Apa faktor-faktor yang mempengaruhi muatan baterai?

July 23, 2018

Berita Jaringan Penyimpanan Energi China:

Baterai litium disebut baterai "goyang jenis kursi". Ion bermuatan bergerak antara elektroda positif dan negatif untuk mewujudkan transfer muatan, untuk memasok listrik ke sirkuit eksternal atau untuk mengisi daya dari sumber daya eksternal.
Selama proses pengisian khusus, tegangan eksternal diterapkan ke dua kutub baterai, ion lithium terdeaktivasi dari bahan elektroda positif, masukkan elektrolit, dan pada saat yang sama, kelebihan elektron dihasilkan untuk melewati pengumpul arus positif. , dan pindah ke elektroda negatif melalui sirkuit eksternal; ion lithium berada di elektrolit. Elektroda positif bergerak menuju elektroda negatif dan melewati pemisah untuk mencapai elektroda negatif; film SEI yang melewati permukaan elektroda negatif tertanam dalam struktur berlapis grafit negatif dan terikat pada elektron.
Selama seluruh operasi ion dan elektron, struktur baterai yang mempengaruhi transfer muatan, baik elektrokimia atau fisik, akan berdampak pada kinerja pengisian daya yang cepat.
Persyaratan pengisian cepat untuk berbagai bagian baterai
Untuk baterai, jika Anda ingin meningkatkan kinerja daya, Anda perlu bekerja keras dalam semua aspek baterai, termasuk elektroda positif, elektroda negatif, elektrolit, diafragma, dan desain struktural.

elektrode positif
Bahkan, hampir semua jenis bahan katoda dapat digunakan untuk membuat baterai isi cepat. Kinerja utama yang harus dijamin termasuk konduktansi (pengurangan resistensi internal), difusi (dijamin kinetika reaksi), umur panjang (tidak perlu dijelaskan), dan keselamatan (tidak diperlukan). Jelaskan), kinerja pemrosesan yang tepat (luas permukaan spesifik tidak bisa terlalu besar, mengurangi reaksi samping, untuk layanan keselamatan).
Tentu saja, masalah yang harus dipecahkan untuk setiap material tertentu dapat bervariasi, tetapi material katoda umum kami dapat dioptimalkan melalui serangkaian pengoptimalan, tetapi materi yang berbeda juga berbeda:
A. Fosfat besi litium mungkin lebih terfokus pada pemecahan masalah konduktansi dan suhu rendah. Lapisan karbon, nanocrystallization moderat (perhatikan bahwa itu moderat, pasti tidak sehalus logika sederhana), pembentukan konduktor ionik di permukaan partikel adalah strategi yang paling khas.
B, material terner sendiri memiliki konduktansi yang baik, tetapi reaktivitasnya terlalu tinggi, sehingga material terner memiliki sedikit kerja nanocrystallization (nanocrystallization bukan penangkal untuk peningkatan kinerja bahan metalurgi, terutama di bidang baterai. Ada kadang-kadang banyak reaksi dalam sistem. Perhatian lebih banyak diberikan kepada efek samping keamanan dan penghambatan (dan elektrolit). Bagaimanapun, tujuan utama bahan terner adalah keselamatan. Kecelakaan keamanan baterai baru-baru ini juga sering terjadi. Mengedepankan persyaratan yang lebih tinggi.
C, lithium manganate lebih penting untuk kehidupan, ada banyak baterai pengisian cepat lithium manganat di pasaran.
elektroda negatif
Ketika baterai lithium ion dibebankan, lithium bermigrasi ke elektroda negatif. Potensi yang terlalu tinggi yang disebabkan oleh muatan yang cepat dan arus yang tinggi akan menyebabkan potensial elektroda negatif menjadi lebih negatif. Pada saat ini, tekanan elektroda negatif dengan cepat menerima lithium akan menjadi lebih besar, dan kecenderungan untuk menghasilkan dendrit lithium akan menjadi lebih besar. Oleh karena itu, elektroda negatif tidak hanya harus memenuhi difusi lithium selama pengisian cepat. Persyaratan kinetik, tetapi juga untuk memecahkan masalah keamanan yang disebabkan oleh kecenderungan peningkatan pembentukan dendrit lithium, sehingga kesulitan teknis utama dari inti pengisian cepat adalah penyisipan ion lithium dalam elektroda negatif.
Saat ini, material anoda yang dominan di pasar masih grafit (terhitung sekitar 90% dari pangsa pasar), akar penyebabnya tidak ada - murah, dan kinerja pemrosesan yang komprehensif dan densitas energi grafit sangat baik, dan kerugiannya relatif sedikit. . Tentu saja, anoda grafit juga memiliki masalah. Permukaan sensitif terhadap elektrolit, dan reaksi interkalasi lithium memiliki arah yang kuat. Oleh karena itu, terutama perlu bekerja keras untuk melakukan perawatan permukaan grafit, meningkatkan stabilitas strukturalnya, dan mempromosikan difusi ion litium pada substrat. arah.
B. Karbon keras dan bahan karbon lunak juga telah dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir: bahan karbon keras memiliki potensi penyisipan litium yang tinggi, mikropori dalam bahan, dan kinetika reaksi yang baik; dan bahan karbon lunak memiliki kompatibilitas yang baik dengan elektrolit, MCMB Bahannya juga sangat representatif, tetapi bahan karbon keras dan lunak umumnya rendah dalam efisiensi dan biaya tinggi (dan Bayangkan bahwa grafit semurah yang saya harapkan dari titik industri lihat), sehingga jumlahnya jauh lebih sedikit daripada grafit, dan lebih banyak digunakan dalam beberapa spesialisasi. Pada baterai.
C, bagaimana dengan lithium titanate? Sederhananya: lithium titanate memiliki kelebihan kepadatan daya tinggi, lebih aman, dan kerugian yang jelas. Kepadatan energi sangat rendah, dan biaya perhitungannya tinggi menurut Wh. Oleh karena itu, sudut pandang baterai lithium titanate adalah teknologi yang bermanfaat yang menguntungkan dalam kesempatan tertentu, tetapi tidak cocok untuk banyak kesempatan di mana biaya dan jangkauan jelajah yang tinggi.
D, bahan silikon anoda merupakan arah pengembangan penting, baterai baru Panasonic 18650 telah memulai proses komersial untuk bahan tersebut. Tetapi bagaimana mencapai keseimbangan antara mengejar kinerja dalam nanoteknologi dan persyaratan skala mikron umum industri baterai untuk bahan masih merupakan tugas yang menantang.

