Schnelllademethode für Lithium-Ionen-Akkus

Das neue Auto auf dem Markt Ich meine Elektrofahrzeuge, die oft so eingeführt werden: "Schnelles Laden, 80% Laden in einer halben Stunde, 200 Kilometer Akkulaufzeit, lösen Sie Ihre Kilometerangst vollständig!" Schnelle Aufladung, Nutzfahrzeuge nutzen es, um die Effizienz der Gerätenutzung zu verbessern, der Pkw nutzt es, um die Kilometerangst zu lösen, und nähert sich ständig der Zeit, in der ein Öltank hinzugefügt wird. Es besteht die Tendenz, zum Standard zu werden. Lassen Sie uns heute die Schnelllademethoden und den Ursprung der Methode untersuchen.

Wie schnell können Sie "Schnellladung" aufladen?

Der grundlegende Reiz unserer Aufladung:

1) Der Ladevorgang sollte schnell erfolgen.

2) Beeinträchtigen Sie nicht die Lebensdauer meiner Batterie.

3) Versuchen Sie, Geld zu sparen, wie viel Strom das Ladegerät verbraucht, und versuchen Sie, es in meinen Akku zu laden.

Wie schnell kann man es als Schnellladung bezeichnen? Es gibt keine Standardliteratur, in der bestimmte Werte angegeben werden. Wir verweisen auf die numerische Schwelle, die derzeit in der bekanntesten Subventionspolitik genannt wird. Die folgende Tabelle zeigt die Subventionsstandards 2017 für neue Energiebusse. Wie Sie sehen können, ist das Einstiegsniveau für das Schnellladen 3C. Tatsächlich wird im Subventionsstandard für Personenkraftwagen die Forderung nach schnellem Laden nicht erwähnt. Aus den Werbematerialien für allgemeine Personenkraftwagen geht hervor, dass jeder im Allgemeinen der Meinung ist, dass 30% der 30 Minuten ausreichen, um als schnell füllendes Gimmick verwendet zu werden, und dass dies veröffentlicht wird. Dann denke ich, dass der 1.6C des Pkw ein Einstiegsschnell sein kann. Geben Sie den Referenzwert ein. Nach dieser Idee ist die Propaganda für 15 Minuten zu 80% gefüllt, was 3,2 ° C entspricht.

Wo liegt der Engpass beim Schnellladen?

Im Zusammenhang mit dem Schnellladen werden relevante Parteien nach physischen Subjekten klassifiziert, einschließlich Batterien, Ladegeräten und Stromverteilungsanlagen.

Wir besprechen das Schnellladen und überlegen direkt, ob der Akku Probleme haben wird. Bevor der Akku ein Problem hat, ist das erste Problem das Ladegerät und die Verteilungsleitung. Wir beziehen uns auf Teslas Ladestapel, der als Super-Ladestapel bezeichnet wird und eine Leistung von 120 kW hat. Gemäß den Parametern des Tesla ModelS85D, 96s75p, 232,5 Ah, dem höchsten 403 V, entspricht seine 1,6 C der maximal erforderlichen Leistung von 149,9 kW. Von hier aus können wir sehen, dass bei langlebigen reinen Elektrofahrzeugen 1,6 ° C oder 30 Minuten mit 80% den Ladestapel bereits getestet haben.

In der nationalen Norm ist es nicht zulässig, die Ladestation direkt im ursprünglichen Stromnetz für Privathaushalte einzustellen. Der Stromverbrauch eines schnell gefüllten Stapels hat den Stromverbrauch von Dutzenden von Haushalten überschritten. Daher muss die Ladestation einen separaten 10-kV-Transformator einstellen, und das Verteilungsnetz eines Bereichs verfügt nicht über den Spielraum, um weitere 10-kV-Unterstationen hinzuzufügen.

Dann sagen Sie die Batterie. Ob der Akku die Ladeanforderungen von 1,6 ° C oder 3,2 ° C erfüllen kann, kann sowohl aus Makro- als auch aus Mikroperspektive betrachtet werden.

