23 años de personalización de baterías
Jun 05, 2019 Pageview：398
En la actualidad, se cree generalmente en la industria que el objetivo a corto plazo de la tecnología de baterías de litio es lograr 300wh / kg a través de un polo positivo ternario de níquel alto y un polo negativo de carbono de silicio. El objetivo a medio plazo (2025) es lograr 400wh / kg de monómero basado en un electrodo negativo si-c rico en litio-manganeso / alta capacidad; En el futuro, se desarrollarán baterías vacías de litio, azufre y litio para lograr la energía específica de monómero de 500wh / kg.
En el artículo "por qué la batería de litio azufre / litio vacía no tiene la perspectiva de aplicación de la batería de energía", el profesor ai xinping de la universidad de wuhan reconoció la viabilidad de los objetivos a corto y mediano plazo y analizó en detalle las razones por las que el azufre de litio / La batería de litio vacía no tiene la perspectiva de aplicación de la batería de potencia. En "la innovación del material del núcleo de la batería de litio, ¿dónde está la salida?" En este artículo, también se analiza la solución de los materiales eléctricos de litio de próxima generación.
Pero, de hecho, además de algunas innovaciones de materiales centrales, el desarrollo de baterías de litio tiene muchos problemas técnicos. Tales como problemas de seguridad de la batería, tecnología de diseño de electrodos de alta carga, etc.
1. Seguridad de la batería.
En 2016, las tres unidades que emprendieron el desarrollo del proyecto de batería de 300Wh / kg no cumplieron con los requisitos de evaluación para la seguridad de la batería. Sin embargo, si la batería de 300Wh / kg se puede cargar en el vehículo en 2020 en realidad no es un problema de rendimiento, sino un problema de seguridad.
Entre ellos, la descomposición y exotermia del electrodo positivo es un importante factor de inducción del descontrol del calor de la batería. Tome tres materias primas como ejemplo, no importa si es ternario con alto contenido de níquel o ternario general, su estabilidad térmica es mucho peor que el fosfato de hierro y litio, no solo la liberación de calor es grande, sino que también la temperatura de descomposición es baja, lo que conducirá a Nuestros futuros problemas de seguridad con las baterías serán más serios. Por supuesto, para resolver el problema de la seguridad, desde tres aspectos, materiales, monómero, sistema de trabajo integral.
Ai xinping cree que desde la seguridad de toda la solución, el material es la base, qué material determina qué tipo de seguridad; Los monómeros son la clave, los monómeros determinan lo bueno y lo malo; El sistema es la salvaguardia, el monómero de iones de litio tiene una fuga térmica y no causa todo lo demás.
Aquí solo se analizan algunas soluciones del nivel de monómero.
La primera idea es desarrollar una tecnología de protección térmica de autoexcitación de la batería.
Las baterías de litio no tienen propiedades sensibles a la temperatura y las altas temperaturas pueden provocar un calor descontrolado. Si hay un material sensible a la temperatura en la batería que puede cortar efectivamente la transmisión de electrones e iones a altas temperaturas, la batería apagará automáticamente su reacción en condiciones abusivas para evitar un aumento adicional de la temperatura.
La forma más sencilla de hacerlo es utilizar materiales PTC en las baterías para lograr la sensibilidad a la temperatura. Los materiales PTC se utilizan en muchos campos, pero no en las baterías. Los materiales PTC se caracterizan por una buena conductancia a temperatura ambiente; Cuando se alcanza una cierta temperatura de transición, la resistencia aumenta bruscamente de un conductor a un aislante, cortando así la transmisión de electrones desde el electrodo.
También se encontró que algunos polímeros conductores tienen efecto PTC y son solubles. Se pueden preparar recubrimientos muy finos con este material. Por ejemplo, P3OT, un polímero, tiene una conductividad relativamente alta a 30-80 grados, pero cambia inmediatamente en tres órdenes de magnitud a 90-110 grados. El recubrimiento es de menos de 1 micrón y 600 nanómetros, lo que no afectará la densidad de energía de la batería. El material exhibe propiedades de cierre térmico a 120 grados, mejorando significativamente la seguridad de la batería bajo sobrecarga, caja caliente, acupuntura y otras condiciones.
Además, el cierre térmico del diafragma también es una opción viable. El diafragma de tres capas existente tiene una función de cierre térmico. El diafragma normal, cuya temperatura del obturador está determinada por el punto de fusión del PE, es de unos 135 grados. La temperatura de fusión está determinada por el punto de fusión del PP, aproximadamente 165 grados. Debido a que la temperatura del obturador es demasiado alta, la inercia térmica fácilmente hará que la temperatura de la batería continúe aumentando a 165 grados después del cierre térmico, lo que provocará la fusión del diafragma y un cortocircuito de la batería. Por tanto, el efecto de protección térmica del diafragma convencional es limitado.
Si se aplica una capa de microporos de plástico a la superficie del diafragma, la capa de microesferas de la superficie se derrite cuando se alcanza la temperatura del punto de fusión de las microesferas. La bola se derritió y tapó el orificio del diafragma. Como resultado, los orificios en la superficie de los electrodos sobre los que se enfrentan las microesferas se bloquean, con resultados notables. A medida que se interrumpe el transporte de iones, la reacción de la batería se detiene y la batería está segura.
La segunda forma de resolver el problema de seguridad es desarrollar baterías totalmente de estado sólido.
