¿Qué factores 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. Entonces, a partir de la estructura de la batería, ¿cuáles son los factores que afectan este 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.

Electrodo positivo

De hecho, se pueden utilizar casi todos los tipos de materiales de electrodos positivos para fabricar baterías de llenado rápido. Los principales rendimientos que deben garantizarse incluyen conductancia (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 puede ser demasiado grande, reduzca las reacciones secundarias, para los 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:

R. El fosfato de hierro y litio puede estar más enfocado en resolver 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. La conductividad del material ternario en sí es relativamente buena, 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 de los electrolitos). Después de todo, el objetivo principal de los materiales ternarios es la seguridad. Los accidentes recientes relacionados con la seguridad de las baterías también son frecuentes. Se plantearon requisitos más estrictos .

C. El manganato de litio es más importante para la vida, hay muchas baterías de carga rápida de manganato de 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, sino también 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.

R. En la actualidad, el material de ánodo dominante en el mercado sigue siendo el grafito (que representa aproximadamente el 90% de la participación de mercado), la causa principal no es barata y el rendimiento de procesamiento integral y la densidad de energía del grafito son excelentes. las desventajas son relativamente pocas. . Por supuesto, los ánodos de grafito también tienen problemas. La superficie es sensible a los electrolitos y la reacción de intercalación de 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 en la dirección del sustrato.

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 los materiales 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. ¿Qué tal 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, el punto de vista de la batería de titanato de litio es una tecnología útil que es ventajosa 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

En el caso de las baterías eléctricas, la operación de alta corriente proporciona mayores requisitos de seguridad y longevidad. La tecnología de recubrimiento de diafragma es inseparable. Las membranas recubiertas de cerámica se están alejando rápidamente debido a su alta seguridad y la capacidad de consumir impurezas en el electrolito. Especialmente para la seguridad de las baterías ternarias, el efecto de seguridad es particularmente notable.

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.

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 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 retardadores de llama anti-alta temperatura y anti-sobrecargados para protegerlos hasta cierto punto. El problema de la vieja batería de titanato de litio, la flatulencia a alta temperatura, sino que también depende del electrolito funcional de alta temperatura para mejorar.

Diseño de estructura de batería

Una estrategia de optimización típica es el tipo de bobinado VS apilado. 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 adecuado para la ocasión de tipo de potencia.

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 que se pueden 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 que Ding Kezhen compre electricidad que “no sea ansiosa” requiere que los consumidores tomen decisiones. Si lo piensa, la carga rápida tendrá valor. Otro ángulo es el costo de las instalaciones de carga rápida, que por supuesto es parte del costo de electrificar a toda la sociedad.

Si la tecnología de carga rápida puede promoverse ampliamente, quién se desarrolla más rápido en densidad de energía y tecnología de carga rápida, y quién reduce tanto el costo de las dos tecnologías, puede jugar un papel decisivo en su futuro.

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