Makroskopische Schnellladetheorie

Der Grund, warum dieser Abschnitt als "makroskopische Schnellladetheorie" bezeichnet wird, liegt darin, dass die direkte Bestimmung der Schnellladefähigkeit der Batterie von der Art der positiven und negativen Materialien in der Lithiumbatterie, der Mikrostruktur, der Elektrolytzusammensetzung, den Additiven, den Membraneigenschaften usw. abhängt. usw. Auf Mikroebene werden wir vorübergehend beiseite gelegt und stehen außerhalb der Batterie, um zu sehen, wie die Lithiumbatterie schnell aufgeladen werden kann.

Lithiumbatterie hat optimalen Ladestrom

1972 schlug der amerikanische Wissenschaftler JAMas vor, dass der Akku beim Laden die beste Ladekurve und das Maestro-Gesetz aufweist. Es ist anzumerken, dass diese Theorie für Blei-Säure-Batterien vorgeschlagen wird und die Randbedingung für die Definition des maximal akzeptablen Ladestroms darin besteht, dass die Erzeugung einer kleinen Menge Nebenreaktionsgas offensichtlich mit dem spezifischen Reaktionstyp zusammenhängt.

Das System hat zwar die Idee einer optimalen Lösung, ist aber universell einsetzbar. Speziell für Lithiumbatterien können die Randbedingungen, die ihren maximal zulässigen Strom definieren, neu definiert werden. Basierend auf den Schlussfolgerungen einiger Forschungsliteraturen ist der optimale Wert immer noch ein Kurventrend ähnlich dem Maasschen Gesetz.

Es ist anzumerken, dass die maximal akzeptable Randbedingung für den Ladestrom einer Lithiumbatterie nicht nur die Faktoren der Lithiumbatteriezelle, sondern auch die Faktoren auf Systemebene erfordert. Beispielsweise ist die Wärmeableitungsfähigkeit unterschiedlich und der maximal zulässige Ladestrom des Systems ist unterschiedlich. . Dann werden wir vorerst weiter auf dieser Basis diskutieren.

Die Formelbeschreibung des Satzes von Mas:

I = I0 * e ^ αt

Wobei: I0 der anfängliche Ladestrom des Akkus ist; α ist die Gebührenakzeptanzrate; t ist die Ladezeit. Die Werte von I0 und α beziehen sich auf Typ, Struktur und Alter der Batterie.

Derzeit basiert die Forschung zur Batterielademethode hauptsächlich auf der optimalen Ladekurve. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, erhöht ein Ladestrom, der diese optimale Ladekurve überschreitet, nicht die Laderate, sondern auch den Gasabfluss der Batterie. Wenn dieser Wert unter dieser optimalen Ladekurve liegt, wird der Akku nicht beschädigt, der Ladevorgang wird jedoch verlängert. Zeit, Ladeeffizienz reduzieren.

Die Ausarbeitung dieser Theorie besteht aus drei Ebenen, die für die drei Gesetze von Mas gelten:

1 Für jeden gegebenen Entladestrom ist das Stromakzeptanzverhältnis α der Batterie umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der von der Batterie entladenen Kapazität;

2 für jede gegebene Entladungsmenge ist α proportional zum Logarithmus des Entladungsstroms Id;

3 Nachdem die Batterien mit unterschiedlichen Entladeraten entladen wurden, ist ihr endgültiger zulässiger Ladestrom (Akzeptanz) die Summe der zulässigen Ladeströme bei den jeweiligen Entladeraten.

Der obige Satz ist auch die Quelle des Konzepts der Ladungsakzeptanz. Verstehen Sie zunächst, was Ladeempfang ist. Es gibt keine Definition des einheitlichen Beamten. Nach meinem Verständnis ist die Ladekapazität der maximale Strom, der von einem Akku mit einer bestimmten Ladungsmenge unter bestimmten Umgebungsbedingungen geladen werden kann. Die akzeptable Bedeutung ist, dass es keine unerwünschten Nebenreaktionen hervorruft und die Lebensdauer und Leistung der Batterie nicht beeinträchtigt.

