Faktor yang mempengaruhi kemampuan pengisian cepat baterai lithium-ion
Setiap baterai lithium memiliki nilai arus pengisian yang optimal di bawah parameter keadaan dan parameter lingkungan yang berbeda. Lalu, dari segi struktur baterai, faktor apa saja yang mempengaruhi nilai pengisian yang optimal ini.
Proses pengisian mikroskopis
Lithium batteries are known as "rocking chair" batteries, in which charged ions move between positive and negative electrodes to transfer charges to power external circuits or charge from an external power source. In the specific charging process, the external voltage is applied to the two poles of the battery, and the lithium ions are deintercalated from the positive electrode material and enter the electrolyte. At the same time, excess electrons are generated through the positive electrode current collector and move to the negative electrode through the external circuit; lithium ions are in the electrolyte. It moves from the positive electrode to the negative electrode, and passes through the separator to the negative electrode; the SEI film passing through the surface of the negative electrode is embedded in the graphite layered structure of the negative electrode and combines with electrons.
Struktur baterai, baik elektrokimia atau fisik, yang mempengaruhi transfer muatan selama operasi ionik dan elektronik akan berdampak pada kinerja pengisian cepat.
Pengisian cepat, persyaratan untuk setiap bagian baterai
Untuk baterai, jika Anda ingin meningkatkan kinerja daya, Anda harus bekerja keras di semua aspek baterai secara keseluruhan, termasuk elektroda positif, elektroda negatif, elektrolit, diafragma, dan desain struktural.
elektroda positif
Faktanya, hampir semua jenis bahan katoda dapat digunakan untuk membuat-isi baterai yang cepat. Kinerja utama yang perlu dijamin meliputi konduktansi (mengurangi resistansi internal), difusi (menjamin kinetika reaksi), kehidupan (tidak perlu dijelaskan), keamanan (tidak perlu Penjelasan), kinerja pemrosesan yang sesuai (luas permukaan spesifik tidak boleh terlalu besar untuk mengurangi reaksi samping dan memberikan keamanan).
Tentu saja, masalah yang harus dipecahkan untuk setiap bahan tertentu mungkin berbeda, tetapi bahan katoda umum kami dapat memenuhi persyaratan ini melalui serangkaian optimasi, tetapi bahan yang berbeda juga berbeda:
A. Lithium iron phosphate mungkin lebih fokus pada pemecahan masalah konduktivitas listrik dan suhu rendah. Lapisan karbon, nano-ization moderat (perhatikan bahwa itu moderat, jelas bukan logika sederhana yang lebih halus lebih baik), dan pembentukan konduktor ionik pada permukaan partikel adalah strategi yang paling umum.
B. Konduktivitas listrik bahan terner itu sendiri relatif baik, tetapi reaktivitasnya terlalu tinggi, sehingga bahan terner jarang berukuran nano-kimia (nano-kimia bukan penangkal untuk perbaikan kinerja material, terutama di bidang baterai. Terkadang ada banyak efek samping), dan lebih banyak perhatian diberikan pada keamanan dan penghambatan reaksi samping (dengan elektrolit), bagaimanapun juga, salah satu poin kunci dari bahan terner saat ini adalah keselamatan, dan kecelakaan keselamatan baterai yang sering terjadi baru-baru ini juga dalam hal ini. mengajukan persyaratan yang lebih tinggi.
C. Lithium manganate lebih memperhatikan kehidupan. Saat ini, ada banyak seri lithium manganat-pengisian baterai cepat di pasaran.
elektroda negatif
Saat baterai lithium-ion diisi, litium bermigrasi ke elektroda negatif. Tingginya potensial yang dibawa oleh arus fast charging yang tinggi akan menyebabkan potensial elektroda negatif menjadi lebih negatif. Pada saat ini, tekanan elektroda negatif untuk menerima lithium dengan cepat akan meningkat, dan kecenderungan untuk menghasilkan dendrit lithium akan meningkat. Oleh karena itu, elektroda negatif tidak hanya harus memenuhi persyaratan difusi litium selama pengisian cepat. Oleh karena itu, kesulitan teknis utama sel pengisian cepat sebenarnya adalah penyisipan ion litium ke dalam elektroda negatif.
A. Saat ini, bahan elektroda negatif yang dominan di pasar masih grafit (menyumbang sekitar 90 persen dari pangsa pasar). Tidak ada alasan mendasar lainnya - murah, dan kinerja pemrosesan yang komprehensif dan kepadatan energi grafit relatif baik, dan kekurangannya relatif sedikit. . Tentu saja, elektroda negatif grafit juga memiliki masalah. Permukaannya sensitif terhadap elektrolit, dan reaksi interkalasi lithium memiliki arah yang kuat. Oleh karena itu, sangat penting untuk melakukan perawatan permukaan grafit untuk meningkatkan stabilitas strukturalnya dan meningkatkan difusi ion litium pada substrat. arah.
B. Bahan karbon keras dan karbon lunak juga telah banyak berkembang dalam beberapa tahun terakhir: bahan karbon keras memiliki potensi interkalasi lithium yang tinggi, dan ada mikropori dalam bahan tersebut, sehingga kinetika reaksinya bagus; sementara bahan karbon lunak memiliki kompatibilitas yang baik dengan elektrolit, MCMB Bahannya juga sangat representatif, tetapi efisiensi bahan karbon keras dan lunak umumnya rendah dan biayanya tinggi (dan tidak terlalu diharapkan dari sudut pandang industri untuk menjadi semurah grafit), sehingga konsumsi saat ini jauh lebih sedikit daripada grafit, dan lebih banyak digunakan di beberapa khusus pada baterai.
