Wat zijn de factoren die affect de acculading?

Van de de Energieopslag van China het Netwerknieuws:

De lithiumbatterijen worden genoemd „schommelstoeltype“ batterijen. De geladen ionen bewegen zich tussen het positief en verbieden elektroden om lastenoverdracht te realiseren, om macht aan externe kringen of aan last uit externe krachtbronnen te leveren.
Tijdens het specifieke het laden proces, wordt het externe voltage toegepast op de twee polen van de batterij, zijn de lithiumionen deintercalated van het positieve elektrodenmateriaal, ingaan de elektrolyt, en tegelijkertijd, worden de bovenmatige elektronen geproduceerd om zich door de positieve huidige collector over te gaan, en aan de negatieve elektrode door een externe kring te bewegen; de lithiumionen zijn in de elektrolyt. De positieve elektrode is naar de negatieve elektrode op weg en gaat door de separator over om de negatieve elektrode te bereiken; de SEI-film die door de oppervlakte van de negatieve elektrode overgaat wordt ingebed in de negatieve grafiet gelaagde structuur en op het elektron ingebed.
Tijdens het volledige ion en de elektronenverrichting, zal de batterijstructuur die elektrochemisch of fysieke lastenoverdracht beïnvloedt, hetzij een invloed op snelle lastenprestaties hebben.
Snelle lasteneisen ten aanzien van diverse delen van de batterij
Voor de batterij, als u de machtsprestaties wilt verbeteren, moet u hard in alle aspecten van de batterij, met inbegrip van de positieve elektrode, negatieve elektrode, elektrolyt, diafragma en structureel ontwerp werken.

positieve elektrode
In feite, bijna allerlei kunnen kathodematerialen worden gebruikt om snel-vullingsbatterijen te maken. De belangrijkste die prestaties worden vereist om worden gewaarborgd omvatten geleidingsvermogen (vermindering van interne weerstand), verspreiding (gewaarborgd reactiekinetica), levensduur (geen behoefte te verklaren), en vereiste niet veiligheid (). Verklaar), juiste verwerkingsprestaties (de specifieke oppervlakte kan te groot zijn, geen zijreacties, voor de veiligheidsdiensten verminderen).
Natuurlijk, kunnen de problemen die voor elk specifiek materiaal moeten worden opgelost variëren, maar onze gemeenschappelijke kathodematerialen kunnen door een reeks optimalisering worden geoptimaliseerd, maar de verschillende materialen zijn ook verschillend:
A. het fosfaat van het lithiumijzer kan meer bij het oplossen van problemen van geleidingsvermogen en lage temperatuur worden geconcentreerd. De koolstofdeklaag, gematigde nanocrystallization (merk op dat het gematigd is, absoluut niet zo boete zoals de eenvoudige logica), de vorming van Ionische leiders op de oppervlakte van de deeltjes is de meest typische strategie.
B, het ternaire materiaal zelf heeft een goed geleidingsvermogen, maar zijn reactiviteit is te hoog, zodat heeft het ternaire materiaal weinig werk van nanocrystallization (nanocrystallization is geen tegengif aan de de prestatiesverbetering van het metallurgische materiaal, vooral op het gebied van batterijen. Er zijn soms vele reacties in het systeem. Meer aandacht wordt besteed aan veiligheid en remmings (en elektrolyt) bijwerkingen. Toch is het belangrijkste doel van ternaire materialen veiligheid. De recente ongevallen van de batterijveiligheid zijn ook frequent. Breng hogere vereisten naar voren.
C, lithiummanganaat is belangrijker voor het leven, zijn er heel wat snel-lastenbatterijen van lithiummanganaat op de markt.
negatieve elektrode
Wanneer de lithium ionenbatterij wordt geladen, migreert het lithium aan de negatieve elektrode. Bovenmatig - het grote potentieel door de snelle last en hoog de stroom wordt veroorzaakt zal het negatieve elektrodenpotentieel dat veroorzaken negatiever te zijn. Op dit ogenblik, zal de druk van de negatieve elektrode die snel lithium goedkeurt groter worden, en de tendens zal om lithiumdendrieten te produceren groter worden. Daarom moet de negatieve elektrode niet alleen de lithiumverspreiding tijdens snel het laden tevredenstellen. De kinetische vereisten, maar ook die de veiligheidsproblemen door de verhoogde tendens van de vorming van de lithiumdendriet worden veroorzaakt, zodat de belangrijkste technische moeilijkheid van de snelle het laden kern op te lossen is de toevoeging van lithiumionen in de negatieve elektrode.
A. momenteel, is het dominante anodemateriaal in de markt nog grafiet (boekhouding voor ongeveer 90% van het marktaandeel), is de worteloorzaak niets--goedkoop, en de uitvoerige van de verwerkingsprestaties en energie dichtheid van grafiet zijn uitstekend, en de nadelen zijn relatively few. Natuurlijk, hebben de grafietanoden ook problemen. De oppervlakte is gevoelig voor elektrolyten, en de reactie van de lithiuminlassing heeft sterke gerichtheid. Daarom is het hoofdzakelijk noodzakelijk hard werken om grafietoppervlaktebehandeling uit te voeren, zijn structurele stabiliteit te verbeteren, en de verspreiding van lithiumionen op het substraat te bevorderen. richting.
B. de harde koolstof en de zachte koolstofmaterialen hebben ook zich de laatste jaren ontwikkeld: de harde koolstofmaterialen hebben het hoge potentieel van de lithiumtoevoeging, micropores in de materialen, en goede reactiekinetica; en de zachte koolstofmaterialen hebben goede verenigbaarheid met elektrolyten, MCMB de materialen ook zeer representatief zijn, maar de harde en zachte koolstofmaterialen zijn over het algemeen laag in efficiency en hoog in kosten (en veronderstel dat het grafiet zo goedkoop is aangezien ik van een industrieel standpunt) hoop, zodat is het bedrag minder dan ver grafiet, en meer gebruikt in sommige specialiteiten. Op de batterij.
C, hoe over lithiumtitanaat? Om het eenvoudig te zetten: het lithiumtitanaat heeft de voordelen van hoge machtsdichtheid, veiligere, en duidelijke nadelen. De energiedichtheid is zeer laag, en de berekeningskosten zijn hoog volgens Wh. Daarom is het gezichtspunt van de batterij van het lithiumtitanaat een nuttige technologie die in bepaalde gelegenheden voordelig is, maar het is niet geschikt voor vele gelegenheden waar de kosten en de kruiswaaier hoog zijn.
D, het materiaal van de siliciumanode is een belangrijke ontwikkelingsrichting, is nieuwe batterij 18650 van Panasonic met commercieel proces voor dergelijke materialen begonnen. Maar hoe te om een evenwicht tussen de achtervolging van prestaties in nanotechnologie en de algemene micron-schaal van de batterijindustrie te bereiken is de eisen ten aanzien van materialen nog een opwindende taak.