Dann verstehe die drei Gesetze. Das erste Gesetz: Nachdem die Batterie eine bestimmte Menge an Energie abgegeben hat, bezieht sich ihre Ladungsannahme auf die aktuelle Ladung. Je niedriger die Gebühr ist, desto höher ist die Gebührenannahme. Im zweiten Gesetz tritt während des Ladevorgangs eine Impulsentladung auf, die der Batterie hilft, den in Echtzeit akzeptablen Stromwert zu erhöhen. Im dritten Gesetz wird die Fähigkeit zur Ladeannahme durch die Überlagerung der Lade- und Entladebedingungen vor der Ladezeit beeinflusst.

Wenn die Maas-Theorie auch auf Lithiumbatterien anwendbar ist, kann das Rückwärtsimpulsladen (im Folgenden speziell als Reflex-Schnellladeverfahren bezeichnet) als Kontrapunkt verwendet werden, um die Unterdrückung des Temperaturanstiegs zusätzlich zum Depolarisationswinkel und zur Unterstützung des Impulsverfahrens zu erklären. Ferner ist die wahre Anwendung der Mas-Theorie die intelligente Lademethode, die die Batterieparameter verfolgt, so dass sich der Ladestromwert immer entsprechend der Maserkurve der Lithiumbatterie ändert, so dass die Ladeeffizienz innerhalb des Sicherheitsbereichs maximiert wird.

Übliche Schnelllademethode

Es gibt viele Möglichkeiten, Lithiumbatterien aufzuladen. Für schnelle Ladeanforderungen umfassen die Hauptmethoden Impulsladung, Reflexladung und intelligentes Laden. Unterschiedliche Batterietypen, die anwendbaren Lademethoden sind nicht genau gleich, und im Methodenabschnitt wird keine spezifische Unterscheidung getroffen.

Impulsladung

Dies ist eine Impulslademethode aus der Literatur. Die Impulsphase wird eingestellt, nachdem der Ladevorgang die obere Grenzspannung von 4,2 V erreicht hat, und setzt sich über 4,2 V fort. Derzeit wird die Rationalität der spezifischen Parametereinstellung nicht erwähnt, und es gibt Unterschiede zwischen verschiedenen Batterietypen. Wir achten auf den Pulsimplementierungsprozess.

Das Folgende ist eine Impulsladekurve, die hauptsächlich drei Phasen umfasst: Vorladung, Konstantstromladung und Impulsladung. Die Batterie wird während des Konstantstromladens mit einem konstanten Strom aufgeladen, und ein Teil der Energie wird in das Innere der Batterie übertragen. Wenn die Batteriespannung auf die obere Grenzspannung (4,2 V) ansteigt, wird der Impulslademodus aufgerufen: Die Batterie wird intermittierend mit einem Impulsstrom von 1 ° C geladen. Während einer konstanten Ladezeit Tc steigt die Batteriespannung weiter an und fällt langsam ab, wenn der Ladevorgang beendet wird. Wenn die Batteriespannung auf die obere Grenzspannung (4,2 V) abfällt, wird die Batterie mit demselben Stromwert aufgeladen und der nächste Ladezyklus gestartet, sodass die Batterie vollständig aufgeladen wird, bis die Batterie vollständig aufgeladen ist.

Während des Impulsladevorgangs verlangsamt sich die Geschwindigkeit des Batteriespannungsabfalls allmählich und die Stoppzeit T0 wird länger. Wenn der Konstantstrom-Ladezyklus nur 5% bis 10% beträgt, wird die Batterie als voll angesehen und der Ladevorgang beendet. Im Vergleich zum herkömmlichen Ladeverfahren kann das Impulsladen mit einem großen Strom geladen werden, und die Konzentrationspolarisation und die ohmsche Polarisation der Batterie werden während der Abschaltperiode eliminiert, so dass das Laden der nächsten Runde reibungsloser durchgeführt wird und Die Ladegeschwindigkeit ist schnell. Die Temperaturänderung ist gering und hat nur geringe Auswirkungen auf die Batterielebensdauer. Daher ist sie derzeit weit verbreitet. Die Mängel liegen jedoch auf der Hand: Es ist eine Stromversorgung mit begrenzter Stromfunktion erforderlich, was die Kosten des Impulsladeverfahrens erhöht.

