Quelle est les facteurs qui affect la charge de batterie ?

July 23, 2018

Les informations de stockage de l'énergie de la Chine :

Des batteries au lithium s'appellent « le type » batteries de chaise de basculage. Les ions chargés se déplacent entre les électrodes positives et négatives pour réaliser la taxation au demandé, à la puissance d'approvisionnement aux circuits externes ou à la charge à partir des sources d'alimentation externe.
Pendant le processus de remplissage spécifique, la tension externe est appliquée aux deux pôles de la batterie, des ions de lithium deintercalated du matériel positif d'électrode, entrent dans l'électrolyte, et en même temps, des électrons excédentaires sont produits pour passer par le collecteur de courant positif, et se déplacent à l'électrode négative par un circuit externe ; les ions de lithium sont dans l'électrolyte. L'électrode positive se déplace vers l'électrode négative et traverse le séparateur pour atteindre l'électrode négative ; le film de SEI passant par la surface de l'électrode négative est enfoncé dans la structure posée de graphite négatif et collé sur l'électron.
Pendant l'opération entière d'ion et d'électron, la structure de batterie qui affecte la taxation au demandé, si électrochimique ou physique, aura un impact sur des performances rapides de charge.
Jeûnent les conditions de charge pour différentes pièces de la batterie
Pour la batterie, si vous voulez améliorer les performances de puissance, vous devez travailler dur dans tous les aspects de la batterie, y compris l'électrode positive, l'électrode négative, l'électrolyte, le diaphragme et la conception structurelle.

 

électrode positive
En fait, presque toutes sortes de matériaux de cathode peuvent être employées pour faire des batteries de rapide-suffisance. Les performances principales exigées pour être garanti incluent la conductibilité (réduction de résistance interne), la diffusion (théorie cinétique des réactions garantie), la longévité (aucun besoin d'expliquer), et la sécurité (non requise). Expliquez), des performances de traitement appropriées (la superficie spécifique ne peut pas être trop grande, ne réduit pas des réactions secondaires, pour des services de sécurité).
Naturellement, les problèmes à résoudre pour chaque matériel spécifique peuvent varier, mais nos matériaux communs de cathode peuvent être optimisés par une série d'optimisations, mais les différents matériaux sont également différents :
Le phosphate de fer d'A. Lithium peut davantage être concentré sur résoudre des problèmes de conductibilité et de basse température. Le revêtement de carbone, nanocrystallization modéré (note qu'il est modéré, certainement pas aussi très bien que la logique simple), la formation des conducteurs ioniques sur la surface des particules est la stratégie la plus typique.
B, le matériel ternaire lui-même a une bonne conductibilité, mais sa réactivité est trop haute, ainsi le matériel ternaire a peu de travail de nanocrystallization (le nanocrystallization n'est pas un antidote à l'amélioration de performances du matériel métallurgique, particulièrement dans le domaine des batteries. Il y a parfois beaucoup de réactions dans le système. Plus d'attention est prêtée aux effets secondaires de sécurité et d'inhibition (et électrolyte). Après tout, l'objectif principal des matériaux ternaires est sécurité. Les accidents récents de sécurité de batterie sont également fréquents. Proposez des conditions plus élevées.
C, manganate de lithium est plus important pendant la vie, là sont beaucoup de batteries de rapide-charge du manganate de lithium sur le marché.
électrode négative
Quand la batterie d'ion de lithium est chargée, le lithium émigre à l'électrode négative. Le potentiel excessivement à hauteur provoqué par la charge rapide et à forte intensité causera la tension à l'électrode négative d'être plus négatif. Actuellement, la pression de l'électrode négative acceptant rapidement le lithium deviendra plus grande, et la tendance de produire des dendrites de lithium deviendra plus grande. Par conséquent, l'électrode négative doit non seulement satisfaire la diffusion de lithium pendant le remplissage rapide. Les conditions cinétiques, mais résoudre également les problèmes de sécurité provoqués par la plus grande tendance de la formation de dendrite de lithium, ainsi la difficulté technique principale du noyau de remplissage rapide est l'insertion des ions de lithium dans l'électrode négative.
A. actuellement, le matériel dominant d'anode sur le marché est toujours graphite (expliquant environ 90% de la part de marché), la cause première n'en est aucun--bon marché, et la densité de traitement complète de représentation et d'énergie du graphite sont excellents, et les inconvénients sont relativement peu. Naturellement, les anodes de graphite ont également des problèmes. La surface est sensible aux électrolytes, et la réaction d'intercalation de lithium a la directionnalité forte. Par conséquent, il est principalement nécessaire de travailler dur pour effectuer la préparation de surface de graphite, pour améliorer sa stabilité structurelle, et pour favoriser la diffusion des ions de lithium sur le substrat. direction.
Le carbone de B. Hard et les matériaux de carbone mous se sont également développés ces dernières années : les matériaux de carbone durs ont le potentiel élevé d'insertion de lithium, les micropores dans les matériaux, et les bonnes théories cinétiques des réactions ; et les matériaux de carbone mous ont la bonne compatibilité avec des électrolytes, MCMB les matériaux sont également très représentatifs, mais les matériaux de carbone durs et mous sont généralement bas dans l'efficacité et haut dans le coût (et imaginez que le graphite est aussi bon marché que j'espère d'un point de vue industriel), ainsi la quantité est loin moins que le graphite, et davantage utilisé dans quelques spécialités. Sur la batterie.
C, que diriez-vous de titanate de lithium ? Pour le mettre simplement : le titanate de lithium a les avantages de la densité de puissance élevée, plus sûrs, et les inconvénients évidents. La densité d'énergie est très basse, et le coût de calcul est haut selon Wh. Par conséquent, le point de vue de la batterie de titanate de lithium est une technologie utile qui est avantageuse dans certaines occasions, mais il n'est pas approprié à beaucoup d'occasions où le coût et la gamme de croisière sont hauts.
D, matériel d'anode de silicium est une direction importante de développement, nouveaux 18650 de Panasonic que la batterie a commencé le processus commercial pour de tels matériaux. Mais comment réaliser un équilibre entre la poursuite des performances en nanotechnologie et les conditions générales de la micron-échelle de l'industrie de batterie pour des matériaux est toujours une tâche provocante.