Diafragma
Voor machtsbatterijen, verstrekt de hoge huidige verrichting hogere vereisten voor veiligheid en levensduur. De technologie van de diafragmadeklaag is onafscheidelijk. De ceramische met een laag bedekte membranen worden snel weg wegens hun hoge veiligheid en capaciteit geduwd om onzuiverheden in de elektrolyt te verbruiken. Vooral voor de veiligheid van ternaire batterijen, is het veiligheidseffect bijzonder opmerkelijk.
Het belangrijkste die systeem momenteel in ceramische diafragma's wordt gebruikt moet alumina deeltjes op de oppervlakte van conventionele diafragma's met een laag bedekken. Een vrij nieuwe benadering is stevige elektrolytvezels op het membraan met een laag te bedekken. Dergelijke membranen hebben lagere interne weerstand en mechanische steun voor het membraan. Uitstekend, en het heeft een lagere tendens om het diafragmagat tijdens de dienst te blokkeren.
Na de deklaag, heeft de separator goede stabiliteit. Zelfs als de temperatuur vrij hoog is, is het niet gemakkelijk te krimpen en te misvormen, resulterend in kortsluiting. De Energieco. van Jiangsuqingtao, Ltd, technische ondersteuning van de Academische Onderzoeker van de Universitaire School van Tsinghua van Materialen, heeft in dit opzicht sommige representatieve aspecten. Het werk, wordt het diafragma hieronder getoond.
Elektrolyt
De elektrolyt heeft een grote invloed op de prestaties van een snel-fast-charged lithium ionenbatterij. Om de stabiliteit en de veiligheid van de batterij onder snelle last en hoog stroom te verzekeren, zou de elektrolyt de volgende kenmerken moeten ontmoeten: A) kan niet worden ontbonden, B) het geleidingsvermogen hoog is, C) inert is aan het positief en de negatieve materialen, kunnen niet reageren of oplossen.
Als aan deze vereisten moeten worden voldaan, moet de sleutel additieven en functionele elektrolyten gebruiken. Bijvoorbeeld, wordt de veiligheid van ternaire snel-fast-charged batterijen zeer beïnvloed door het. Het is noodzakelijk om diverse anti-hoge temperatuur, flame-retardant en anti-overbelaste additieven toe te voegen om hen in zekere mate te beschermen. Het probleem van de oude batterij van het lithiumtitanaat, de flatulentie op hoge temperatuur, hangt ook van de functionele elektrolyt af op hoge temperatuur.
Het ontwerp van de batterijstructuur
Een typische optimaliseringsstrategie is gestapeld VERSUS het winden van type. De elektroden van de gelamineerde batterij zijn gelijkwaardig aan een parallelle verhouding, en het windende type is gelijkwaardig aan een reeksverbinding. Daarom is de interne weerstand van de eerstgenoemden veel kleiner, en het is geschikter voor het machtstype. gelegenheid.
Bovendien kunt u aan het aantal polen hard werken om interne weerstand en hittedissipatieproblemen op te lossen. Bovendien zijn het gebruik van de materialen van de hoog-geleidingsvermogenelektrode, het gebruik van meer geleidende agenten, en de deklaag van dunnere elektroden ook strategieën die kunnen worden overwogen.
In het kort, zullen de factoren die de interne lastenbeweging van de batterij en het tarief om de elektrodenholte in te bedden beïnvloeden het snelle het laden vermogen van de lithiumbatterij beïnvloeden.

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, 并与电子结合。

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, 为安全服务)。

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:

Een、 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。

C、 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。

Een、 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。

如果要达到这几个要求, 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、 防过充电类的添加剂保护, 才能一定程度上提高其安全性。而钛酸锂电池的老大难问题, 高温胀气, 也得靠高温功能型电解液改善。

电池结构设计

典型的一个优化策略就是叠层式 VERSUS 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。