Intermittierende Lademethode

Das intermittierende Ladeverfahren für Lithiumbatterien umfasst ein intermittierendes Ladeverfahren mit variablem Strom und ein intermittierendes Ladeverfahren mit variabler Spannung.

1) Intermittierende Lademethode mit variablem Strom

Die intermittierende Lademethode mit variablem Strom wurde von Tixian Chen, Professor an der Xiamen-Universität, vorgeschlagen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Konstantstromladung auf eine Grenzspannung und eine intermittierende Stromladung umgestellt wird. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, wird in der ersten Stufe des intermittierenden Ladeverfahrens mit variablem Strom die Batterie mit einem größeren Stromwert geladen, und das Laden wird gestoppt, wenn die Batteriespannung die Abschaltspannung V0 erreicht, zu welchem Zeitpunkt die Batteriespannung fällt stark ab. Laden Sie den Akku nach Ablauf einer Ladezeit mit reduziertem Ladestrom weiter. Wenn die Batteriespannung wieder auf die Abschaltspannung V0 ansteigt, wird der Ladevorgang gestoppt, und durch mehrmaliges Hin- und Herbewegen (im Allgemeinen etwa drei- bis viermal) des Ladestroms wird der Sollstromwert verringert. Geben Sie dann die Ladephase mit konstanter Spannung ein, laden Sie den Akku mit einer konstanten Spannung auf, bis der Ladestrom auf den unteren Grenzwert abfällt und der Ladevorgang endet.

In der Hauptladephase des intermittierenden Ladeverfahrens mit variablem Strom wird unter der Bedingung der Begrenzung der Ladespannung der Ladestrom allmählich erhöht, indem der intermittierende Lademodus verwendet wird, in dem der Strom allmählich verringert wird, dh der Ladevorgang wird beschleunigt. und die Ladezeit wird verkürzt. Diese Lademodusschaltung ist jedoch relativ kompliziert und teuer und wird im Allgemeinen nur in Betracht gezogen, wenn sie mit einer hohen Leistung geladen wird.

2) Intermittierendes Laden mit variabler Spannung

Auf der Grundlage des intermittierenden Ladeverfahrens mit variablem Strom wurde ein intermittierendes Ladeverfahren mit variabler Spannung untersucht. Der Unterschied zwischen den beiden ist der Ladevorgang in der ersten Stufe, bei dem der intermittierende konstante Strom durch intermittierenden konstanten Druck ersetzt wird. Vergleicht man die obigen Figuren (a) und (b), so ist ersichtlich, dass das intermittierende Laden mit konstanter Spannung eher mit der Ladekurve des besten Ladens übereinstimmt. In jeder Ladephase mit konstanter Spannung wird aufgrund der konstanten Spannung Strom geladen

Der Fluss nimmt natürlich gemäß dem Exponentialgesetz ab, was mit der Tatsache übereinstimmt, dass die akzeptable Rate des Batteriestroms mit dem Fortschreiten des Ladens allmählich abnimmt.

Reflex-Schnelllademethode

Das Reflex-Schnelllademethode ist auch als Reflexionslademethode oder "Schluckauf" -Lademethode bekannt. Jeder Arbeitszyklus des Verfahrens umfasst drei Stufen des Vorwärtsladens, des Rückwärts-Sofortentladens und des Herunterfahrens. Es löst das Phänomen der Batteriepolarisation weitgehend und beschleunigt das Laden. Die Rückentladung verkürzt jedoch die Lebensdauer der Lithiumbatterie.

Wie in der obigen Figur gezeigt, beträgt in jedem Ladezyklus die Tc der 2C-Stromladezeit 10 s, dann beträgt die Ladezeit 0,5 s Tr1, die Rückentladezeit beträgt 1 s Td und die Ladezeit beträgt 0,5 s. Tr2 beträgt jede Ladezykluszeit 12s. Mit fortschreitendem Ladevorgang wird der Ladestrom allmählich kleiner.

