La razón por la que la batería de litio no se puede cargar rápidamente

Para los vehículos eléctricos puros con baterías de iones de litio, las dificultades de carga siguen siendo un gran problema, por lo que la "carga rápida" se ha convertido en un truco para muchos fabricantes. El autor piensa que el problema de la carga rápida de la electricidad de litio debe analizarse desde dos niveles.

A nivel central, el rendimiento de duplicación de las baterías de iones de litio está limitado por las características de transmisión intrínseca de los materiales de los electrodos positivos / electrolitos / negativos y, por otro lado, el proceso del electrodo y el diseño de la estructura del núcleo también tienen un mayor impacto en la duplicación. actuación..

Sin embargo, en términos de la conducción del portador y el comportamiento de transporte más esenciales, la electricidad de litio no es adecuada para la "carga rápida". La conducción de portadores característica y el comportamiento de transporte del sistema eléctrico de litio depende de la conductividad de los materiales de los electrodos positivos y negativos, el coeficiente de difusión de los iones de litio y la conductividad de los electrolitos orgánicos. Basado en el mecanismo de reacción incrustado, material positivo de iones de litio (olivino de canal iónico unidimensional, los coeficientes de difusión en el material en capas del canal bidimensional y el material positivo de espinela del canal tridimensional) y el material del electrodo negativo de grafito negativo ( estructura en capas) son generalmente varios órdenes de magnitud más bajos que la constante de velocidad de la reacción Redox heterogénea en las baterías secundarias de agua.

Además, la conductividad iónica de los electrolitos orgánicos es dos órdenes de magnitud menor que la de las baterías secundarias de agua (ácidos fuertes o bases fuertes). La superficie del electrodo negativo de litio tiene una capa de membrana SEI. De hecho, el rendimiento de duplicación del litio está controlado en gran medida por la difusión de iones de litio en la membrana SEI. Dado que la polarización de los electrodos de polvo en los electrolitos orgánicos es mucho más grave que la de los sistemas de agua, el litio se puede analizar fácilmente en superficies negativas en condiciones de gran aumento o baja temperatura, lo que conlleva graves riesgos de seguridad.

Además, bajo la condición de carga de alta potencia, la red del material del electrodo positivo es vulnerable a la destrucción, y la capa de lámina de grafito del electrodo negativo también puede dañarse. Estos factores acelerarán la atenuación de la capacidad, lo que afectará seriamente la vida útil de la celda de potencia. Por lo tanto, las características esenciales de la reacción incrustada determinan que las baterías de iones de litio no sean adecuadas para cargas de alta potencia. Los resultados han confirmado que el ciclo de vida de una sola batería disminuirá significativamente en el modo de carga rápida y descarga rápida, y el rendimiento de la batería disminuirá significativamente en la etapa posterior de uso.

Por supuesto, algunos lectores pueden decir que las baterías de titanato de litio (LTO) se pueden cargar y descargar a gran velocidad.

El rendimiento de duplicación del titanato de litio se puede explicar por su estructura cristalina y su coeficiente de difusión de iones. Sin embargo, la densidad de energía de las baterías de titanato de litio es muy baja y su uso de tipo de energía se basa en el sacrificio de la densidad de energía. Esto conduce a un alto costo por unidad de energía ($ / Wh) de las baterías de titanato de litio, y la baja relación calidad-precio determina la batería de titanato de litio. Es imposible convertirse en la corriente principal del desarrollo de la electricidad de litio. De hecho, las bajas ventas de las baterías SCiB de Toshiba en Japón a lo largo de los años han demostrado el problema.

En el nivel del núcleo, se puede mejorar la duplicación del rendimiento desde el punto de vista de la tecnología de electrodos y el diseño de la estructura del núcleo. Por ejemplo, medidas como hacer los electrodos más delgados o aumentar la proporción de agentes conductores son medidas técnicas de uso común. Es más, algunos fabricantes incluso utilizan métodos extremos, como retirar el termistor del núcleo y espesar el líquido fraguado. De hecho, muchas empresas de baterías de energía en China utilizan sus datos de baterías de energía LFP a una velocidad alta de 30 ° C o incluso 50 ° C como punto culminante técnico.

