¿Cuáles son los factores que afectan la capacidad de carga rápida de las baterías de litio?

Cada batería de litio tiene un valor de corriente de carga óptimo bajo diferentes parámetros de estado y parámetros ambientales. Luego, desde la perspectiva de la estructura de la batería, qué factores afectan el valor de carga óptimo.

Proceso microscópico de carga

Las baterías de litio se denominan baterías de "tipo mecedora" y los iones cargados se mueven entre los electrodos positivo y negativo para lograr la transferencia de carga, alimentando circuitos externos o cargando desde una fuente de energía externa. Durante el proceso de carga específico, el voltaje externo se aplica a los dos polos de la batería, los iones de litio se desintercalan del material del electrodo positivo, ingresan al electrolito y el exceso de electrones se genera a través del colector de corriente positiva y se mueve al electrodo negativo a través de un circuito externo; Los iones de litio están en el electrolito. El electrodo positivo se mueve hacia el electrodo negativo y pasa a través del separador para alcanzar el electrodo negativo; la película SEI que pasa a través de la superficie del electrodo negativo está incrustada en la estructura de capas de grafito negativo y unida al electrón.

Durante toda la operación de iones y electrones, la estructura de la batería que afecta la transferencia de carga, ya sea electroquímica o física, tendrá un impacto en el rendimiento de la carga rápida.

Carga rápida, requisitos para todas las partes de la batería

Para la batería, si desea mejorar el rendimiento de la energía, debe trabajar duro en todos los aspectos de la batería, incluido el electrodo positivo, el electrodo negativo, el electrolito, el diafragma y el diseño estructural.

Positivo

De hecho, se pueden utilizar casi todos los tipos de materiales de cátodos para fabricar baterías de llenado rápido. Los principales requisitos son conductividad garantizada (resistencia interna reducida), difusión (cinética de reacción garantizada), longevidad (no es necesario explicarlo) y seguridad (no es necesario). Explique), rendimiento de procesamiento adecuado (el área de superficie específica no debe ser demasiado grande, reducir reacciones secundarias, para servicios de seguridad). Por supuesto, los problemas a resolver para cada material específico pueden variar, pero nuestros materiales de cátodos comunes se pueden optimizar mediante una serie de optimizaciones, pero los diferentes materiales también son diferentes:

Un fosfato de hierro y litio puede estar más enfocado a resolver los problemas de conductancia y baja temperatura. Recubrimiento de carbono, nanocristalización moderada (tenga en cuenta que es moderada, definitivamente no tan fina como la lógica simple), la formación de conductores iónicos en la superficie de las partículas es la estrategia más típica.

B, el material ternario en sí tiene una buena conductancia, pero su reactividad es demasiado alta, por lo que el material ternario tiene poco trabajo de nanocristalización (la nanocristalización no es un antídoto para la mejora del rendimiento del material metalúrgico, especialmente en el campo de las baterías. A veces hay muchas reacciones en el sistema. Se presta más atención a la seguridad y los efectos secundarios de la inhibición (y los electrolitos). Después de todo, el objetivo principal de los materiales ternarios es la seguridad. Los accidentes recientes de seguridad de las baterías también son frecuentes. Se plantearon requisitos más altos.

C, el manganato de litio es más importante para la esperanza de vida, también hay muchas baterías de carga rápida de óxido de manganeso y litio en el mercado.

Electrodo negativo

Cuando se carga la batería de iones de litio, el litio migra al electrodo negativo. El potencial excesivamente alto causado por la carga rápida y la alta corriente hará que el potencial del electrodo negativo sea más negativo. En este momento, la presión del electrodo negativo que acepta rápidamente litio aumentará y la tendencia a generar dendritas de litio aumentará. Por lo tanto, el electrodo negativo no solo debe satisfacer la difusión de litio durante la carga rápida. Los requisitos cinéticos, sino también para resolver los problemas de seguridad causados por la mayor tendencia a la formación de dendrita de litio, por lo que la principal dificultad técnica del núcleo de carga rápida es la inserción de iones de litio en el electrodo negativo.

El material de ánodo dominante en el mercado sigue siendo el grafito (aproximadamente el 90% de la participación de mercado), la causa principal no es él, es barato (¡eres demasiado caro todos los días, signo de exclamación!), Y el rendimiento de procesamiento integral del grafito, densidad de energía Los aspectos son relativamente buenos y las desventajas son relativamente pocas. Por supuesto, el electrodo negativo de grafito también es un problema. Su superficie es más sensible a los electrolitos. La reacción de incrustación del litio tiene una fuerte direccionalidad. Por lo tanto, es principalmente necesario trabajar duro para realizar el tratamiento de la superficie del grafito, mejorar su estabilidad estructural y promover la difusión de iones de litio sobre el sustrato. dirección.

B, los materiales de carbono duro y de carbono blando también se han desarrollado en los últimos años: los materiales de carbono duro tienen un alto potencial de inserción de litio, microporos en el material y una buena cinética de reacción; y los materiales de carbono blando tienen buena compatibilidad con los electrolitos, MCMB Los materiales también son muy representativos, pero los materiales de carbono duro y blando son generalmente de baja eficiencia y alto costo (e imagina que el grafito es tan barato como espero desde un punto industrial de vista), por lo que el uso actual es mucho menor que el del grafito y se usa más en algunos especiales de la batería.

