Que são os fatores que influência a carga da bateria?

Notícias do armazenamento de energia de China:

As baterias de lítio são chamadas de “tipo” baterias da cadeira balanço. Os íons carregados movem-se entre os elétrodos positivos e negativos para realizar transferência de carga, para o poder da fonte aos circuitos externos ou para a carga das fontes de alimentação externa.
Durante o processo de carregamento específico, a tensão externo é aplicada aos dois polos da bateria, os íons do lítio deintercalated do material positivo do elétrodo, entram no eletrólito, e ao mesmo tempo, os elétrons adicionais são gerados para passar através do coletor atual positivo, e movem-se para o elétrodo negativo através de um circuito externo; os íons do lítio estão no eletrólito. O elétrodo positivo move-se para o elétrodo negativo e passa-se através do separador para alcançar o elétrodo negativo; o filme de SEI que passa através da superfície do elétrodo negativo é encaixado na estrutura mergulhada da grafite negativa e ligado ao elétron.
Durante a operação inteira do íon e do elétron, a estrutura da bateria que afeta transferência de carga, se eletroquímico ou físico, terá um impacto no desempenho rápido da carga.
Jejuam as exigências da carga para as várias peças da bateria
Para a bateria, se você quer melhorar o desempenho do poder, você precisa de trabalhar duramente em todos os aspectos da bateria, incluindo o elétrodo positivo, o elétrodo negativo, o eletrólito, o diafragma e o projeto estrutural.

elétrodo positivo
De fato, quase todos os tipos de materiais do cátodo podem ser usados para fazer baterias da rápido-suficiência. Os desempenhos principais exigidos para ser garantido incluem a condutibilidade (redução da resistência interna), a difusão (cinética de reação garantida), a longevidade (nenhuma necessidade de explicar), e a segurança (não exigida). Explique), desempenho de processamento apropriado (a área de superfície específica não pode ser demasiado grande, não reduz reações laterais, para serviços da segurança).
Naturalmente, os problemas a ser resolvidos para cada material específico podem variar, mas nossos materiais comuns do cátodo podem ser aperfeiçoados com uma série de otimizações, mas os materiais diferentes são igualmente diferentes:
O fosfato do ferro de A. Lítio pode mais ser centrado sobre a resolução de problemas da condutibilidade e da baixa temperatura. O revestimento do carbono, nanocrystallization moderado (nota que é moderado, definidamente tão muito bem quanto a lógica simples), a formação de condutores iônicos na superfície das partículas é a estratégia a mais típica.
B, o material ternário próprio tem uma boa condutibilidade, mas sua reatividade é demasiado alta, assim que o material ternário tem pouco trabalho do nanocrystallization (o nanocrystallization não é um antídoto à melhoria do desempenho do material metalúrgico, especialmente no campo das baterias. Há às vezes muitas reações no sistema. Mais atenção é pagada aos efeitos secundários da segurança e da inibição (e o eletrólito). Apesar de tudo, o objetivo principal de materiais ternários é segurança. Os acidentes recentes da segurança da bateria são igualmente frequentes. Propõe umas exigências mais altas.
C, manganato do lítio é mais importante para a vida, lá é muitas baterias da rápido-carga de manganato do lítio no mercado.
elétrodo negativo
Quando a bateria de íon de lítio é carregada, o lítio migra ao elétrodo negativo. Excessivamente - o potencial alto causado pela carga rápida e altamente atual causará o potencial de elétrodo negativo ser mais negativo. Neste tempo, a pressão do elétrodo negativo que aceita rapidamente o lítio tornar-se-á maior, e a tendência gerar dendrites do lítio tornar-se-á maior. Consequentemente, o elétrodo negativo não deve somente satisfazer a difusão do lítio durante o carregamento rápido. As exigências cinéticas, mas para resolver igualmente os problemas de segurança causados pela tendência aumentada da formação da dendrite do lítio, assim que a dificuldade técnica principal do núcleo de carregamento rápido são a inserção de íons do lítio no elétrodo negativo.
A. presentemente, o material dominante do ânodo no mercado não é ainda grafite (que esclarece aproximadamente 90% da parte de mercado), a causa origem é nenhum--barato, e a densidade de processamento detalhada do desempenho e de energia da grafite é excelentes, e as desvantagens são relativamente poucos. Naturalmente, os ânodos da grafite igualmente têm problemas. A superfície é sensível aos eletrólitos, e a reação da intercalação do lítio tem o directionality forte. Consequentemente, é principalmente necessário trabalhar duramente para realizar o tratamento de superfície da grafite, para melhorar sua estabilidade estrutural, e para promover a difusão de íons do lítio na carcaça. sentido.
O carbono de B. Duro e os materiais de carbono macios têm-se tornado igualmente nos últimos anos: os materiais de carbono duros têm o potencial alto da inserção do lítio, os micropores nos materiais, e boas cinéticas de reação; e os materiais de carbono macios têm a boa compatibilidade com eletrólitos, MCMB os materiais são igualmente muito representativos, mas os materiais de carbono duros e macios são geralmente baixos na eficiência e altamente no custo (e imagine que a grafite é tão barata como eu espero de um ponto de vista industrial), assim que a quantidade está distante menos do que a grafite, e usado mais em algumas especialidades. Na bateria.
C, como sobre o titanate do lítio? Para pô-lo simplesmente: o titanate do lítio tem as vantagens da densidade de poder superior, mais seguras, e desvantagens óbvias. A densidade de energia é muito baixa, e o custo do cálculo é alto de acordo com Wh. Consequentemente, o ponto de vista da bateria do titanate do lítio é uma tecnologia útil que seja vantajosa em determinadas ocasiões, mas não é apropriado para muitas ocasiões onde o custo e a escala de cruzamento são altos.
D, material do ânodo do silicone é um sentido importante do desenvolvimento, os 18650 que novos de Panasonic a bateria começou o processo comercial para tais materiais. Mas como conseguir um equilíbrio entre a perseguição do desempenho na nanotecnologia e as exigências gerais da mícron-escala da indústria da bateria para materiais é ainda uma tarefa desafiante.

