Pil şarjını etkileyen faktörler nelerdir?

Lityum piller "sallanan sandalye tipi" piller olarak adlandırılır. Yüklü iyonlar, yük transferini gerçekleştirmek, harici devrelere güç sağlamak veya harici güç kaynaklarından şarj etmek için pozitif ve negatif elektrotlar arasında hareket eder.
Özel şarj işlemi sırasında, harici voltaj, pilin iki kutbuna uygulanır, lityum iyonları, pozitif elektrot malzemesinden ayrılır, elektrolite girer ve aynı zamanda, pozitif akım toplayıcısından geçmek üzere fazla elektronlar üretilir. ve harici bir devre aracılığıyla negatif elektrota geçin; lityum iyonları elektrolittir. Pozitif elektrot negatif elektrota doğru hareket eder ve negatif elektrota ulaşmak için ayırıcıdan geçer; Negatif elektrotun yüzeyinden geçen SEI filmi negatif grafit tabakalı yapıya gömülmüş ve elektrona bağlanmıştır.
Tüm iyon ve elektron operasyonu sırasında, ister elektrokimyasal ister fiziksel olsun, yük transferini etkileyen batarya yapısı, hızlı şarj performansı üzerinde bir etkiye sahip olacaktır.
Bataryanın çeşitli parçaları için hızlı şarj gereksinimleri
Batarya için, güç performansını arttırmak istiyorsanız, pozitif elektrot, negatif elektrot, elektrolit, diyafram ve yapısal tasarım dahil olmak üzere bataryanın tüm yönlerinde çok sıkı çalışmanız gerekir.