Intelligente Lademethode

Smart Charging ist eine fortschrittlichere Lademethode. Wie in der folgenden Abbildung gezeigt, besteht das Hauptprinzip darin, die Steuertechnologie du / dt und di / dt anzuwenden, um den Batterieladestatus durch Überprüfen des Inkrements von Batteriespannung und -strom zu überprüfen. Die dynamische Tracking-Batterie ist akzeptabel. Der Ladestrom ist so bemessen, dass der Ladestrom immer in der Nähe der maximal zulässigen Ladekurve der Batterie liegt. Diese Art von intelligenter Methode kombiniert im Allgemeinen fortschrittliche Algorithmus-Technologien wie neuronales Netzwerk und Fuzzy-Steuerung, um eine automatische Optimierung des Systems zu realisieren.

Experimentelle Daten zur Auswirkung der Lademethode auf die Laderate

In der Literatur wird das Konstantstrom-Ladeverfahren mit einem Rückwärtsimpulsladen verglichen. Beim Laden mit konstantem Strom wird der Akku während des gesamten Ladevorgangs mit konstantem Strom geladen. Zu Beginn des Konstantstromladens gibt es eine große Strombelastung, aber im Laufe der Zeit tritt der Polarisationswiderstand allmählich auf und nimmt zu, wodurch mehr Energie in Wärme umgewandelt wird, die verbraucht wird und die Batterietemperatur allmählich erhöht wird.

Vergleich von Konstantstromladung und Impulsladung

Die Impulslademethode ist ein kurzer Rückladestrom nach einer Ladezeit. Die Grundform ist unten dargestellt. Während des Ladevorgangs wird ein kurzer Entladungsimpuls gemischt, um den Einfluss des Polarisationswiderstands während des Ladevorgangs zu depolarisieren und zu verringern.

Studien haben speziell die Auswirkungen von Impulsladung und Konstantstromladung verglichen. Die durchschnittlichen Ströme betrugen 1C, 2C, 3C und 4C (C ist die Nennkapazität der Batterie). Es wurden vier Sätze von Vergleichsexperimenten durchgeführt. Die nach dem Laden der Batterie entladene Strommenge wurde zur Messung der tatsächlichen Ladung verwendet. Die Abbildung zeigt den Impulsladestrom und die Spannungsform der Batterieklemmenspannung, wenn der Ladestrom 2C beträgt. Tabelle 1 zeigt die experimentellen Daten der Konstantstrom-Impulsladung. Die Pulsperiode beträgt 1 s, die positive Pulszeit beträgt 0,9 s und die negative Pulszeit beträgt 0,1 s.

Ichav ist der durchschnittliche Ladestrom, Qin ist die Ladekapazität; Qo ist die Entladeleistung und η ist der Wirkungsgrad.

Aus den experimentellen Ergebnissen in der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass die Konstantstromladung ähnlich der Impulsladungseffizienz ist und der Impuls geringfügig niedriger als der Konstantstrom ist, aber die Gesamtladung der Batterie und der Impuls geladen sind Modus ist deutlich mehr als der Konstantstrommodus.

Einfluss unterschiedlicher Impulszyklen auf die Impulsladung

Die negative Stromentladungszeit beim Impulsladen hat einen gewissen Einfluss auf die Ladegeschwindigkeit. Je länger die Entladezeit ist, desto langsamer wird der Ladevorgang. Je länger die Entladezeit ist, wenn der gleiche flache Strom geladen wird. Wie aus der folgenden Tabelle ersichtlich ist, haben unterschiedliche Arbeitszyklen einen deutlichen Einfluss auf Effizienz und Ladung, aber der numerische Unterschied ist nicht sehr groß. Im Zusammenhang damit gibt es zwei wichtige Parameter: Ladezeit und Temperatur werden nicht angezeigt.