Lo que quiero señalar aquí es que, como método de prueba, no está mal, pero qué cambios han tenido lugar dentro del núcleo es la clave. Durante un largo período de gran aumento, tal vez se haya destruido la estructura de los polos positivo y negativo, y los polos negativos ya hayan analizado el litio. Estos problemas requieren el uso de métodos de detección in situ (como SEM, XRD y difracción de neutrones, etc.). Puede ser claro. Desafortunadamente, estos métodos de prueba in situ tienen poca aplicación en las empresas de baterías nacionales.

También me gustaría recordar a los lectores la diferencia entre el proceso de carga de la descarga eléctrica de litio y el proceso de descarga. A diferencia del proceso de carga, el daño causado por la descarga de una descarga eléctrica de litio (trabajo externo) a la batería no es tan grave como la carga rápida. Esto es similar a otras baterías secundarias de agua. Sin embargo, para el uso real de vehículos eléctricos, la necesidad de una carga de alta potencia (carga rápida) es sin duda más urgente que una gran descarga de corriente.

Subir al nivel de la batería será más complicado. El voltaje de carga y la corriente de carga de diferentes celdas individuales no son consistentes durante el proceso de carga, y el tiempo de carga de la celda de potencia excederá inevitablemente al de la celda individual. Esto significa que, aunque la tecnología de carga convencional también puede cargar una sola celda a la mitad de su capacidad en 30 minutos, el paquete de baterías ciertamente superará este tiempo, lo que en parte significa que las ventajas de la tecnología de carga rápida no son muy obvias.

Además, durante el uso (descarga) de las baterías de iones de litio, el consumo y el tiempo de descarga de su capacidad no son lineales sino que se aceleran con el tiempo. Por ejemplo, cuando un automóvil eléctrico tiene un kilometraje completo de 200 kilómetros, cuando son 100 kilómetros normales, la batería de energía puede tener el 80% de la capacidad restante. Cuando la capacidad de la batería es del 50%, es posible que el automóvil eléctrico solo pueda viajar 50 kilómetros.

Esta característica de las baterías de iones de litio nos dice que simplemente cargar las celdas de energía a la mitad o al 80% no es suficiente para satisfacer las necesidades reales de los vehículos eléctricos. Por ejemplo, la promoción de Tesla de la tecnología de carga rápida es en realidad más un truco que una práctica en opinión del autor, y la carga rápida deteriorará seriamente la vida útil y el rendimiento de la batería, y traerá riesgos de seguridad.

Dado que el litio no es esencialmente adecuado para la carga rápida, en teoría, el modo de conmutación puede compensar sus deficiencias de carga rápida. Aunque diseñar una batería de potencia como tipo enchufable causará problemas con la resistencia estructural del vehículo y el aislamiento eléctrico, y también hay súper problemas con los estándares y excusas de la batería, pero personalmente creo que, este modelo es un modelo técnico (y solo técnicamente) ) solución viable al problema de la carga rápida de litio.

En mi opinión, el "modelo de arrendamiento de batería + interruptor" no tiene un precedente de éxito a escala mundial, excepto por el problema de los hábitos de consumo (los propietarios creen que las baterías son de su propiedad privada como los automóviles). El principal obstáculo radica en la enorme distribución de beneficios que se esconde detrás de los estándares técnicos. En los países occidentales altamente orientados al mercado, resolver este problema es mucho más difícil que en China. Personalmente, el autor cree que en el futuro, puede haber más espacio para el desarrollo de vehículos eléctricos en el campo de los autobuses y taxis en China.

La página contiene el contenido de la traducción automática.