pozitif elektrot
Aslında, hemen hemen her türlü katot malzemeleri, hızlı doldurulabilen piller yapmak için kullanılabilir. Garanti edilmesi gereken ana performanslar, iletkenliği (iç direncin azalması), difüzyonu (garantili reaksiyon kinetikleri), uzun ömürlü (açıklamaya gerek yoktur) ve güvenliği (gerekli değildir) içerir. Açıklamak), uygun işlem performansı (belirli yüzey alanı çok büyük olamaz, yan reaksiyonları azaltır, güvenlik hizmetleri için).
Elbette, her bir spesifik malzeme için çözülecek sorunlar değişebilir, ancak ortak katot materyallerimiz bir dizi optimizasyonla optimize edilebilir, ancak farklı malzemeler de farklıdır:
A. Lityum demir fosfat, iletkenlik ve düşük sıcaklık problemlerini çözmeye odaklanabilir. Karbon kaplama, ılımlı nanokristalizasyon (orta derecede, kesinlikle basit mantık kadar ince değildir), parçacıkların yüzeyindeki iyonik iletkenlerin oluşumu en tipik stratejidir.
B, üçüncül malzemenin kendisi iyi bir iletkenliğe sahiptir, ancak reaktivitesi çok yüksektir, bu nedenle üçüncül materyalin çok az nanokristalizasyon çalışması vardır (nanokristalizasyon, özellikle piller alanında metalürjik malzemenin performansının iyileştirilmesi için bir antidot değildir. sistemde birçok reaksiyona neden olur Güvenlik ve inhibisyon (ve elektrolit) yan etkilerine daha fazla dikkat edilir.Genel olarak üçüncül malzemelerin temel amacı güvenliktir.Yaklaşık akü güvenliği kazaları da sık görülür.
C, lityum manganat yaşam için daha önemlidir, piyasada bir çok hızlı lityum manganat pili vardır.
negatif elektrot
Lityum iyon pil şarj olduğunda, lityum negatif elektrota geçer. Hızlı şarj ve yüksek akımın neden olduğu aşırı yüksek potansiyel, negatif elektrot potansiyelinin daha olumsuz olmasına neden olacaktır. Şu anda, negatif elektrotun lityumu hızla kabul etmesi daha büyük hale gelecektir ve lityum dendritleri oluşturma eğilimi daha büyük olacaktır. Bu nedenle, negatif elektrot sadece hızlı şarj sırasında lityum difüzyonunu karşılamalıdır. Kinetik gereklilikler, ama aynı zamanda lityum dendrit oluşumunun artan eğiliminin neden olduğu güvenlik problemlerini çözmek için, hızlı şarj çekirdeğinin ana teknik zorluğu, negatif elektrotta lityum iyonlarının eklenmesidir.
A. Halihazırda, piyasadaki baskın anot malzemesi hala grafittir (pazar payının yaklaşık% 90'ını oluşturmaktadır), temel neden hiçbiri - ucuzdur ve kapsamlı işleme performansı ve grafitin enerji yoğunluğu mükemmeldir ve Dezavantajlar nispeten azdır. . Tabii ki, grafit anotların da problemleri var. Yüzey elektrolitlere duyarlıdır ve lityum interkalasyon reaksiyonu güçlü bir yöne sahiptir. Bu nedenle, esas olarak grafit yüzey işleminin gerçekleştirilmesi, yapısal stabilitesinin geliştirilmesi ve substrat üzerindeki lityum iyonlarının difüzyonunun arttırılması için çok çalışmak gereklidir. Yön.
B. Son yıllarda sert karbon ve yumuşak karbon malzemeler de gelişmiştir: sert karbon malzemeler yüksek lityum ekleme potansiyeline, materyallerde mikro gözeneklere ve iyi reaksiyon kinetiğine sahiptir; ve yumuşak karbon malzemeler elektrolitler, MCMB ile iyi bir uyumluluğa sahiptir. Malzemeler de çok temsilidir, ancak sert ve yumuşak karbon malzemeler genellikle düşük verimlilikte ve maliyet bakımından yüksektir (ve grafitin endüstriyel bir noktadan umduğum kadar ucuz olduğunu düşünün) görünüm), bu nedenle miktar grafitden çok daha az ve bazı uzmanlıklarda daha fazla kullanılır. Bataryada.
C, lityum titanat nasıl olur? Basitçe söylemek gerekirse: lityum titanat, yüksek güç yoğunluğu, daha güvenli ve belirgin dezavantajların avantajlarına sahiptir. Enerji yoğunluğu çok düşüktür ve Wh'a göre hesaplama maliyeti yüksektir. Bu nedenle, lityum titanat pilin bakış açısı, belirli durumlarda avantaj sağlayan yararlı bir teknolojidir, ancak maliyet ve seyir aralığının yüksek olduğu birçok durumda uygun değildir.
D, silikon anot malzemesi önemli bir gelişme yönündedir, Panasonic'in yeni 18650 bataryası bu malzemeler için ticari işlem başlatmıştır. Ancak nanoteknolojideki performansın takibi ile batarya endüstrisinin malzeme için genel mikron skalası gereklilikleri arasında bir denge kurmak hala zor bir iştir.