Daher ist die Auswahl der Impulsladung besser als die kontinuierliche Konstantstromladung. Um den Arbeitszyklus auszuwählen, müssen der Anstieg der Batterietemperatur und die Anforderungen an die Ladezeit berücksichtigt werden.

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 "Schaukelstuhl" -Batterien 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 aus dem positiven Elektrodenmaterial deinterkaliert, treten in den Elektrolyten ein und gleichzeitig werden überschüssige Elektronen erzeugt, um den positiven Stromkollektor zu passieren und sich durch einen externen Stromkreis zur negativen Elektrode bewegen; 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.

Positive Elektrode

Tatsächlich können fast alle Arten von Kathodenmaterialien verwendet werden, um schnell füllende Batterien herzustellen. Zu den wichtigsten Leistungen, die garantiert werden müssen, gehören Leitfähigkeit (Verringerung des Innenwiderstands), Diffusion (garantierte Reaktionskinetik), Langlebigkeit (keine Erklärung erforderlich) und Sicherheit (nicht erforderlich). Erklären Sie), ordnungsgemäße Verarbeitungsleistung (die spezifische Oberfläche darf 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:

A. Lithiumeisenphosphat kann sich stärker auf die Lösung von Leitfähigkeitsproblemen und niedrigen Temperaturen 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 nur wenig Nanokristallisation leistet (es ist kein Gegenmittel gegen die 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. Stellen Sie höhere Anforderungen.

C, Lithiummanganat ist wichtiger für das Leben. Es gibt viele Schnellladebatterien mit Lithiummanganat 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 lösen auch die Sicherheitsprobleme, die durch die erhöhte Tendenz zur Bildung von Lithiumdendriten verursacht werden. Die größte technische Schwierigkeit des Schnellladungskerns ist daher die Einführung von Lithiumionen in die negative Elektrode.

A. 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.

B. Hartkohlenstoff- und Weichkohlenstoffmaterialien haben sich in den letzten Jahren ebenfalls entwickelt: Hartkohlenstoffmaterialien haben ein hohes Lithiuminsertionspotential, Mikroporen in den Materialien 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 ist die Menge weitaus geringer als die von Graphit und wird in einigen Spezialitäten der Batterie häufiger verwendet.

C, jemand wird den Autor fragen, wie man Lithiumtitanat macht. 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: eine nützliche Technologie, die in bestimmten Situationen vorteilhaft ist, aber für viele Gelegenheiten, in denen die Kosten und die Reichweite hoch sind, nicht geeignet ist.

D, Siliziumanodenmaterial ist eine wichtige Entwicklungsrichtung. Der neue 18650-Akku von Panasonic hat mit dem kommerziellen Verfahren 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 hochleistungsbatterien stellt der Hochstrombetrieb höhere Anforderungen an Sicherheit und Langlebigkeit. Die Membranbeschichtungstechnologie ist untrennbar miteinander verbunden. Keramikbeschichtete Membranen werden aufgrund ihrer hohen Sicherheit und der Fähigkeit, Verunreinigungen im Elektrolyten zu verbrauchen, schnell weggeschoben. Besonders für die Sicherheit von ternären Batterien ist der Sicherheitseffekt besonders bemerkenswert. 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.

Separator mit Festelektrolytfasern beschichtet

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 ist notwendig, verschiedene Anti-Hochtemperatur-, Flammschutz- und Anti-Überladeadditive zuzusetzen, um sie bis zu einem gewissen Grad zu schützen. Das Problem der alten Lithiumtitanat-Batterie, die Hochtemperatur-Flatulenz, hängt auch vom Hochtemperatur-Funktionselektrolyten ab.

Batteriestrukturdesign

Eine typische Optimierungsstrategie ist der gestapelte VS-Wicklungstyp. 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. 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 Anwendung dünnerer 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.

