लिथियम की तेज़ चार्जिंग क्षमता को प्रभावित करने वाले कारक-आयन बैटरी

लिथियम की तेज़ चार्जिंग क्षमता को प्रभावित करने वाले कारक-आयन बैटरी

प्रत्येक लिथियम बैटरी में विभिन्न राज्य मापदंडों और पर्यावरणीय मापदंडों के तहत एक इष्टतम चार्जिंग वर्तमान मूल्य होता है। फिर, बैटरी संरचना के दृष्टिकोण से, ऐसे कौन से कारक हैं जो इस इष्टतम चार्जिंग मूल्य को प्रभावित करते हैं।

चार्ज करने की सूक्ष्म प्रक्रिया

Lithium batteries are known as "rocking chair" batteries, in which charged ions move between positive and negative electrodes to transfer charges to power external circuits or charge from an external power source. In the specific charging process, the external voltage is applied to the two poles of the battery, and the lithium ions are deintercalated from the positive electrode material and enter the electrolyte. At the same time, excess electrons are generated through the positive electrode current collector and move to the negative electrode through the external circuit; lithium ions are in the electrolyte. It moves from the positive electrode to the negative electrode, and passes through the separator to the negative electrode; the SEI film passing through the surface of the negative electrode is embedded in the graphite layered structure of the negative electrode and combines with electrons.

बैटरी की संरचना, चाहे इलेक्ट्रोकेमिकल हो या भौतिक, जो पूरे आयनिक और इलेक्ट्रॉनिक ऑपरेशन में चार्ज ट्रांसफर को प्रभावित करती है, फास्ट चार्जिंग प्रदर्शन पर असर डालेगी।

फास्ट चार्जिंग, बैटरी के प्रत्येक भाग के लिए आवश्यकताएं

बैटरी के लिए, यदि आप पावर प्रदर्शन में सुधार करना चाहते हैं, तो आपको सकारात्मक इलेक्ट्रोड, नकारात्मक इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट्स, डायाफ्राम और संरचनात्मक डिजाइन सहित बैटरी के सभी पहलुओं में कड़ी मेहनत करने की आवश्यकता है।

सकारात्मक इलेक्ट्रोड

वास्तव में, लगभग सभी प्रकार की कैथोड सामग्री का उपयोग तेजी से -बैटरी चार्ज करने के लिए किया जा सकता है। जिन मुख्य प्रदर्शनों की गारंटी की आवश्यकता है उनमें चालन (आंतरिक प्रतिरोध को कम करना), प्रसार (प्रतिक्रिया गतिकी की गारंटी), जीवन (व्याख्या करने की कोई आवश्यकता नहीं), सुरक्षा (स्पष्टीकरण की कोई आवश्यकता नहीं), उपयुक्त प्रसंस्करण प्रदर्शन (विशिष्ट सतह क्षेत्र नहीं होना चाहिए) शामिल हैं। साइड रिएक्शन को कम करने और सुरक्षा प्रदान करने के लिए बहुत बड़ा)।

बेशक, प्रत्येक विशिष्ट सामग्री के लिए हल की जाने वाली समस्याएं भिन्न हो सकती हैं, लेकिन हमारी सामान्य कैथोड सामग्री अनुकूलन की एक श्रृंखला के माध्यम से इन आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है, लेकिन विभिन्न सामग्री भी भिन्न होती हैं:

ए। लिथियम आयरन फॉस्फेट विद्युत चालकता और कम तापमान की समस्याओं को हल करने पर अधिक ध्यान केंद्रित कर सकता है। कार्बन कोटिंग, मध्यम नैनो-करण (ध्यान दें कि यह मध्यम है, निश्चित रूप से महीन का सरल तर्क बेहतर नहीं है), और कणों की सतह पर आयनिक कंडक्टरों का निर्माण सबसे विशिष्ट रणनीतियाँ हैं।

बी. टर्नरी सामग्री की विद्युत चालकता अपेक्षाकृत अच्छी है, लेकिन इसकी प्रतिक्रियाशीलता बहुत अधिक है, इसलिए टर्नरी सामग्री शायद ही कभी नैनो-आकार (नैनो-रासायनिक सुधार के लिए एक मारक नहीं है भौतिक प्रदर्शन, विशेष रूप से बैटरी के क्षेत्र में। कभी-कभी बहुत सारे प्रतिकूल प्रभाव होते हैं), और सुरक्षा और साइड प्रतिक्रियाओं (इलेक्ट्रोलाइट के साथ) के निषेध पर अधिक ध्यान दिया जाता है, आखिरकार, वर्तमान टर्नरी सामग्री के प्रमुख बिंदुओं में से एक सुरक्षा है, और हाल ही में लगातार बैटरी सुरक्षा दुर्घटनाएं भी इस संबंध में हैं। उच्च आवश्यकताओं को आगे रखें।

C. लीथियम मैंगनेट जीवन पर अधिक ध्यान देता है। वर्तमान में, बाजार में कई लिथियम मैंगनेट श्रृंखला तेजी से-बैटरी चार्ज कर रही हैं।