Diyafram
Güç pilleri için, yüksek akım çalışması güvenlik ve uzun ömür için daha yüksek gereksinimler sağlar. Diyafram kaplama teknolojisi ayrılmazdır. Seramik kaplı membranlar, yüksek güvenlikleri ve elektrolit içindeki safsızlıkları tüketme yetenekleri nedeniyle hızla itilmektedir. Özellikle üçlü akülerin güvenliği için, güvenlik etkisi özellikle dikkat çekicidir.
Günümüzde seramik diyaframlarda kullanılan ana sistem, alümina partiküllerini geleneksel diyaframların yüzeyinde kaplamaktır. Nispeten yeni bir yaklaşım, katı elektrolit fiberleri zar üzerinde kaplamaktır. Bu membranlar, membran için daha düşük iç dirence ve mekanik desteğe sahiptir. Mükemmel ve servis sırasında diyafram deliğini engelleme eğilimi daha düşüktür.
Kaplamadan sonra, ayırıcı iyi bir stabiliteye sahiptir. Sıcaklık nispeten yüksek olsa bile, kısa devre ile sonuçlanacak şekilde küçültmek ve deforme etmek kolay değildir. Jiangsu Qingtao Energy Co, Ltd, Tsinghua Üniversitesi Malzeme Fakültesi Akademik Araştırmacısının teknik desteği, bu konuda bazı temsili yönleri vardır. Çalışma, diyafram aşağıda gösterilmiştir.
Elektrolit
Elektrolit hızlı şarjlı bir lityum iyon pilin performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Hızlı şarj ve yüksek akım altında akünün kararlılığını ve güvenliğini sağlamak için, elektrolit aşağıdaki özellikleri karşılamalıdır: A) ayrıştırılamaz, B) iletkenlik yüksektir, C) pozitif ve negatif malzemelere karşı etkindir, Tepki vermeyin veya çözünmeyin.
Bu gereksinimlerin karşılanması gerekirse, anahtar katkı maddeleri ve fonksiyonel elektrolitler kullanmaktır. Örneğin, üçlü hızlı şarjlı pillerin güvenliği büyük ölçüde bundan etkilenir. Bunları belirli bir dereceye kadar korumak için çeşitli anti-yüksek sıcaklık, alev geciktirici ve aşırı şarjlı olmayan katkı maddeleri eklemek gerekir. Eski lityum titanat pilinin problemi, yüksek sıcaklıkta gazlaştırma, aynı zamanda yüksek sıcaklıkta işlevsel elektrolite bağlıdır.
Pil yapısı tasarımı
Tipik bir optimizasyon stratejisi yığılmış VS sarım tipidir. Lamine bataryanın elektrotları paralel bir ilişkiye eşdeğerdir ve sarım tipi seri bağlantıya eşdeğerdir. Bu nedenle, birincinin iç direnci çok daha küçüktür ve güç tipi için daha uygundur. fırsat.
Ayrıca, iç direnç ve ısı dağılımı problemlerini çözmek için kutup sayısı üzerinde çok çalışabilirsiniz. Ayrıca, yüksek iletkenlikteki elektrot malzemelerinin kullanımı, daha iletken maddelerin kullanılması ve daha ince elektrotların kaplanması da düşünülebilecek stratejilerdir.
Kısacası, bataryanın dahili yük hareketini etkileyen faktörler ve elektrot boşluğunu gömme oranı, lityum pilin hızlı şarj kabiliyetini etkileyecektir.

中国储能网讯:锂电池被称为“摇椅型”电池,带电离子在正负极之间运动,实现电荷转移,给外部电路供电或者从外部电源充电.

具体的充电过程中,外电压加载在电池的两极,锂离子从正极材料中脱嵌,进入电解液中,同时产生多余电子通过正极集流体,经外部电路向负极运动;锂离子在电解液中从正极向负极运动,穿过隔膜到达负极;经过负极表面的SEI膜嵌入到负极石墨层状结构中,与电子结合并.

在整个离子和电子的运行过程中,对电荷转移产生影响的电池结构,无论电化学的还是物理的,都将对快速充电性能产生影响.

快充对电池各部分的要求

对于电池来说,如果要提升功率性能,需要在电池整体的各个环节中都下功夫,主要包括正极,负极,电解液,隔膜和结构设计等.

正极

实际上,各种正极材料几乎都可以用来制造快充型电池,主要需要保证的性能包括电导(减少内阻),扩散(保证反应动力学),寿命(不需要解释),安全(不需要解释),适当的加工性能(比表面积不可太大,减少副反应,为)服务安全.

当然,对于每种具体材料要解决的问题可能有所差异,但是我们一般常见的正极材料都可以通过一系列的优化来满足这些要求,但是不同材料也有所区别:

A,磷酸铁锂可能更侧重于解决电导,低温方面的问题.进行碳包覆,适度纳米化(注意,是适度,绝对不是越细越好的简单逻辑),在颗粒表面处理形成离子导体都是最为典型的策略.

B,三元材料本身电导已经比较好,但是其反应活性太高,因此三元材料少有进行纳米化的工作(纳米化可不是什么万金油式的材料性能提升的解药,尤其是在电池领域中有时还有好多反作用),更多在注重安全性和抑制(与电解液的)副反应,毕竟目前三元材料的一大命门就在于安全,近来的电池安全事故频发也对此方面提出了更高的要求.

