Relación de carga y descarga de la batería de iones de litio

La relación de carga y descarga de las baterías de iones de litio determina qué tan rápido podemos almacenar una cierta cantidad de energía en la batería, o qué tan rápido podemos liberar la energía en la batería. Por supuesto, este proceso de almacenamiento y liberación es controlable, seguro y no afecta significativamente la duración de la batería y otros indicadores de rendimiento.

El índice de relación es particularmente importante cuando la batería se utiliza como herramienta eléctrica, especialmente como portador de energía de los vehículos eléctricos. Imagínese que si conduce un automóvil eléctrico para hacer negocios, descubre que casi no hay electricidad en el medio, busca una estación de carga para cargarlo y llénelo durante una hora. Se estima que todo lo que hay que hacer se ha retrasado. O tal vez tu auto eléctrico está subiendo una pendiente pronunciada, no importa cuánto aprietes el acelerador (puerta eléctrica), pero el auto va lento como una tortuga, no puedo hacerlo, me gustaría bajar y empujar.

Evidentemente, estas escenas no son las que queremos ver, pero es la situación actual de las baterías de iones de litio. Se tarda mucho en cargar y la descarga no puede ser demasiado violenta. De lo contrario, la batería envejecerá rápidamente e incluso puede tener problemas de seguridad. Pero en muchas aplicaciones, necesitamos que la batería tenga un gran rendimiento de carga y descarga, por lo que estamos atascados aquí nuevamente. Para lograr un mejor desarrollo de las baterías de iones de litio, es necesario comprender qué factores limitan la duplicación del rendimiento de las baterías.

El rendimiento de la relación de recarga y descarga de las baterías de iones de litio está directamente relacionado con la capacidad de los iones de litio para migrar en los polos positivo y negativo, los electrolitos y las interfaces entre ellos. Todos los factores que afectan la tasa de migración de iones de litio (estos factores de influencia también pueden ser equivalentes a las baterías. Resistencia interna), afectarán la relación de carga y descarga de las baterías de iones de litio. Además, la tasa de disipación de calor dentro de la batería también es un factor importante que afecta el rendimiento de la relación. Si la tasa de disipación de calor es lenta y el calor acumulado cuando la tasa de masa se carga y descarga no se puede transmitir, afectará seriamente la seguridad y la vida útil de la batería de iones de litio. Por lo tanto, estudiar y mejorar el rendimiento de recarga y descarga de las baterías de iones de litio, principalmente a partir de dos aspectos de mejorar la tasa de transporte de iones de litio y la disipación de calor dentro de la batería.

1. Mejorar la capacidad de difusión de iones de litio de los polos positivos y negativos

La tasa de desintegración e incrustación de iones de litio dentro de sustancias activas positivas / negativas, es decir, la velocidad a la que los iones de litio se agotan de las sustancias activas positivas / negativas, o qué tan rápido es encontrar una posición dentro del material activo desde el positivo. -superficie negativa, que es un factor importante que afecta la tasa de carga y descarga.

Por ejemplo, hay muchos maratones en el mundo cada año. Aunque todos comienzan básicamente a la misma hora, el ancho de la carretera es limitado y la cantidad de personas involucradas es grande (a veces hasta decenas de miles), lo que genera una congestión mutua. La calidad física de los participantes es desigual. El equipo en el juego eventualmente se convertirá en un frente extremadamente largo. Alguien llegó rápidamente a la meta. Alguien llegó unas horas tarde. Alguien se desmayó y dejó de comer.

La difusión y el movimiento de los iones de litio en los polos positivo / negativo es básicamente el mismo que el del maratón. La carrera lenta y la carrera rápida, junto con las diferentes longitudes de sus respectivas opciones, restringen severamente el tiempo para el final del juego (todas las personas terminan). Entonces, no queremos correr maratones, es mejor si todos corremos 100 metros, la distancia es lo suficientemente corta para que todos lleguen a la línea de meta rápidamente, y la pista debe ser lo suficientemente ancha como para no amontonarse entre nosotros, las carreteras no debe serpentear, las líneas rectas son las mejores. Reducir la dificultad del juego. Como resultado, el árbitro llamó y corrió hasta el final del juego. El juego terminó rápidamente y la actuación fue excelente.

En el material positivo, esperamos que el electrodo sea lo suficientemente delgado, es decir, el grosor del material activo sea pequeño, lo que equivale a acortar la distancia de la pista, por lo que esperamos aumentar la densidad de compactación del material positivo a medida que tanto como sea posible. Dentro del material activo debe haber suficientes huecos para permitir que jueguen los iones de litio, y al mismo tiempo estas "pasarelas" deben estar distribuidas uniformemente, no en algunos lugares, y no en algunos lugares, lo que requiere la optimización de la estructura. del material del cátodo. Cambie la distancia y la estructura entre las partículas para lograr una distribución uniforme. Los dos puntos anteriores son realmente contradictorios y aumentan la densidad de compactación. Aunque el grosor se vuelve más delgado, el espacio de partículas se hará más pequeño y la pista parecerá abarrotada. Por el contrario, mantener una cierta cantidad de espacio entre partículas no conduce a que el material sea más delgado. Por lo tanto, es necesario encontrar un punto de equilibrio para lograr la mejor tasa de migración de iones de litio.

Además, los materiales positivos de diferentes materiales tienen un impacto significativo en el coeficiente de difusión de los iones de litio. Por lo tanto, elegir un material positivo con un alto coeficiente de difusión de iones de litio también es una dirección importante para mejorar el rendimiento de la relación.