नकारात्मक इलेक्ट्रोड

जब लिथियम-आयन बैटरी को चार्ज किया जाता है, तो लिथियम ऋणात्मक इलेक्ट्रोड में चला जाता है। तेज चार्जिंग की उच्च धारा द्वारा लाई गई उच्च क्षमता नकारात्मक इलेक्ट्रोड क्षमता को अधिक नकारात्मक होने का कारण बनेगी। इस समय, लिथियम को जल्दी से स्वीकार करने के लिए नकारात्मक इलेक्ट्रोड का दबाव बढ़ जाएगा, और लिथियम डेंड्राइट उत्पन्न करने की प्रवृत्ति बढ़ जाएगी। इसलिए, नकारात्मक इलेक्ट्रोड को न केवल फास्ट चार्जिंग के दौरान लिथियम प्रसार आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए, इसलिए, फास्ट चार्जिंग कोशिकाओं की मुख्य तकनीकी कठिनाई वास्तव में नकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम आयनों का सम्मिलन है।

ए। वर्तमान में, बाजार में प्रमुख नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री अभी भी ग्रेफाइट है (बाजार हिस्सेदारी का लगभग 90 प्रतिशत के लिए लेखांकन)। कोई अन्य मौलिक कारण - सस्ता नहीं है, और ग्रेफाइट का व्यापक प्रसंस्करण प्रदर्शन और ऊर्जा घनत्व अपेक्षाकृत अच्छा है, और कमियां अपेक्षाकृत कम हैं। . बेशक, ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड में भी समस्याएं हैं। इसकी सतह इलेक्ट्रोलाइट के प्रति संवेदनशील है, और लिथियम की अंतःक्रियात्मक प्रतिक्रिया में एक मजबूत दिशात्मकता है। इसलिए, इसकी संरचनात्मक स्थिरता में सुधार और सब्सट्रेट पर लिथियम आयनों के प्रसार को बढ़ावा देने के लिए ग्रेफाइट सतह उपचार करना मुख्य रूप से आवश्यक है। दिशा।

बी। हाल के वर्षों में हार्ड कार्बन और सॉफ्ट कार्बन सामग्री भी बहुत विकसित हुई है: हार्ड कार्बन सामग्री में उच्च लिथियम इंटरकलेशन क्षमता होती है, और सामग्री में माइक्रोप्रोर्स होते हैं, इसलिए प्रतिक्रिया कैनेटीक्स अच्छा होता है; जबकि सॉफ्ट कार्बन सामग्री में इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ अच्छी संगतता है, एमसीएमबी सामग्री भी बहुत प्रतिनिधि है, लेकिन हार्ड और सॉफ्ट कार्बन सामग्री की दक्षता आम तौर पर कम होती है और लागत अधिक होती है (और यह औद्योगिक दृष्टिकोण से होने की बहुत उम्मीद नहीं है ग्रेफाइट जितना सस्ता), इसलिए वर्तमान खपत ग्रेफाइट की तुलना में बहुत कम है, और इसका उपयोग बैटरी पर कुछ विशेष में किया जाता है।

सी. लिथियम टाइटेनेट के बारे में कैसे? इसे सीधे शब्दों में कहें: लिथियम टाइटेनेट के फायदे उच्च शक्ति घनत्व और सुरक्षा हैं, और नुकसान भी स्पष्ट हैं, ऊर्जा घनत्व बहुत कम है, और Wh द्वारा गणना की गई लागत बहुत अधिक है। इसलिए, लिथियम टाइटेनेट बैटरी का दृष्टिकोण कुछ अवसरों में फायदे के साथ एक उपयोगी तकनीक है, लेकिन यह लागत और क्रूजिंग रेंज पर उच्च आवश्यकताओं के साथ कई अवसरों के लिए उपयुक्त नहीं है।

D. Silicon anode material is an important development direction. Panasonic's new 18650 battery has begun the commercial process of such materials. However, how to achieve a balance between the performance pursued by nanotechnology and the general micron-scale requirements of the battery industry for materials is still a challenging task.

डायाफ्राम

पावर बैटरी के लिए, उच्च वर्तमान संचालन उनकी सुरक्षा और जीवन के लिए उच्च आवश्यकताएं प्रदान करता है। सेपरेटर कोटिंग तकनीक अपरिहार्य है। सिरेमिक-लेपित विभाजकों को उनकी उच्च सुरक्षा और इलेक्ट्रोलाइट में अशुद्धियों का उपभोग करने की क्षमता के कारण तेजी से दूर धकेला जा रहा है, विशेष रूप से टर्नरी बैटरी की सुरक्षा में सुधार के लिए।

सिरेमिक डायाफ्राम के लिए वर्तमान में उपयोग की जाने वाली मुख्य प्रणाली एल्यूमिना कणों के साथ पारंपरिक डायाफ्राम की सतह को कोट करना है। एक अपेक्षाकृत नया दृष्टिकोण डायाफ्राम पर ठोस इलेक्ट्रोलाइट फाइबर को कोट करना है। इस तरह के डायाफ्राम में कम आंतरिक प्रतिरोध और डायाफ्राम के लिए बेहतर यांत्रिक समर्थन होता है। उत्कृष्ट, और सेवा के दौरान डायाफ्राम छिद्रों को अवरुद्ध करने की इसकी प्रवृत्ति कम होती है।

