Cómo mejorar mejor el rendimiento de la batería de iones de litio

Para las baterías de iones de litio, los indicadores más importantes en los que nos enfocamos son la densidad de energía y la densidad de energía. La densidad de energía está relacionada con el rango de crucero del vehículo y la densidad de potencia está relacionada con el desempeño dinámico del vehículo eléctrico. Cómo mejorar el rendimiento de la velocidad de la batería de iones de litio Los diseñadores tienen sus propias ideas únicas, hablaré sobre algunas de mis ideas para mejorar el rendimiento de la velocidad de la batería de iones de litio. Espero ser significativo.

1. Selección de material

En términos generales, la mejora del rendimiento de la batería de potencia se basa principalmente en la elección de materiales. Por ejemplo, solíamos tener el artículo "¿Conducción iónica, la estupidez conductiva electrónica no está clara? ¡Quieres saber que está aquí!" La conductividad de iones y electrones de los materiales ternarios de níquel y los materiales tradicionales de óxido de cobalto de litio, a 20 ° C, la conductividad electrónica de los materiales LCO es de solo 5x10-8S / cm, mientras que la conductividad electrónica de los materiales NCM111 es de hasta 2.2x10-6S / cm, con el aumento adicional del contenido de níquel, la conductividad electrónica de los materiales ternarios también se mejora significativamente. La conductividad electrónica del material NCM8111 es 4.1x10-3S / cm, y también se muestra la conductividad iónica. En la misma tendencia, la conductividad iónica del material LCO es solo 2.3x10-7S / cm a 20 ° C, mientras que la conductividad iónica del material NCM111 es 3.2x10-6S / cm, la NCM532 es 1.7x10-3S / cm y el NCM622 es 3.4x10. -3S / cm, el material NCM811 es de hasta 6.3x10-3S / cm, por lo que ya sea por conductividad electrónica o conductividad iónica, el material ternario, especialmente el material ternario con alto contenido de níquel o el material NCA, es más adecuado para el tipo de aumento. batería de iones de litio, por supuesto, además de los materiales Estas propiedades intrínsecas del exterior, capacidad de velocidad que también se ve afectada por la morfología de múltiples factores, como pequeñas partículas de material mayor área de superficie, la distancia de difusión de Li + es más corta en el interior de la partícula, por lo que teóricamente mejor capacidad de velocidad.

Hay muchos tipos de materiales de ánodo, como las partículas de grafito con pequeñas partículas de mesofase, que tienen un buen desempeño en el desempeño de la velocidad. SRSivakkumar, JYNerkar, AGPandolfo Departamento de Tecnología Energética de la Organización Científica e Industrial del Commonwealth (CSIRO) La evaluación de diferentes tipos y tamaños de materiales de grafito muestra que cuanto menor es el tamaño de partícula de los materiales de grafito, mayor es la tasa de rendimiento y la reducción de la superficie de grafito El espesor del revestimiento también puede mejorar el rendimiento de velocidad de los ánodos de grafito. Sin embargo, la reducción del tamaño de partícula también trae una serie de problemas, como la reducción de la capacidad reversible y la disminución de la densidad de compactación. Al mismo tiempo, la investigación también muestra que, aunque las medidas anteriores pueden mejorar el rendimiento de la velocidad de descarga del ánodo de grafito, es difícil mejorar eficazmente el rendimiento de la velocidad de carga del ánodo de grafito.

El material Li4Ti5O12 en sí tiene un alto coeficiente de difusión de Li + (10-16-10-15m2 / S) [2], y el material de la batería de titanato de litio a menudo se convierte en partículas de tamaño nanométrico debido a su baja conductividad, por lo que el área activa aumenta y la distancia de difusión de Li + se reduce. La batería de titanato de litio tiene un rendimiento de velocidad excelente y puede lograr una carga rápida, razón por la cual Dong Mingzhu está interesado en Yinlong, pero la plataforma de voltaje del material de titanato de litio. Para 1,55 V, la capacidad reversible teórica es de 170 mAh / g, lo que resulta en una menor energía específica de la batería, lo que afecta seriamente la autonomía de los vehículos eléctricos. Esta es también la causa fundamental de la reciente crisis de Yinlong. Se dice que Cheng también es Xiao He, y Xiao He también es derrotado. Para resolver estos problemas del titanato de litio conservando las ventajas de su rendimiento de alta velocidad, los investigadores han hecho muchos esfuerzos, la capacidad reversible del material, el compuesto de óxido de titanio y neodimio NTO nuevo material de ánodo desarrollado por Toshiba Corporation de Japón. Hasta 341 mAh / g es mucho más alto que el material LTO, cercano al material de grafito, pero con la ventaja de la densidad sólida de alta presión, la densidad de energía volumétrica alcanza el doble que la del ánodo de grafito y el material conserva las características de carga rápida. La carga del 0% de SoC al 90% de SoC toma solo 6 minutos como mínimo, casi exactamente satisface las necesidades de los vehículos eléctricos. En la actualidad, Toshiba ha anunciado un acuerdo de cooperación con Sojitz y la minera brasileña CBMM para desarrollar y producir conjuntamente el material.