De hecho, las baterías de estado sólido son muy prometedoras en términos de aumentar la densidad de energía aparente. A medida que aumenta la densidad de la batería, la densidad de energía volumétrica se vuelve cada vez más importante para los turismos. Según los comentarios de la 57a conferencia japonesa sobre baterías, algunas instituciones de investigación en Corea del Sur y Japón están llevando a cabo investigaciones sobre baterías de estado sólido, y algunas grandes compañías de baterías como ATL en China también están investigando en este campo.
En comparación con todos los sólidos y líquidos, la principal ventaja es la alta seguridad, otra característica es lograr una serie interna, lo que favorece la mejora de la densidad de energía del módulo y del sistema. Sin embargo, su tensión de interfaz es grande y su estabilidad es pobre. El electrolito sólido debe estar en pleno contacto con las partículas de material activo, de lo contrario no se puede realizar la transmisión de iones de litio. Sin embargo, cualquier material de electrodo, ya sea grafito o material ternario, cambiará de volumen durante la carga y descarga. Una vez que la separación sólido / sólido es causada por el cambio de volumen, la conducción de iones de litio se bloqueará y el rendimiento de la batería disminuirá rápidamente.
Entonces, una de las prioridades de todo el desarrollo de baterías sólidas es la elección de electrolitos sólidos. En segundo lugar, tecnología de construcción de interfaz sólido / sólido y tecnología de estabilización, hay un truco, si el electrolito sólido puro no puede hacerlo, la mejor manera es híbrido inorgánico y polimérico; En tercer lugar, el desarrollo de tecnología de producción y equipos especiales. Las baterías de estado sólido ciertamente no se fabrican de la misma manera que lo hacemos hoy.
2. Tecnología de diseño de electrodo de alta carga.
Con el aumento de la densidad de energía, el problema del diseño de electrodos se vuelve más serio. La proporción de materiales activos en la batería es un factor importante que afecta la energía específica de la batería. Los mismos materiales positivos y negativos, la misma capacidad en gramos, si una batería tiene una proporción relativamente pequeña de la masa del material activo, la densidad de energía de la batería es baja. Entonces, para aumentar la densidad de energía, asegúrese de llenar tantos materiales activos como sea posible con el mismo peso de la batería. Los materiales más activos deben ser materiales auxiliares, papel de cobre para reducir, papel de aluminio para reducir; De hecho, lo más importante es hacer que el electrodo sea grueso, el electrodo grueso, la recolección de fluidos y la cantidad de diafragma también se reduce.
Sin embargo, el electrodo de iones de litio no se puede hacer más grueso, y después del grosor, la polarización de la superficie del electrodo aumentará y la tasa de utilización del electrodo en la dirección del grosor se reducirá y causará problemas como la separación de litio de el electrodo negativo y la descomposición del electrodo positivo en el proceso de carga. En términos de aumentar la densidad de energía, es de esperar que cuanto más grueso, mejor; Pero la teoría de la polarización nos dice que cuanto más delgado, mejor. Con el aumento de la densidad de energía, como un monómero de 100wh / kg, ahora se convierte en 300wh / kg, lo que significa que la corriente soportada por el material por unidad de peso aumenta sincrónicamente. Por lo tanto, es muy difícil mantener el rendimiento energético de las futuras baterías de alta densidad de energía, por lo que la tecnología de diseño de electrodos con alta carga se vuelve cada vez más importante.
Hay formas de resolver esta contradicción. Cuanto más se acerque a la membrana, mayor será la corriente líquida, y esa corriente es la corriente externa; A lo largo de la dirección del espesor de la placa, la corriente en fase líquida disminuye lentamente y la corriente en fase sólida aumenta gradualmente. Por lo tanto, cuanto más cerca del electrodo de diafragma, mayor debe ser la porosidad, y cuanto más cerca del fluido polar del electrodo, menor puede ser la porosidad del electrodo. Por lo tanto, para garantizar una alta densidad de energía y un rendimiento energético, debemos diseñar un electrodo con distribución de poros en gradiente. Con la aplicación de nuevos materiales y la mejora de la densidad de energía de la batería, el diseño del electrodo de gradiente de porosidad se vuelve cada vez más importante. En cuanto al gradiente hasta qué punto, no por ensayo y error, por ensayo y error es muy difícil construir un modelo de polarización.
Finalmente, el resumen del profesor ai xinping de la universidad de wuhan:
1) la batería de iones de litio sigue siendo el foco del desarrollo de la batería de potencia, que puede resolver los problemas de la eficiencia de culombio de ciclo bajo del electrodo negativo de silicio y la atenuación de voltaje de la base rica en litio y manganeso, y se espera que desarrolle una batería de potencia de iones de litio avanzada con especificación energía superior a 400wh / kg.
2) a largo plazo, las baterías de iones de litio innovadoras son más factibles que el azufre de litio y el aire de litio. El desarrollo de ánodo rico en litio de alta capacidad basado en un mecanismo de compensación de carga aniónica puede desarrollar baterías de potencia con energía específica superior a 500wh / kg.
3) la seguridad determina la posibilidad de una aplicación de carga de batería de alta energía específica. El desarrollo de la tecnología de control térmico espontáneo y la batería totalmente de estado sólido es una solución viable que debe intensificarse.
4) el electrodo de alta carga es la base para realizar la alta energía específica de la batería. De acuerdo con el nuevo extremo de polarización, el desarrollo del electrodo de porosidad en gradiente tiene un papel importante y un significado para el desarrollo de baterías de alta energía específica.
La página contiene el contenido de la traducción automática.
Dejar un mensaje
Nos pondremos en contacto con usted pronto