C, alguien me preguntará cómo funciona el titanato de litio. En pocas palabras: el titanato de litio tiene las ventajas de una alta densidad de potencia, desventajas más seguras y obvias. La densidad de energía es muy baja y el coste de cálculo es elevado según Wh. Por lo tanto, la opinión del autor sobre las baterías de titanato de litio siempre ha sido: es una tecnología útil que tiene ventajas en situaciones específicas, pero no es adecuada para muchas ocasiones en las que el costo y el rango de crucero son altos.

D, el material del ánodo de silicio es una dirección de desarrollo importante, la nueva batería 18650 de Panasonic ha comenzado el proceso comercial para dichos materiales. Pero cómo lograr un equilibrio entre la búsqueda del rendimiento en nanotecnología y los requisitos generales de escala de micrones de la industria de las baterías para los materiales sigue siendo una tarea desafiante.

Diafragma

Para las baterías eléctricas, la operación de alta corriente es segura y proporciona una mayor esperanza de vida. La tecnología de recubrimiento de diafragma es inseparable. Debido a su alta seguridad, el separador revestido de cerámica puede eliminar rápidamente las impurezas del electrolito, especialmente para mejorar la seguridad de la batería ternaria. El principal sistema que se utiliza actualmente en los diafragmas cerámicos es recubrir partículas de alúmina en la superficie de los diafragmas convencionales. Un enfoque relativamente novedoso es recubrir la membrana con fibras de electrolito sólidas. Tales membranas tienen una menor resistencia interna y el efecto de soporte mecánico de las fibras sobre la membrana es más Excelente, y tiene una menor tendencia a bloquear el orificio del diafragma durante el servicio.

Después del recubrimiento, el separador tiene buena estabilidad. Incluso si la temperatura es relativamente alta, no es fácil encoger y deformar, lo que resulta en un cortocircuito. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., soporte técnico del Investigador Académico de la Escuela de Materiales de la Universidad de Tsinghua, tiene algunos aspectos representativos al respecto. Trabaja, el diafragma se muestra a continuación.

Electrólito

El electrolito tiene una gran influencia en el rendimiento de una batería de iones de litio de carga rápida. Para garantizar la estabilidad y seguridad de la batería bajo carga rápida y alta corriente, el electrolito debe cumplir las siguientes características: A) no se puede descomponer, B) la conductividad es alta, C) es inerte a los materiales positivos y negativos, no se puede Reaccionar o disolver. Si se quieren cumplir estos requisitos, la clave es utilizar aditivos y electrolitos funcionales. Por ejemplo, la seguridad de las baterías ternarias de carga rápida se ve muy afectada. Es necesario agregar varios aditivos anti-alta temperatura, retardantes de llama y anti-sobrecargados para protegerlos en cierta medida, y baterías de titanato de litio. El viejo problema, la flatulencia a alta temperatura, también depende del electrolito funcional a alta temperatura.

Diseño de estructura de batería

Una estrategia de optimización típica es el tipo apilado y enrollado. Los electrodos de la batería laminada equivalen a una relación en paralelo y el tipo de bobinado equivale a una conexión en serie. Por lo tanto, la resistencia interna del primero es mucho menor y es más adecuada para el tipo de potencia. ocasión. Además, puede trabajar duro en la cantidad de polos para resolver problemas de disipación de calor y resistencia interna. Además, el uso de materiales de electrodos de alta conductividad, el uso de agentes más conductores y el recubrimiento de electrodos más delgados también son estrategias a considerar.

En resumen, los factores que afectan el movimiento de carga interna de la batería y la velocidad de incrustación de la cavidad del electrodo afectarán la capacidad de carga rápida de la batería de litio.

El futuro de la tecnología de carga rápida

La tecnología de carga rápida de los vehículos eléctricos es la dirección de la historia o la mirada al pasado. De hecho, hay muchas opiniones diferentes y no hay conclusión. Como alternativa para resolver la ansiedad por el kilometraje, se considera en una plataforma con densidad de energía de la batería y costo total del vehículo.

Se puede decir que la densidad de energía y el rendimiento de carga rápida, en la misma batería, son incompatibles en ambas direcciones, no en ambas. La búsqueda de la densidad de energía de la batería es actualmente la corriente principal. Cuando la densidad de energía es lo suficientemente alta, la carga de un automóvil es lo suficientemente grande como para evitar la llamada "ansiedad por el kilometraje", la demanda de rendimiento de carga de la batería se reducirá; al mismo tiempo, la energía es grande, si el costo de la energía de la batería no es lo suficientemente bajo, entonces si es necesario comprar electricidad que “no sea ansiosa” requiere que los consumidores tomen decisiones. Si lo piensas bien, la carga rápida tendrá valor. Otro ángulo es el costo de las instalaciones de carga rápida mencionado ayer, que por supuesto es parte del costo de electrificar a toda la sociedad.

Resuma las palabras, si la tecnología de carga rápida puede promoverse ampliamente, la densidad de energía y la tecnología de carga rápida que se desarrollan rápidamente, y dos tecnologías que reducen el costo de lo duro, pueden jugar un papel decisivo en sus perspectivas futuras.

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