Cı,锰酸锂是则对于寿命更为看重,目前市面上也有不少锰酸锂系的快充电池.

负极

锂离子电池充电的时候,锂向负极迁移.而快充大电流带来的过高电位会导致负极电位更负,此时负极迅速接纳锂的压力会变大,生成锂枝晶的倾向会变大,因此快充时负极不仅要满足锂扩散的动力学要求,更要解决锂枝晶生成倾向加剧带来的安全性问题,所以快充电芯实际上主要的技术难点为锂离子在负极的嵌入.

A,目前市场上占有统治地位的负极材料仍然是石墨(占市场份额的% 90左右),根本原因无他-便宜,以及石墨综合的加工性能,能量密度方面都比较优秀,缺点相对较少.石墨负极当然也有问题,其表面对于电解液较为敏感,锂的嵌入反应带有强的方向性,因此进行石墨表面处理,提高其结构稳定性,促进锂离子在基上的扩散是主要需要努力的方向.

B,硬碳和软碳类材料近年来也有不少的发展:硬碳材料嵌锂电位高,材料中有微孔因此反应动力学性能良好;而软碳材料与电解液相容性好, MCMB材料也很有代表性,只是硬软碳材料普遍效率偏低,成本较高(而且想像石墨一样便宜恐怕从工业角度上看希望不大),因此目前用量远不及石墨,更多用在一些特种电池上.

C钛酸锂如何简单说一下:?.钛酸锂的优点是功率密度高,较安全,缺点也明显,能量密度很低,按Wh计算成本很高因此对于钛酸锂电池的观点是一种有用的在特定场合下有优势的技术,但是对于很多对成本,续航里程要求较高的场合并不太适用.

D硅负极材料是重要的发展方向,松下的新型18650电池已经开始了对此类材料的商用进程.但是如何在纳米化追求性能与电池工业对于材料的一般微米级的要求方面达到一个平衡,仍是比较有挑战性的工作.

隔膜

对于功率型电池,大电流工作对其安全,寿命上提供了更高的要求.隔膜涂层技术是绕不开的,陶瓷涂层隔膜因为其高安全,可以消耗电解液中杂质等特性正在迅速推开,尤其对于三元电池安全性的提升效果格外显著.

陶瓷隔膜目前主要使用的体系是把氧化铝颗粒涂布在传统隔膜表面,比较新颖的做法是将固态电解质纤维涂在隔膜上,这样的隔膜的内阻更低,纤维对于隔膜的力学支撑效果更优,而且在服役过程中其堵塞隔膜孔的倾向更低.

涂层以后的隔膜,稳定性好,即使温度比较高,也不容易收缩变形导致短路,清华大学材料学院南策文院士课题组技术支持的江苏清陶能源公司在此方面就有一些代表性的工作,隔膜如下图所示.

电解液

电解液对于快充锂离子电池的性能影响很大要保证电池在快充大电流下的稳定和安全性,此时电解液要满足以下几个特性. A)不能分解, B)导电率要高, C),对正负极材料是惰性的,不能反应或溶解.

要达到这几个要求,关键要用到添加剂和功能电解质.比如三元快充电池的安全受其影响很大,必须向其中加入各种抗高温类,阻燃类,防过充电类的如果添加剂保护,才能一定程度上提高其安全性.也得靠高温功能型电解液改善,胀气高温,钛酸锂电池的老大难问题而.

电池结构设计

典型的一个优化策略就是叠层式VS卷绕式,叠层式电池的电极之间相当于是并联关系,卷绕式则相当于是串联,因此前者内阻要小的多,更适合用于功率型场合.

另外也可以在极耳数目上下功夫,解决内阻和散热问题.此外使用高电导的电极材料,使用更多的导电剂,涂布更薄的电极也都是可以考虑的策略.

总之,影响电池内部电荷移动和嵌入电极孔穴速率的因素,都会影响锂电池快速充电能力.