Diafragma
Para baterias do poder, a operação atual alta fornece umas exigências mais altas para a segurança e a longevidade. A tecnologia do revestimento do diafragma é inseparável. As membranas revestidas cerâmicas estão sendo rapidamente afastado empurrado devido a sua segurança alta e à capacidade consumir impurezas no eletrólito. Especialmente para a segurança de baterias ternárias, o efeito da segurança é particularmente notável.
O sistema principal usado atualmente em diafragmas cerâmicos é revestir partículas da alumina na superfície de diafragmas convencionais. Uma aproximação relativamente nova é revestir fibras contínuas do eletrólito na membrana. Tais membranas têm uma mais baixa resistência interna e o apoio mecânico para a membrana. Excelente, e ele tem uma tendência mais baixa obstruir o furo do diafragma durante o serviço.
Após o revestimento, o separador tem a boa estabilidade. Mesmo se a temperatura é relativamente alta, não é fácil encolher e deformar-se, conduzindo ao curto-circuito. A energia Co. de Jiangsu Qingtao, Ltd., suporte laboral do pesquisador acadêmico da escola da universidade de Tsinghua dos materiais, tem alguns aspectos representativos a este respeito. O trabalho, o diafragma é mostrado abaixo.
Eletrólito
O eletrólito tem uma grande influência no desempenho de uma bateria de íon de lítio rápido-carregada. Para assegurar a estabilidade e a segurança da bateria sob a carga rápida e altamente atual, o eletrólito deve encontrar as seguintes características: A) não pode ser decomposto, B) a condutibilidade é alto, C) é inerte ao positivo e os materiais negativos, não podem reagir ou dissolver-se.
Se estas exigências devem ser encontrado, a chave é usar aditivos e eletrólitos funcionais. Por exemplo, a segurança de baterias rápido-carregadas ternárias é afetada extremamente por ela. É necessário adicionar a vária temperatura anti-alta, o chama-retardador e aditivos anti-sobrecarregados para protegê-los até certo ponto. O problema da bateria velha do titanate do lítio, a flatulência de alta temperatura, igualmente depende do eletrólito funcional de alta temperatura.
Projeto da estrutura da bateria
Uma estratégia de otimização típica é empilhado CONTRA o tipo do enrolamento. Os elétrodos da bateria laminada são equivalentes a um relacionamento paralelo, e o tipo do enrolamento é equivalente a uma conexão de série. Consequentemente, a resistência interna do anterior é muito menor, e é mais apropriado para o tipo do poder. ocasião.
Além, você pode trabalhar duramente no número de polos para resolver problemas da resistência interna e da dissipação de calor. Além, o uso de materiais do elétrodo da alto-condutibilidade, o uso de uns agentes mais condutores, e o revestimento de uns elétrodos mais finos são igualmente as estratégias que podem ser consideradas.
Em curto, os fatores que afetam o movimento da carga interna da bateria e a taxa de encaixar a cavidade do elétrodo afetarão a capacidade de carregamento rápida da bateria de lítio.