लेपित डायाफ्राम में अच्छी स्थिरता होती है। भले ही तापमान अपेक्षाकृत अधिक हो, शॉर्ट सर्किट का कारण बनने के लिए सिकुड़ना और ख़राब करना आसान नहीं है। Jiangsu Qingtao Energy Company, जो तकनीकी रूप से शिक्षाविद नान सेवेन, स्कूल ऑफ मैटेरियल्स, सिंघुआ विश्वविद्यालय के अनुसंधान समूह द्वारा समर्थित है, के पास इस संबंध में कुछ प्रतिनिधि उत्पाद हैं। काम।

इलेक्ट्रोलाइट

इलेक्ट्रोलाइट का तेज़-लिथियम चार्ज करने-आयन बैटरी के प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। फास्ट चार्जिंग और उच्च धारा के तहत बैटरी की स्थिरता और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, इलेक्ट्रोलाइट को निम्नलिखित विशेषताओं को पूरा करना चाहिए: ए) इसे विघटित नहीं किया जा सकता है, बी) चालकता उच्च होनी चाहिए, और सी) यह सकारात्मक और नकारात्मक के लिए निष्क्रिय है सामग्री, और प्रतिक्रिया या भंग नहीं कर सकता।

यदि इन आवश्यकताओं को पूरा करना है, तो कुंजी एडिटिव्स और कार्यात्मक इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करना है। उदाहरण के लिए, टर्नरी फास्ट रिचार्जेबल बैटरी की सुरक्षा इससे बहुत प्रभावित होती है, और उच्च तापमान प्रतिरोध, लौ रिटार्डेंट और एंटी-ओवरचार्जिंग के लिए विभिन्न एडिटिव्स को इसमें जोड़ा जाना चाहिए, ताकि कुछ हद तक इसकी सुरक्षा में सुधार हो सके। . लिथियम टाइटेनेट बैटरियों की लंबी -लंबी समस्या, उच्च तापमान पेट फूलना, को भी उच्च तापमान कार्यात्मक इलेक्ट्रोलाइट द्वारा सुधारना होगा।

बैटरी संरचना डिजाइन

एक विशिष्ट अनुकूलन रणनीति VS वाइंडिंग स्टैक्ड है। स्टैक्ड बैटरी के इलेक्ट्रोड एक समानांतर संबंध के बराबर होते हैं, और घुमावदार प्रकार एक श्रृंखला कनेक्शन के बराबर होता है। इसलिए, पूर्व का आंतरिक प्रतिरोध बहुत छोटा है, और यह शक्ति प्रकार के लिए अधिक उपयुक्त है। अवसर।

इसके अलावा, आप आंतरिक प्रतिरोध और गर्मी अपव्यय समस्याओं को हल करने के लिए टैब की संख्या पर भी कड़ी मेहनत कर सकते हैं। इसके अलावा, उच्च-चालकता इलेक्ट्रोड सामग्री का उपयोग करना, अधिक प्रवाहकीय एजेंटों का उपयोग करना, और पतले इलेक्ट्रोड को कोटिंग करना भी संभव रणनीतियाँ हैं।

अंत में, बैटरी के अंदर चार्ज मूवमेंट को प्रभावित करने वाले कारक और इंटरकलेटेड इलेक्ट्रोड होल्स की दर लिथियम बैटरी की फास्ट चार्जिंग क्षमता को प्रभावित करेगी।

फास्ट चार्जिंग तकनीक का भविष्य

इलेक्ट्रिक वाहनों की फास्ट चार्जिंग तकनीक चाहे ऐतिहासिक दिशा हो या पैन में फ्लैश, वास्तव में, अलग-अलग राय हैं और कोई निष्कर्ष नहीं है। चिंता को दूर करने के वैकल्पिक समाधान के रूप में, इसे बैटरी ऊर्जा घनत्व और समग्र वाहन लागत वाले प्लेटफॉर्म पर माना जाता है।

Energy density and fast charging performance, in the same battery, can be said to be incompatible in two directions, and cannot have both. The pursuit of battery energy density is currently the mainstream. When the energy density is high enough, a car has enough power to avoid the so-called "mileage anxiety", and the demand for battery rate charging performance will be reduced; at the same time, if the power is large, if the battery cost per kWh is not low enough, then whether it can be used Ding Kemao's purchase of electricity that is "not anxious" requires consumers to make a choice. Thinking about it this way, fast charging has the value of existence. Another angle is the cost of fast charging facilities, which is of course part of the cost of promoting electrification in the whole society.

क्या फास्ट चार्जिंग तकनीक को बड़े पैमाने पर बढ़ावा दिया जा सकता है, जो ऊर्जा घनत्व और फास्ट चार्जिंग तकनीक में तेजी से विकसित होती है, और दोनों में से कौन सी तकनीक लागत को कम करती है, इसके भविष्य में निर्णायक भूमिका निभा सकती है।