Litiy ionli batareyalarning tez zaryadlash qobiliyatiga ta'sir qiluvchi omillar-
Har bir lityum batareya turli holat parametrlari va atrof-muhit parametrlari ostida optimal zaryadlovchi oqim qiymatiga ega. Keyinchalik, batareya tuzilishi nuqtai nazaridan, ushbu optimal zaryadlash qiymatiga ta'sir qiluvchi omillar qanday.
Zaryadlashning mikroskopik jarayoni
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.
Batareyaning tuzilishi, elektrokimyoviy yoki jismoniy bo'ladimi, ion va elektron operatsiya davomida zaryad o'tkazilishiga ta'sir qiladi, bu tez zaryadlash ishiga ta'sir qiladi.
Tez zaryadlash, batareyaning har bir qismi uchun talablar
Batareyalar uchun, agar siz quvvat ish faoliyatini yaxshilashni istasangiz, batareyaning barcha jihatlarida, jumladan, ijobiy elektrodlar, salbiy elektrodlar, elektrolitlar, diafragmalar va strukturaviy dizaynda qattiq ishlashingiz kerak.
musbat elektrod
Darhaqiqat, deyarli barcha turdagi katodli materiallardan{0}}tez zaryadlanuvchi batareyalar yaratish uchun foydalanish mumkin. Kafolatlanishi kerak bo'lgan asosiy ko'rsatkichlar orasida o'tkazuvchanlik (ichki qarshilikni kamaytirish), diffuziya (kafolat reaksiya kinetikasi), ishlash muddati (tushuntirishning hojati yo'q), xavfsizlik (tushuntirishga hojat yo'q), tegishli ishlov berish ko'rsatkichlari (o'ziga xos sirt maydoni bo'lmasligi kerak) nojo'ya reaktsiyalarni kamaytirish va xavfsizlikka xizmat qilish uchun juda katta).
Albatta, har bir aniq material uchun hal qilinishi kerak bo'lgan muammolar har xil bo'lishi mumkin, ammo bizning umumiy katod materiallari bir qator optimallashtirish orqali ushbu talablarga javob berishi mumkin, ammo turli materiallar ham farq qiladi:
A. Lityum temir fosfat elektr o'tkazuvchanligi va past harorat muammolarini hal qilishga ko'proq e'tibor qaratishi mumkin. Uglerod qoplamasi, moʻʼtadil nano{0}}izlanish (esda tutingki, u moʻtadil, aniqroq oddiy mantiq emas, balki nozikroq mantiq yaxshiroq) va zarrachalar yuzasida ion oʻtkazgichlarini hosil qilish eng tipik strategiyalardir.
B. Uchlamchi materialning elektr o'tkazuvchanligi nisbatan yaxshi, lekin uning reaktivligi juda yuqori, shuning uchun uchlik material kamdan-kam hollarda nano-o'lchamga ega (nano-kimyoviy moddani yaxshilash uchun antidot emas. moddiy ishlash, ayniqsa, batareyalar sohasida.. Ba'zan juda ko'p salbiy ta'sir bor) va ko'proq e'tibor xavfsizlik va yon reaktsiyalar (elektrolitlar bilan) inhibisyon qaratilmoqda, axir, joriy uchlik materiallari asosiy nuqtalaridan biri. xavfsizlikdir va so'nggi paytlarda tez-tez sodir bo'layotgan batareya xavfsizligi avariyalari ham shu nuqtai nazardan. yuqoriroq talablarni ilgari suradi.
C. Lityum manganat hayotga ko'proq e'tibor beradi. Hozirgi vaqtda bozorda ko'plab lityum manganat seriyali tez{0}}zaryadlanuvchi batareyalar mavjud.
salbiy elektrod
Lityum{0}}ion batareya zaryadlanganda litiy manfiy elektrodga oʻtadi. Tez zaryadlashning yuqori oqimi tomonidan olib kelingan yuqori potentsial salbiy elektrod potentsialining salbiyroq bo'lishiga olib keladi. Bu vaqtda lityumni tezda qabul qilish uchun salbiy elektrodning bosimi oshadi va lityum dendritlarni hosil qilish tendentsiyasi kuchayadi. Shuning uchun, salbiy elektrod tez zaryadlash vaqtida faqat lityum diffuziya talablariga javob bermasligi kerak Shuning uchun tez zaryadlovchi hujayralarning asosiy texnik qiyinligi aslida lityum ionlarini salbiy elektrodga kiritishdir.
A. Hozirgi vaqtda bozorda hukmron salbiy elektrod materiali hali ham grafit (bozor ulushining taxminan 90 foizini tashkil qiladi). Arzon bo'lishining boshqa asosiy sababi - yo'q va grafitning keng qamrovli qayta ishlash ko'rsatkichlari va energiya zichligi nisbatan yaxshi va kamchiliklari nisbatan kam. . Albatta, grafit salbiy elektrod ham muammolarga ega. Uning yuzasi elektrolitga sezgir va lityumning interkalatsiya reaktsiyasi kuchli yo'nalishga ega. Shuning uchun, asosan, uning strukturaviy barqarorligini yaxshilash va substratda lityum ionlarining tarqalishini rag'batlantirish uchun grafit sirtini tozalashni amalga oshirish kerak. yo'nalishi.
B. So'nggi yillarda qattiq uglerod va yumshoq uglerod materiallari ham juda ko'p rivojlangan: qattiq uglerod materiallari yuqori lityum interkalatsiya potentsialiga ega va materialda mikroporlar mavjud, shuning uchun reaktsiya kinetikasi yaxshi; yumshoq uglerod materiallari elektrolitlar bilan yaxshi muvofiqligi bilan birga, MCMB Material ham juda vakildir, lekin qattiq va yumshoq uglerodli materiallarning samaradorligi odatda past va narxi yuqori (va sanoat nuqtai nazaridan bu juda umidli emas. grafit kabi arzon), shuning uchun joriy iste'mol grafitnikiga qaraganda ancha past va u batareyada ba'zi maxsus qurilmalarda ko'proq ishlatiladi.