中国储能网讯: 电池 do “摇椅型” do 锂电池被称为, 带电离子在正负极之间运动, 实现电荷转移,。 do 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; 膜嵌入到负极石墨层状结构中 do 经过负极表面的 SEI,。 do 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,。 do 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,。 do 隔膜和结构设计等 do、 do 电解液 do、 do 负极 do、 do 主要包括正极

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, 适当的加工性能 do、 do 安全 do、 do 寿命 do、 do 扩散 do、 do 主要需要保证的性能包括电导 (减少内阻) (保证反应动力学) (不需要解释) (不需要解释) (比表面积不可太大, 减少副反应,。 do 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:

Um。 do 低温方面的问题 do、 do 磷酸铁锂可能更侧重于解决电导 do、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),。 do 在颗粒表面处理形成离子导体都是最为典型的策略

三元材料本身电导已经比较好 do、 de B, 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), 副反应 do 更多在注重安全性和抑制 (与电解液的), 毕竟目前三元材料的一大命门就在于安全,。 do 近来的电池安全事故频发也对此方面提出了更高的要求

锰酸锂是则对于寿命更为看重 do、 de C,。 do 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,。 do 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,。 do 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

Um 目前市场上占有统治地位的负极材料仍然是石墨 do、 (左右) do 占市场份额的 90%, 根本原因无他 — — 便宜, 能量密度方面都比较优秀 do、 do 以及石墨综合的加工性能,。 do 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,。 do 促进锂离子在基上的扩散是主要需要努力的方向

硬碳和软碳类材料近年来也有不少的发展 do、 de B: 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, 材料也很有代表性 de MCMB, 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,。 do 更多用在一些特种电池上

钛酸锂如何 do、 de C? 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,。 do 计算成本很高 de Wh do 按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,。 do 续航里程要求较高的场合并不太适用 do、 do 但是对于很多对成本

硅负极材料是重要的发展方向 do、 de D,。 do 电池已经开始了对此类材料的商用进程 do 松下的新型 18650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,。 do 仍是比较有挑战性的工作

隔膜

对于功率型电池,。 do 寿命上提供了更高的要求 do、 do 大电流工作对其安全隔膜涂层技术是绕不开的, 可以消耗电解液中杂质等特性正在迅速推开 do、 do 陶瓷涂层隔膜因为其高安全,。 do 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,。 do 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,。 do 隔膜如下图所示

电解液

。 do 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: 不能分解 de A), 导电率要高 de B), 对正负极材料是惰性的 de C),。 do 不能反应或溶解

如果要达到这几个要求,。 do 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, 防过充电类的添加剂保护 do、 do 阻燃类 do、 do 必须向其中加入各种抗高温类,。 do 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,。 do 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 CONTRA o 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,。 do 更适合用于功率型场合

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

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