Überblick über die Route der Schnellladetechnologie der Mainstream-Hersteller

CATL

Für die positive Elektrode entwickelte die Ningde-Ära die "Super-Electronic Network" -Technologie, mit der Lithiumeisenphosphat eine ausgezeichnete elektronische Leitfähigkeit aufweist. Auf der Oberfläche des negativen Graphits wird es durch die "Fast Ion Ring" -Technologie modifiziert, und der modifizierte Graphit hat sowohl eine superschnelle Ladung als auch eine hohe. Die Eigenschaften der Energiedichte, keine überschüssigen Nebenprodukte erscheinen in der negativen Elektrode während des schnellen Ladens. Damit hat es eine Schnellladekapazität von 4 bis 5 ° C, erreicht ein schnelles Laden und Laden für 10 bis 15 Minuten und kann eine Energiedichte von über 70 Wh / kg auf Systemebene garantieren, wodurch eine Lebensdauer von 10000 erreicht wird (was bedeutet, dass diese Lebensdauer ziemlich hoch ist). In Bezug auf das Wärmemanagement erkennt das Wärmemanagementsystem den „gesunden Ladebereich“ fester chemischer Systeme bei unterschiedlichen Temperaturen und SOCs vollständig und erhöht so die Betriebstemperatur von Lithiumbatterien erheblich.

Waterma

Waterma ist in letzter Zeit nicht sehr gut, lassen Sie uns nur über Technologie sprechen. Waterstone verwendet Lithiumeisenphosphat mit einer kleineren Partikelgröße. Gegenwärtig liegt die Partikelgröße von Lithiumeisenphosphat auf dem Markt zwischen 300 und 600 nm, und Waterma verwendet nur 100 bis 300 nm Lithiumeisenphosphat, so dass Lithiumionen eine schnellere Migrationsgeschwindigkeit aufweisen und mit höherem Strom geladen und entladen werden können. Bei anderen Systemen als Batterien wird das Design durch Wärmemanagementsysteme und -systeme erweitert.

Mikromakroleistung

In den frühen Tagen entschied sich Weihong Power für Lithiumtitanat + porösen Verbundkohlenstoff, der hohen Strömen standhält und eine Spinellstruktur als Anodenmaterial aufweist. Um die Gefahr eines hohen Stroms für die Batteriesicherheit während des Schnellladens zu vermeiden, wird Weihong Power in Kombination mit einem Verbrennungselektrolyten, einer Membrantechnologie mit hoher Porosität und hoher Permeabilität und einer intelligenten STL-Technologie für intelligente Wärmesteuerungsflüssigkeiten die Batteriesicherheit gewährleistet, wenn sich die Batterie befindet schnell aufgeladen.

Im Jahr 2017 wurde eine neue Generation von Batterien mit hoher Energiedichte herausgebracht, die Lithium-Manganat-Kathodenmaterialien mit hoher Kapazität und hoher Leistung verwenden. Die Monomer-Energiedichte erreichte 170 Wh / kg und erreichte eine schnelle Aufladung in 15 Minuten, wobei sowohl Lebens- als auch Sicherheitsprobleme berücksichtigt wurden.

Zhuhai Yinlong

Lithiumtitanat negative Elektrode, breiter Betriebstemperaturbereich und große Lade- und Entladerate ist bekannt, die spezifischen technischen Lösungen gibt es keine eindeutigen Daten. Im Gespräch mit den Mitarbeitern der Messe heißt es, dass die Schnellladung bereits 10 ° C erreichen kann, eine Lebenserwartung von 20.000.

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 die Batterieleistung nicht niedrig genug sind, müssen die Verbraucher Entscheidungen treffen, ob es notwendig ist, dass Ding Kezhen "nicht ängstlich" Strom kauft. Wenn Sie darüber nachdenken, hat eine schnelle Aufladung einen Wert. Ein weiterer Aspekt sind die gestern erwähnten Kosten für Schnellladeanlagen, die natürlich Teil der Kosten für die Elektrifizierung der gesamten Gesellschaft sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, ob die Schnellladetechnologie großflächig gefördert werden kann, die Energiedichte und die Schnellladetechnologie, die sich schnell entwickeln, die beiden Technologien, die die Kosten senken, können in ihrer künftigen entscheidenden Rolle eine erhebliche Rolle spielen.

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.