Diafragma
Untuk daya baterai, operasi arus tinggi memberikan persyaratan yang lebih tinggi untuk keselamatan dan umur panjang. Teknologi pelapisan diafragma tidak dapat dipisahkan. Selaput yang dilapisi keramik dengan cepat didorong menjauh karena keamanannya yang tinggi dan kemampuan untuk mengkonsumsi kotoran dalam elektrolit. Khusus untuk keamanan baterai terner, efek keamanannya sangat luar biasa.
Sistem utama yang saat ini digunakan dalam diafragma keramik adalah untuk melapisi partikel alumina pada permukaan diafragma konvensional. Pendekatan yang relatif baru adalah melapisi serat elektrolit padat pada membran. Membran tersebut memiliki ketahanan internal yang lebih rendah dan dukungan mekanis untuk membran. Sangat baik, dan memiliki kecenderungan lebih rendah untuk memblokir lubang diafragma selama layanan.
Setelah lapisan, pemisah memiliki stabilitas yang baik. Bahkan jika suhu relatif tinggi, tidak mudah menyusut dan merusak, sehingga terjadi hubungan pendek. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., dukungan teknis dari Peneliti Akademik dari Tsinghua University School of Materials, memiliki beberapa aspek yang representatif dalam hal ini. Bekerja, diafragma ditunjukkan di bawah ini.
Elektrolit
Elektrolit memiliki pengaruh besar pada kinerja baterai ion litium bermuatan cepat. Untuk memastikan stabilitas dan keamanan baterai di bawah muatan cepat dan arus tinggi, elektrolit harus memenuhi karakteristik berikut: A) tidak dapat diuraikan, B) konduktivitas tinggi, C) inert terhadap bahan positif dan negatif, dapat tidak bereaksi atau larut.
Jika persyaratan ini harus dipenuhi, kuncinya adalah menggunakan aditif dan elektrolit fungsional. Sebagai contoh, keamanan baterai terestrial yang terisi cepat sangat dipengaruhi olehnya. Hal ini diperlukan untuk menambahkan berbagai anti-suhu tinggi, aditif tahan api dan anti-overcharged untuk melindungi mereka sampai batas tertentu. Masalah baterai lithium titanate lama, suhu perut kembung, juga tergantung pada elektrolit fungsional suhu tinggi.
Desain struktur baterai
Strategi pengoptimalan tipikal adalah tipe VS lilitan bertumpuk. Elektroda baterai yang dilaminasi setara dengan hubungan paralel, dan jenis penggulungan sama dengan sambungan seri. Oleh karena itu, resistansi internal yang sebelumnya jauh lebih kecil, dan lebih cocok untuk jenis daya. kesempatan.
Selain itu, Anda dapat bekerja keras pada jumlah kutub untuk mengatasi hambatan internal dan masalah disipasi panas. Selain itu, penggunaan bahan elektroda konduktivitas tinggi, penggunaan lebih banyak agen konduktif, dan lapisan elektroda yang lebih tipis juga merupakan strategi yang dapat dipertimbangkan.
Singkatnya, faktor-faktor yang mempengaruhi pergerakan muatan internal baterai dan laju penyisipan rongga elektroda akan mempengaruhi kemampuan pengisian daya baterai lithium yang cepat.

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 电路 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 影响 影响 电池 结构 结构 无论 无论 无论 无论 无论 无论 无论 , , , , , , , , , , , , , , , , ,

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 :

A 、 磷酸 铁 锂 可 能 侧重 侧重 于 解决 电导 、 面 面 面 化 化 化 化 化 化 化 化 化 化 化 化 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,是 最为 典型 的 策略。

B 、 三元 材料 本身 电导 已经 比 较 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,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 安全 安全 近来 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全 安全提出 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 快 充 大 大 更 过 电 电 负 此时 此时 此时 此时 此时 此时 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大 大大 , 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 成 成 所 所 所 带来 带来 带来 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 嵌入 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 类 材料 近年来 也 有 有 有 有 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 发展 MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC MC , , , , ,材料 也 很有 代表性 , 只是 硬 软 碳 材料 普遍 效率 偏低 , 成本 较 ((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 下 下 钛酸 钛酸 钛酸 钛酸 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 低 按 按 按 按 按 按 按 按种 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 商用 能 能 能。。 但是 如何 纳米 纳米 能 能 能 能 能 能 能 能 个 个 个 平衡 平衡 平衡 平衡 平衡 平衡 平衡 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 了 的 的 的 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,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 传统 表面 表面 表面 表面 表面 表面 表面 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上优 , 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 特特 : 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 安全。 如 如 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响 影响添加剂 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 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 高 高 高 高 高 高 高 高 高 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可 可

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。