Como la mejor universidad del mundo, la Universidad de Cambridge también está trabajando en el desarrollo de materiales de ánodo de batería de iones de litio de alto rendimiento y alta capacidad. En un artículo reciente publicado en Nature, KentJ. Griffith presentó las últimas investigaciones de la Universidad de Cambridge. Resultados: Materiales Nb16W5O55 y Nb18W16O93, la capacidad reversible de estos dos materiales supera los 200mAh / ga velocidad C / 5, y el coeficiente de difusión de Li + en ambos materiales alcanza 10-13-10-12m2 / S, que es mucho más alto que LTO (10-16-10-15m2 / S), por lo que puede lograr una excelente tasa de rendimiento en partículas de tamaño micrométrico. Las partículas más grandes no solo reducen el área de la interfaz material activo / electrolito, sino que también reducen la aparición de reacciones secundarias. La densidad de compactación del material aumenta considerablemente, por lo que los dos materiales funcionan excepcionalmente bien en términos de capacidad de volumen unitario, y todos los materiales de los electrodos negativos se enrollan.

2. Optimización de fórmulas

Otra clave para determinar el rendimiento de la batería de iones de litio es el diseño de la batería. Hay dos tipos de formas conductoras de "conducción de iones" y "conducción de electrones" dentro de la batería de iones de litio. La conducción de iones incluye principalmente Li + en el electrolito, los poros internos del electrodo y la difusión interna del material activo, la conducción electrónica es principalmente la conducción entre las partículas de material activo, y la conducción electrónica se puede dividir en "corto - conducción de rango "y" conducción de largo alcance ", por ejemplo, el agente conductor representado por el negro de carbón es el principal responsable de la conducción de corto alcance, el agente conductor representado por la fibra de carbono y el nanotubo de carbono es el principal responsable de la conducción de larga distancia. El rendimiento de velocidad de las baterías de iones de litio es una manifestación completa de varias formas conductoras. La investigación de Samantha L. Morelly et al. de la Universidad de Drexel en los Estados Unidos ha demostrado que la clave para afectar la velocidad de rendimiento de las baterías de iones de litio no es lo que solemos considerar como "difusión de iones". El proceso depende más de la conductividad electrónica. Por ejemplo, la tasa de rendimiento de un electrodo con un 3% de negro de humo es significativamente mejor que la de un 2,5%, pero de acuerdo con la teoría de la limitación del "transporte de iones", más negro de humo significa que cuanto más tortuoso sea el canal de difusión de Li +, se reducirá la tasa. rendimiento de las baterías de iones de litio. Al mismo tiempo, este estudio muestra que la conductividad de corto alcance proporcionada por el negro de carbón adsorbido en la superficie de las partículas NCM puede mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio en comparación con la conductividad de largo alcance más grande.

No es difícil lograr un rendimiento de alta velocidad de forma sencilla. Es difícil equilibrar el rendimiento de la tasa con la densidad de energía. En términos generales, la relación rendimiento y densidad de energía son contradictorias. Es muy difícil encontrar un equilibrio entre los dos. Kazuaki Kisu y col. de la Universidad de Tokio de Agricultura y Tecnología en Japón obtenido la mejor combinación de revestimiento de densidad de espesor y compactación (70um y 2,9 g / cm ³) mediante el análisis de la impedancia de los electrodos NCM de diferentes espesores de revestimiento y compactación densidades. Cuando la densidad de compactación es demasiado alta, la porosidad del electrodo caerá bruscamente, lo que resultará en un aumento de la resistencia a la difusión de iones y una densidad de compactación más baja dará lugar a un aumento de la resistencia de contacto. Por lo tanto, solo la densidad de compactación adecuada puede garantizar el excelente rendimiento multiplicador de la batería de iones de litio y también tener en cuenta las características de alta densidad de energía.

3. Elección de la estructura de la batería

Cómo controlar la temperatura durante la descarga de la batería de velocidad también es un problema muy importante. Durante el proceso de descarga de alta corriente, la batería de iones de litio generará una gran cantidad de calor. La acumulación de calor dentro de la batería de iones de litio hará que aumente la temperatura. Grandes gradientes de temperatura, por lo que el deterioro interno de las baterías de iones de litio es inconsistente, lo que afecta la vida útil de las baterías de iones de litio. Cómo elegir una estructura adecuada se vuelve más importante. Mediante el modelo de polarización eléctrica y térmica de forma bidimensional y la ubicación de la oreja del polo de la batería de iones de litio para las características térmicas de gran tamaño de la investigación de la batería de iones de litio se encontró que la influencia del ancho de la oreja y establecer el grosor del fluido es para la batería de iones de litio en la distribución de temperatura en el proceso de descarga, cuanto más estrecha es la oreja del polo, más delgada es la distribución de la temperatura del fluido del conjunto de la batería dentro de la no uniformidad, también se encuentra que cuando la oreja del polo de la batería en los terminales de la batería puede reducir efectivamente descarga cuando la temperatura interna de la batería en el proceso de falta de homogeneidad.

Al seleccionar materiales, formulaciones y estructuras adecuadas, se puede reducir la impedancia interna y la polarización de la batería de iones de litio durante la descarga a gran velocidad, se puede reducir la falta de uniformidad de la temperatura y se puede mejorar eficazmente el rendimiento de la batería. Mejorar el rendimiento de la tarifa es un proyecto integral, que debe considerarse desde múltiples factores. Lo que he presentado es solo una gota en el océano. Es difícil evitar algunas omisiones y omisiones en el conocimiento. Espero que me corrija y exponga sus propios puntos de vista.

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