C. Bagaimana dengan lithium titanate? Sederhananya: keuntungan dari lithium titanate adalah kepadatan dan keamanan daya yang tinggi, dan kerugiannya juga jelas, kepadatan energinya sangat rendah, dan biaya yang dihitung oleh Wh sangat tinggi. Oleh karena itu, dari sudut pandang baterai lithium titanate adalah teknologi yang berguna dengan keunggulan pada kesempatan tertentu, tetapi tidak cocok untuk banyak kesempatan dengan persyaratan biaya dan daya jelajah yang tinggi.
D. Silicon anode material is an important development direction. Panasonic's new 18650 battery has begun the commercial process of such materials. However, how to achieve a balance between the performance pursued by nanotechnology and the general micron-scale requirements of the battery industry for materials is still a challenging task.
diafragma
Untuk baterai daya, operasi arus tinggi memberikan persyaratan yang lebih tinggi untuk keselamatan dan masa pakainya. Teknologi pelapisan pemisah tidak dapat dihindari. Pemisah berlapis-keramik dengan cepat disingkirkan karena keamanannya yang tinggi dan kemampuannya untuk mengonsumsi kotoran dalam elektrolit, terutama untuk peningkatan keamanan baterai terner.
Sistem utama yang saat ini digunakan untuk diafragma keramik adalah melapisi permukaan diafragma tradisional dengan partikel alumina. Pendekatan yang relatif baru adalah melapisi serat elektrolit padat pada diafragma. Diafragma semacam itu memiliki resistansi internal yang lebih rendah dan dukungan mekanis yang lebih baik untuk diafragma. Sangat baik, dan memiliki kecenderungan yang lebih rendah untuk memblokir pori-pori diafragma selama servis.
Diafragma yang dilapisi memiliki stabilitas yang baik. Bahkan jika suhunya relatif tinggi, tidak mudah menyusut dan berubah bentuk hingga menyebabkan korsleting. Perusahaan Energi Jiangsu Qingtao, yang secara teknis didukung oleh kelompok penelitian Akademisi Nan Cewen, Sekolah Bahan, Universitas Tsinghua, memiliki beberapa produk representatif dalam hal ini. Kerja.
Elektrolit
Elektrolit memiliki pengaruh besar pada kinerja baterai ion-pengisian litium-yang cepat. Untuk memastikan stabilitas dan keamanan baterai di bawah pengisian cepat dan arus tinggi, elektrolit harus memenuhi karakteristik berikut: A) tidak dapat terurai, B) konduktivitas harus tinggi, dan C) inert terhadap positif dan negatif bahan, dan tidak dapat bereaksi atau larut.
Jika persyaratan ini harus dipenuhi, kuncinya adalah menggunakan aditif dan elektrolit fungsional. Misalnya, keamanan baterai isi ulang cepat terner sangat dipengaruhi olehnya, dan berbagai aditif untuk ketahanan suhu tinggi, tahan api, dan anti-pengisian berlebih harus ditambahkan ke dalamnya, untuk meningkatkan keamanannya sampai batas tertentu. . Masalah lama-baterai lithium titanate, perut kembung suhu tinggi, juga harus diperbaiki dengan elektrolit fungsional suhu tinggi.
desain struktur baterai
Strategi pengoptimalan tipikal adalah stacked VS winding. Elektroda baterai yang ditumpuk setara dengan hubungan paralel, dan jenis belitannya setara dengan sambungan seri. Oleh karena itu, resistansi internal yang pertama jauh lebih kecil, dan lebih cocok untuk jenis daya. kesempatan.
Selain itu, Anda juga dapat bekerja keras pada jumlah tab untuk menyelesaikan masalah resistansi internal dan pembuangan panas. Selain itu, menggunakan-bahan elektroda konduktivitas tinggi, menggunakan lebih banyak bahan konduktif, dan lapisan elektroda yang lebih tipis juga merupakan strategi yang memungkinkan.
Kesimpulannya, faktor-faktor yang mempengaruhi pergerakan muatan di dalam baterai dan laju lubang elektroda yang diselingi akan mempengaruhi kemampuan pengisian cepat baterai lithium.
Masa depan teknologi pengisian cepat
Apakah teknologi pengisian cepat kendaraan listrik adalah arah sejarah atau kilatan dalam panci, pada kenyataannya, ada pendapat yang berbeda dan tidak ada kesimpulan. Sebagai solusi alternatif untuk berbagai kecemasan, ini dipertimbangkan pada platform dengan kepadatan energi baterai dan biaya kendaraan secara keseluruhan.
Energy density and fast charging performance, in the same battery, can be said to be incompatible in two directions, and cannot have both. The pursuit of battery energy density is currently the mainstream. When the energy density is high enough, a car has enough power to avoid the so-called "mileage anxiety", and the demand for battery rate charging performance will be reduced; at the same time, if the power is large, if the battery cost per kWh is not low enough, then whether it can be used Ding Kemao's purchase of electricity that is "not anxious" requires consumers to make a choice. Thinking about it this way, fast charging has the value of existence. Another angle is the cost of fast charging facilities, which is of course part of the cost of promoting electrification in the whole society.
Apakah teknologi pengisian cepat dapat dipromosikan dalam skala besar, yang berkembang lebih cepat dalam kepadatan energi dan teknologi pengisian cepat, dan mana dari dua teknologi yang mengurangi biaya, mungkin memainkan peran yang menentukan di masa depan.