C. Lityum titanat haqida nima deyish mumkin? Oddiy qilib aytganda: lityum titanatning afzalliklari yuqori quvvat zichligi va xavfsizligi va kamchiliklari ham aniq, energiya zichligi juda past va Wh tomonidan hisoblangan xarajat juda yuqori. Shu sababli, lityum titanat batareyasining nuqtai nazari ma'lum holatlarda afzalliklarga ega bo'lgan foydali texnologiyadir, ammo u xarajat va sayohat oralig'ida yuqori talablarga ega bo'lgan ko'p holatlar uchun mos emas.
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
Quvvatli batareyalar uchun yuqori oqim ishlashi ularning xavfsizligi va ishlash muddati uchun yuqori talablarni ta'minlaydi. Ajratuvchi qoplama texnologiyasidan qochib bo'lmaydi. Keramika{0}}qoplangan separatorlar yuqori xavfsizligi va elektrolitlar tarkibidagi aralashmalarni iste'mol qilish qobiliyati tufayli, ayniqsa, uchlik batareyalar xavfsizligini yaxshilash uchun tezda chetga surilmoqda.
Hozirgi vaqtda keramik diafragmalar uchun ishlatiladigan asosiy tizim an'anaviy diafragmalarning sirtini alumina zarralari bilan qoplashdir. Nisbatan yangi yondashuv qattiq elektrolit tolalarini diafragma bilan qoplashdir. Bunday diafragmalarning ichki qarshiligi pastroq va diafragma uchun yaxshi mexanik yordam mavjud. Zo'r va xizmat paytida diafragma teshiklarini to'sib qo'yish tendentsiyasi pastroq.
Qoplangan diafragma yaxshi barqarorlikka ega. Harorat nisbatan yuqori bo'lsa ham, qisqa tutashuvga olib keladigan qisqarish va deformatsiya qilish oson emas. Tsinghua universiteti Materiallar maktabi akademik Nan Cewen tadqiqot guruhi tomonidan texnik jihatdan qo'llab-quvvatlanadigan Jiangsu Qingtao Energy kompaniyasi bu borada ba'zi vakillik mahsulotlariga ega. Ishlash.
Elektrolit
Elektrolit tez zaryadlanuvchi litiy-batareyalarning -zaryadlanishiga katta ta'sir ko'rsatadi. Tez zaryadlangan va yuqori oqim ostida batareyaning barqarorligi va xavfsizligini ta'minlash uchun elektrolitlar quyidagi xususiyatlarga javob berishi kerak: A) uni parchalab bo'lmaydi, B) o'tkazuvchanligi yuqori bo'lishi kerak va C) ijobiy va salbiy ta'sirga inert bo'lishi kerak. moddalar, va reaksiyaga kirisha olmaydi yoki erimaydi.
Agar ushbu talablar bajarilishi kerak bo'lsa, asosiy narsa qo'shimchalar va funktsional elektrolitlardan foydalanishdir. Masalan, uchlik tez zaryadlanuvchi batareyalar xavfsizligiga katta ta'sir ko'rsatadi va uning xavfsizligini ma'lum darajada yaxshilash uchun unga yuqori haroratga chidamlilik, olovga chidamli va haddan tashqari zaryadga qarshi-qo'shimchalar qo'shilishi kerak. . Litiy titanat batareyalarining-uzoqdan beri davom etayotgan muammosi, yuqori haroratli gaz hosil bo'lishi ham yuqori haroratli funktsional elektrolitlar yordamida yaxshilanishi kerak.
batareya tuzilishi dizayni
Oddiy optimallashtirish strategiyasi stacked VS o'rashdir. Yig'ilgan batareyaning elektrodlari parallel aloqaga teng, o'rash turi esa ketma-ket ulanishga teng. Shuning uchun, birinchisining ichki qarshiligi ancha kichikroq va u quvvat turiga ko'proq mos keladi. fursat.
Bundan tashqari, siz ichki qarshilik va issiqlik tarqalishi muammolarini hal qilish uchun yorliqlar soni bo'yicha ham qattiq ishlashingiz mumkin. Bundan tashqari, yuqori{0}}o'tkazuvchanlik elektrod materiallaridan foydalanish, ko'proq o'tkazuvchan moddalardan foydalanish va ingichka elektrodlarni qoplash ham mumkin bo'lgan strategiyalardir.
Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, batareya ichidagi zaryad harakatiga va interkalatsiyalangan elektrod teshiklarining tezligiga ta'sir qiluvchi omillar lityum batareyalarning tez zaryadlash qobiliyatiga ta'sir qiladi.
Tez zaryadlash texnologiyasining kelajagi
Elektr transport vositalarining tez zaryadlash texnologiyasi tarixiy yo'nalishmi yoki skovorodkada chaqnashmi, aslida turli xil fikrlar mavjud va hech qanday xulosa yo'q. Anksiyete diapazonining muqobil yechimi sifatida u batareya quvvati zichligi va avtomobilning umumiy narxiga ega platformada ko'rib chiqiladi.
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.
Tez zaryadlash texnologiyasini keng miqyosda targ'ib qilish mumkinmi, energiya zichligi va tez zaryadlash texnologiyasida kim tezroq rivojlanadi va ikkita texnologiyadan qaysi biri xarajatlarni kamaytiradi, uning kelajagida hal qiluvchi rol o'ynashi mumkin.
