen-Batterien kann nicht ignoriert werden.

Neben der Verbesserung der Ionenleitfähigkeit von Elektrolyten müssen wir auch auf die chemische Stabilität und die thermische Stabilität von Elektrolyten achten. Wenn die hohe Vergrößerung geladen und entladen wird, ändert sich das elektrochemische Fenster der Batterie in einem sehr weiten Bereich. Wenn die chemische Stabilität des Elektrolyten nicht gut ist, ist es leicht, auf der Oberfläche des Kathodenmaterials zu oxidieren und sich zu zersetzen, was die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten beeinflusst. Die thermische Stabilität des Elektrolyten hat einen großen Einfluss auf die Sicherheit und Recyclinglebensdauer der Lithiumionenbatterie, da der Elektrolyt bei thermischer Zersetzung viel Gas erzeugt. Einerseits stellt es eine versteckte Gefahr für die Batteriesicherheit dar, andererseits befinden sich einige Gase auf der negativen Oberfläche. Die SEI-Membran wirkt zerstörerisch. Es beeinflusst seine Fahrradleistung.

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

3. Reduzieren Sie den Innenwiderstand der Batterie

Dies beinhaltet die Grenzfläche zwischen mehreren verschiedenen Substanzen und Substanzen, die Widerstandswerte bilden, aber alle einen Einfluss auf die Ionen- / Elektronenleitung haben.

Im Allgemeinen werden leitende Mittel in positiven polaren Wirkstoffen zugesetzt, wodurch der Kontaktwiderstand zwischen Wirkstoffen, Wirkstoffen und positiven basischen / Kollektorflüssigkeiten verringert, die Leitfähigkeit (Ionen- und Elektronenleitfähigkeit) von positiven polaren Materialien verbessert und die Geschwindigkeitsleistung verbessert wird. Unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Formen leitfähiger Mittel wirken sich auf den Innenwiderstand der Batterie aus und beeinträchtigen dann deren Ploidie-Leistung.

Die positive und negative Kollektorflüssigkeit (Polarohr) ist der Träger der elektrischen Energieübertragung zwischen der Lithiumionenbatterie und der Außenwelt. Der Widerstandswert der Kollektorflüssigkeit hat auch einen großen Einfluss auf die Multiplikatorleistung der Batterie. Daher können durch Ändern des Materials, der Größe, des Extraktionsverfahrens und des Verbindungsprozesses des eingestellten Fluids die Verdopplungsleistung und die Zykluslebensdauer der Lithiumionenbatterie verbessert werden.

Der Infiltrationsgrad von Elektrolyten und negativen Elektrodenmaterialien beeinflusst den Kontaktwiderstand an der Grenzfläche zwischen Elektrolyten und Elektroden und damit die Leistung der Batterie. Die Gesamtmenge an Elektrolyten, die Viskosität, der Verunreinigungsgehalt, die Porosität von positiven und negativen Elektrodenmaterialien usw. verändern die Kontaktimpedanz von Elektrolyten und Elektroden, was eine wichtige Forschungsrichtung zur Verbesserung der Vergrößerungsleistung darstellt.

Während des ersten Zyklus von Lithiumionenbatterien wird, wenn Lithiumionen in die negative Elektrode eingebettet sind, eine Schicht einer Festelektrolytmembran (SEI) an der negativen Elektrode gebildet. Obwohl die SEI-Membran eine gute Ionenleitfähigkeit aufweist, hat sie dennoch einen gewissen Einfluss auf die Diffusion von Lithiumionen. Hinderniswirkung, insbesondere wenn die hohe Rate geladen und entladen wird. Mit zunehmender Anzahl von Zyklen fällt die SEI-Membran weiter ab, löst sich ab und lagert sich auf der negativen Oberfläche ab, was zu einer allmählichen Erhöhung des Innenwiderstands der negativen Elektrode führt, was zu einem Faktor geworden ist, der die Leistung der Zyklusverdopplungsrate. Daher kann die Steuerung der Änderung der SEI-Membran auch die Verdopplungsleistung von Lithiumionenbatterien während des Langzeitzyklus verbessern.

Darüber hinaus haben die Flüssigkeitsabsorptionsrate und die Porosität des Separators einen großen Einfluss auf den Durchgang von Lithiumionen und beeinflussen in gewissem Maße auch die Geschwindigkeitsleistung (relativ gering) der Lithiumionenbatterie.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.

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