El tratamiento de los materiales negativos es similar al de los materiales positivos. También se centra en la estructura, el tamaño y el grosor de los materiales, reduciendo la diferencia de concentración de iones de litio en materiales negativos y mejorando la difusión de iones de litio en materiales negativos. capacidad. Tomando como ejemplo los materiales polares negativos basados en carbono, en los últimos años, la investigación sobre materiales nanocarbonados (nanotubos, nanocables, nanocables, etc.) ha reemplazado las estructuras tradicionales de capas negativas, que pueden mejorar significativamente el área de superficie específica de los materiales polares negativos. Estructura interna y canales de difusión, por lo tanto, el rendimiento de duplicación del material del electrodo negativo se mejora enormemente.

2. Mejorar la conductividad iónica de los electrolitos.

Los iones de litio juegan en el material positivo-negativo es una carrera, en el electrolito en la competencia es nadar.

La competición de natación, cómo reducir la resistencia del agua (electrolito), se ha convertido en la clave para aumentar la velocidad. En los últimos años, los nadadores generalmente han usado trajes de tiburón. Este tipo de traje de baño puede reducir en gran medida la resistencia que forma el agua en la superficie del cuerpo humano, mejorando así el rendimiento del deportista y convirtiéndose en un tema muy controvertido.

Los iones de litio viajan de un lado a otro entre los polos positivo y negativo, al igual que nadan en una "piscina" compuesta de electrolitos y cajas de baterías. La conductividad iónica de los electrolitos es la misma que la resistencia del agua, lo que tiene un efecto muy importante en la velocidad de nado de iones de litio. En la actualidad, los electrolitos orgánicos utilizados en las baterías de iones de litio, ya sean electrolitos líquidos o electrolitos sólidos. , no han tenido alta conductividad iónica. La resistencia de los electrolitos se convierte en una parte importante de la resistencia de la batería, y no se puede ignorar la influencia en el rendimiento de gran aumento de las baterías de iones de litio.

Además de mejorar la conductividad iónica de los electrolitos, también debemos prestar atención a la estabilidad química y térmica de los electrolitos. Cuando se carga y descarga el gran aumento, la ventana electroquímica de la batería cambia en un rango muy amplio. Si la estabilidad química del electrolito no es buena, es fácil de oxidar y descomponer en la superficie del material del cátodo, lo que afecta la conductividad iónica del electrolito. La estabilidad térmica del electrolito tiene una gran influencia en la seguridad y la vida útil de reciclaje de la batería de iones de litio, porque el electrolito genera una gran cantidad de gas cuando se descompone térmicamente. Por un lado, representa un peligro oculto para la seguridad de la batería y, por otro lado, algunos gases se encuentran en la superficie negativa. La membrana SEI tiene un efecto destructivo. Afecta su rendimiento ciclista.

Por lo tanto, seleccionar electrolitos con alta conductividad, buena estabilidad química y estabilidad térmica, y combinarlos con los materiales de los electrodos es una dirección importante para mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio.

3. Reducir la resistencia interna de la batería

Esto implica la interfaz entre varias sustancias diferentes y sustancias, que forman valores de resistencia, pero todas tienen un impacto en la conducción de iones / electrones.

Generalmente, los agentes conductores se agregan dentro de las sustancias activas polares positivas, lo que reduce la resistencia de contacto entre las sustancias activas, las sustancias activas y los fluidos básicos / colectores positivos, mejorando la conductividad (conductividad iónica y electrónica) de los materiales polares positivos y mejorando el rendimiento de la velocidad. Diferentes materiales de diferentes formas de agentes conductores tendrán un impacto en la resistencia interna de la batería y luego afectarán su desempeño de ploidía.

El fluido colector positivo y negativo (oído polar) es el portador de la transferencia de energía eléctrica entre la batería de iones de litio y el mundo exterior. El valor de resistencia del líquido colector también tiene una gran influencia en el rendimiento multiplicador de la batería. Por lo tanto, al cambiar el material, el tamaño, el método de extracción y el proceso de conexión del fluido fijado, se puede mejorar el rendimiento de duplicación y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.

El grado de infiltración de electrolitos y materiales de los electrodos negativos afectará la resistencia de contacto en la interfaz entre los electrolitos y los electrodos, afectando así el rendimiento de la batería. La cantidad total de electrolitos, viscosidad, contenido de impurezas, porosidad de los materiales de los electrodos positivos y negativos, etc., cambiará la impedancia de contacto de los electrolitos y electrodos, que es una importante dirección de investigación para mejorar el rendimiento de la ampliación.

Durante el primer ciclo de las baterías de iones de litio, a medida que los iones de litio se incrustan en el electrodo negativo, se forma una capa de membrana de electrolito sólido (SEI) en el electrodo negativo. Aunque la membrana SEI tiene una buena conductividad iónica, todavía tiene cierto efecto sobre la difusión de iones de litio. Efecto obstructivo, especialmente cuando se carga y descarga la tasa alta. Con el aumento del número de ciclos, la membrana SEI continuará cayéndose, despegándose y depositándose en la superficie negativa, dando como resultado un aumento gradual de la resistencia interna del electrodo negativo, que se ha convertido en un factor que afecta la rendimiento de la tasa de duplicación del ciclo. Por lo tanto, controlar el cambio de la membrana SEI también puede mejorar el rendimiento de duplicación de las baterías de iones de litio durante el ciclo a largo plazo.

Además, la tasa de absorción de líquido y la porosidad del separador también tienen una gran influencia en el paso de los iones de litio y también afectan el rendimiento de la tasa (relativamente pequeña) de la batería de iones de litio hasta cierto punto.

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