Diaphragme
Pour des batteries de puissance, l'opération à forte intensité fournit des conditions plus élevées pour la sécurité et la longévité. La technologie de revêtement de diaphragme est inséparable. Les membranes enduites en céramique sont rapidement éloigné dues à leur sécurité élevée et à la capacité de consommer des impuretés dans l'électrolyte. Particulièrement pour la sécurité des batteries ternaires, l'effet de sécurité est particulièrement remarquable.
Le système principal actuellement utilisé dans les diaphragmes en céramique est d'enduire des particules d'alumine sur la surface des diaphragmes conventionnels. Une approche relativement nouvelle est d'enduire les fibres solides d'électrolyte sur la membrane. De telles membranes ont la résistance interne inférieure et le soutien mécanique de la membrane. Excellent, et lui a une tendance inférieure de bloquer le trou de diaphragme pendant le service.
Après le revêtement, le séparateur a la bonne stabilité. Même si la température est relativement haute, il n'est pas facile de se rétrécir et déformer, ayant comme conséquence le court circuit. Jiangsu Qingtao Energy Co., Ltd., support technique du chercheur scolaire de l'école d'université de Tsinghua des matériaux, a quelques aspects représentatifs à cet égard. Le travail, le diaphragme est montré ci-dessous.
Électrolyte
L'électrolyte a une grande influence sur les performances d'une batterie d'ion de lithium rapide-chargée. Pour assurer la stabilité et la sécurité de la batterie sous la charge rapide et à forte intensité, l'électrolyte devrait rencontrer les caractéristiques suivantes : A) ne peut pas être décomposé, B) la conductivité est haut, C) est inerte au positif et les matériaux négatifs, ne peuvent pas réagir ou se dissoudre.
Si ces conditions doivent être rencontrées, la clé est d'employer des additifs et des électrolytes fonctionnels. Par exemple, la sécurité des batteries rapide-chargées ternaires est considérablement affectée par elle. Il est nécessaire d'ajouter de divers additifs à hauteur anti de la température, ignifuges et anti-surchargé pour les protéger dans une certaine mesure. Le problème de la vieille batterie de titanate de lithium, la flatulence à hautes températures, dépend également de l'électrolyte fonctionnel à hautes températures.
Conception de structure de batterie
Une stratégie d'optimisation typique est empilé CONTRE le type d'enroulement. Les électrodes de la batterie stratifiée sont équivalentes à des relations parallèles, et le type d'enroulement est équivalent à une connexion de série. Par conséquent, la résistance interne de l'ancien est beaucoup plus petite, et il est plus approprié au type de puissance. occasion.
En outre, vous pouvez travailler dur sur le nombre de poteaux pour résoudre des problèmes de résistance interne et de dissipation thermique. En outre, l'utilisation des matériaux d'électrode de haut-conductivité, l'utilisation des agents plus conducteurs, et le revêtement des électrodes plus minces sont également des stratégies qui peuvent être considérées.
En bref, les facteurs affectant le mouvement de charge interne de la batterie et le taux d'enfoncer la cavité d'électrode affecteront la capacité de remplissage rapide de la batterie au lithium.

 

中国储能网讯 : 电池 de « 摇椅型 » de 锂电池被称为, 带电离子在正负极之间运动, 实现电荷转移,。 de 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 du 经过负极表面的 SEI,。 de 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,。 de 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,。 de 隔膜和结构设计等 de、 de 电解液 de、 de 负极 de、 de 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 de、 de 安全 de、 de 寿命 de、 de 扩散 de、 de 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,。 de 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 :

Un。 de 低温方面的问题 de、 de 磷酸铁锂可能更侧重于解决电导 de、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),。 de 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 de、 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 de 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,。 de 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 de、 de C,。 de 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,。 de 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,。 de 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

Un 目前市场上占有统治地位的负极材料仍然是石墨 de、 (左右 de 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 de、 de 以及石墨综合的加工性能,。 de 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,。 de 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 de、 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,。 de 更多用在一些特种电池上

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

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

隔膜

对于功率型电池,。 de 寿命上提供了更高的要求 de、 de 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 de、 de 陶瓷涂层隔膜因为其高安全,。 de 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,。 de 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,。 de 隔膜如下图所示

电解液

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

如果要达到这几个要求,。 de 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 de、 de 阻燃类 de、 de 必须向其中加入各种抗高温类,。 de 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,。 de 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 CONTRE le 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,。 de 更适合用于功率型场合

另外也可以在极耳数目上下功夫,。 de 解决内阻和散热问题。 de 涂布更薄的电极也都是可以考虑的策略 de、 de 使用更多的导电剂 de、 de 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,。 de 都会影响锂电池快速充电能力