リチウム電池の急速充電容量を制限する要因は何ですか？

充電の微視的プロセス

リチウム電池は「ロッカータイプ」電池と呼ばれ、電気イオンが正極と負極の間を移動し、電荷移動、外部回路への供給、または外部電源からの充電を行います。特定の充電プロセスでは、外部電圧がバッテリーの2つの極に負荷され、リチウムイオンが正極材料から埋め込まれなくなり、電解液に入ります。同時に、過剰な電子は正極セット流体を介して生成され、外部回路を介して負極に移動します。リチウムイオンは電解液中で正から負に移動し、ダイヤフラムを通過して負電極に到達します。負の表面を通過するSEI膜は、負のグラファイト層状構造に埋め込まれ、電子に結合します。

イオンと電子の動作全体を通して、電気化学的であろうと物理的であろうと、電荷移動に影響を与えるセル構造は、急速充電性能に影響を及ぼします。

急速充電、バッテリーのすべての部品の要件

バッテリーの場合、電力性能を向上させたい場合は、プラス、マイナス、電解質、ダイアフラム、構造設計など、バッテリーのすべての部分で作業する必要があります。

正極

実際、あらゆる種類の正極材料を使用して急速充電バッテリーを製造できます。保証される主な特性には、導電率（内部抵抗の低減）、拡散（反応速度論の保証）、寿命（説明不要）、安全性（説明不要）が含まれます。 ）、適切な処理性能（表面積に対して大きすぎない、副作用の低減、セキュリティのため）。もちろん、特定の材料ごとに解決すべき問題に違いがあるかもしれませんが、私たちの一般的なポジティブ材料は一連の最適化を通じてこれらの要件を満たすことができますが、異なる材料も異なります：

A、リン酸鉄リチウムは、導電率と低温の問題を解決することに焦点を当てている可能性があります。カーボンコーティング、適度なナノテクノロジー（注、適度、絶対に細かくて単純なロジックではない）、粒子の表面のイオン伝導体の処理が最も典型的な戦略です。

B、三元材料自体の導電率は比較的良好ですが、その反応性が高すぎるため、三元材料はナノ結晶化の仕事がほとんどありません（ナノ結晶化は、特に冶金材料の性能改善に対する解毒剤ではありません電池の分野。システム内で多くの反応が起こることがあります。安全性と抑制（および電解質）の副作用にさらに注意が払われます。結局のところ、三元材料の主な目標は安全性です。最近の電池の安全事故も頻繁に発生します。より高い要件が提起されました。

C、マンガン酸リチウムは生命にとってより重要であり、市場にはマンガン酸リチウムの急速充電式電池もたくさんあります。

負極

リチウムイオン電池が充電されると、リチウムは負極に移動します。大電流の急速充電によって引き起こされる過度に高い電位は、より負の電位につながります。現在、市場で支配的なアノード材料はまだグラファイト（市場シェアの約90％）であり、根本的な原因は彼ではありません-安い（毎日高すぎる、感嘆符！）、そして包括的な処理性能とグラファイトのエネルギー密度は比較的良好で、欠点は比較的小さいです。もちろん、グラファイトアノードにも問題があります。表面は電解質に敏感であり、リチウムインターカレーション反応は強い方向性を持っています。したがって、主に黒鉛表面処理を行い、構造安定性を向上させ、基板上でのリチウムイオンの拡散を促進するために一生懸命働く必要があります。方向。

A、現在市場を支配しているネガティブな素材はまだグラファイトです（市場シェアの約90％を占めています）。基本的な理由は何もありません-安い（バッテリー、感嘆符を常に恐れています！）、そしてグラファイトの包括的な処理性能、エネルギー密度は比較的良好で、欠点は比較的少ないです。もちろん、グラファイトの負極にも問題があります。表面は電解質に対してより敏感です。リチウムの埋め込み反応には強い方向性があります。したがって、グラファイトの表面処理、その構造安定性の向上、およびベース上でのリチウムイオンの拡散の促進が主なニーズです。努力の方向。

B、ハードカーボンおよびソフトカーボン材料も近年多く開発されています。ハードカーボン材料はリチウムポテンシャルが高く、材料に微細孔があるため、反応速度は良好です。ソフトカーボン材料と電解質の相溶性は良好で、MCMB材料も非常に代表的ですが、ハードカーボン材料とソフトカーボン材料の一般的な効率は低く、コストは高くなります（そしてグラファイトと同じくらい安いので、恐れています産業の観点からは有望ではありません）。したがって、現在の量はグラファイトよりはるかに少ないです。いくつかの特別なバッテリーについてはもっと。

C、チタン酸リチウムとは何かと聞かれる方もいらっしゃいます。簡単に言えば、チタン酸リチウムには、高電力密度、安全性、明らかな欠点、低エネルギー密度、およびWh単位の高コストという利点があります。したがって、チタン酸リチウム電池に関する著者の見解は、特定の状況で利点がある有用な技術であるというものでしたが、コストと走行距離の要件が高い多くの場合には適していません。

D、シリコン負極材料は重要な開発の方向性であり、パナソニックの新しい18650バッテリーはそのような材料の商業的プロセスを開始しました。しかし、ナノ結晶の性能と電池業界の一般的なミクロンレベルの要件との間のバランスをどのように達成するかは、依然として困難な課題です。

ダイヤフラム

パワータイプのバッテリーの場合、大電流動作により、安全性と寿命に対する要件が高くなります。ダイヤフラムコーティング技術は解かれ、セラミックコーティングダイヤフラムは安全性が高く、特に三元電池の安全性を向上させるために電解液中の不純物を消費する可能性があるため、急速に押しのけられています。セラミックダイアフラムで使用されている現在のシステムは、従来のダイアフラムの表面に酸化アルミニウム粒子をコーティングすることです。より新しいアプローチは、ダイアフラムに固体電解質繊維を適用することです。このようなダイヤフラムの内部抵抗は低く、ダイアフラムにはファイバーが使用されています。機械的サポート効果が優れています。さらに、使用中にダイヤフラム穴を塞ぐ傾向が低くなります。

電解質

電解質は、急速充電リチウムイオン電池の性能に大きな影響を与えます。急速充電大電流下でのバッテリーの安定性と安全性を確保するために、電解質は次の特性を満たす必要があります：A）分解できない、B）高い導電性、C）正極および負極材料に対して不活性、できない反応または溶解します。これらの要件を満たしたい場合、重要なのは添加剤と機能性電解質を使用することです。たとえば、三元急速充電式電池の安全性は、それによって大きく影響されます。安全性をある程度高めるためには、さまざまな耐高温・難燃・帯電防止添加剤を添加する必要があります。チタン酸リチウム電池の古くて難しい問題である高温ガスも、改善するために高温機能性電解質に依存しなければなりません。

バッテリー構造の設計

典型的な最適化戦略は、積層VS巻線タイプです。積層電池の電極は非常に平行で、巻線タイプは完全に直列に接続されています。したがって、前者は内部抵抗がはるかに小さく、電力タイプの状況により適しています。さらに、極耳の数に取り組んで、内部抵抗と熱放散の問題を解決することもできます。さらに、高導電性電極材料の使用、より導電性の高い薬剤の使用、およびより薄い電極のコーティングも考慮できる戦略です。

要するに、電池の内部充電の動きと埋め込まれた電極の正孔率に影響を与える要因は、リチウム電池の急速充電能力に影響を与えます。

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