リチウム電池の急速充電容量に影響を与える要因は何ですか？

各リチウム電池には、さまざまな状態パラメータと環境パラメータの下で最適な充電電流値があります。それでは、バッテリーの構造から、この最適な充電値に影響を与える要因は何ですか？

充電の微視的プロセス

リチウム電池は「ロッキングチェア型」電池と呼ばれ、充電されたイオンが正極と負極の間を移動して、電荷の移動、外部回路への電力供給、または外部電源からの充電を実現します。特定の充電プロセス中に、外部電圧がバッテリーの2つの極に印加され、リチウムイオンが正極材料からデインターカレートされて電解質に入り、過剰な電子が正極集を介して生成され、負極に移動します。外部回路を介して;リチウムイオンは電解質に含まれています。正極は負極に向かって移動し、セパレータを通過して負極に到達します。負極の表面を通過するSEI膜は、負極の黒鉛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バッテリー構造は、急速充電性能に影響を与えます。

急速充電、バッテリーのすべての部分の要件

電池の場合、電力性能を向上させたい場合は、正極、負極、電解質、ダイヤフラム、構造設計など、電池のあらゆる面で一生懸命働く必要があります。

正極

実際、ほとんどすべての種類の正極材料を使用して、急速に充填される電池を作ることができます。保証が必要な主な性能には、コンダクタンス（内部抵抗の低減）、拡散（反応速度の保証）、寿命（説明する必要はありません）、および安全性（不要）が含まれます。説明）、適切な処理性能（安全サービスのために、比表面積が大きすぎて副反応を減らすことはできません）。

もちろん、特定の材料ごとに解決すべき問題は異なる場合がありますが、一般的なカソード材料は一連の最適化によって最適化できますが、材料が異なれば次のようになります。

A.リン酸鉄リチウムは、コンダクタンスと低温の問題の解決により重点を置くことができます。カーボンコーティング、中程度のナノ結晶化（中程度であり、単純なロジックほど細かくはないことに注意してください）、粒子の表面でのイオン伝導体の形成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、特に電池の分野で、冶金材料の性能改善に対する解毒剤ではありません。システム内で多くの反応が発生することがあります。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。最近のバッテリー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、マンガン酸リチウムの急速充電バッテリーが数多く市場に出回っています。

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。急速充電と大電流によって引き起こされる過度に高い電位は、負極電位をより負にします。このとき、リチウムを急速に受け入れる負極の圧力が大きくなり、リチウムデンドライトが発生する傾向が大きくなります。したがって、負極は急速充電中のリチウム拡散を満たすだけでなく、リチウムデンドライト形成の増加傾向によって引き起こされる安全性の問題を解決する必要があります。したがって、急速充電コアの主な技術的困難は、リチウムイオンの挿入です。負極。

A.現在、市場で主流のアノード材料は依然としてグラファイト（市場シェアの約90％を占める）であり、根本原因はなく、安価であり、グラファイトの包括的な処理性能とエネルギー密度は優れています。不利な点は比較的少ないです。 。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。そのため、主に黒鉛表面処理を行い、構造安定性を向上させ、基板方向へのリチウムイオンの拡散を促進する必要があります。

B.ハードカーボンおよびソフトカーボン材料も近年開発されています。ハードカーボン材料は、リチウム挿入の可能性が高く、材料に微細孔があり、反応速度が良好です。軟質炭素材料は電解質との適合性が良好です。MCMB材料も非常に代表的ですが、硬質炭素材料と軟質炭素材料は一般に効率が低く、コストが高くなります（そして、グラファイトが産業の観点から私が望むほど安いと想像してください。ビュー）、したがって、現在の使用量はグラファイトよりもはるかに少なく、いくつかの特別なバッテリーでより多く使用されています。

C.チタン酸リチウムはどうですか？簡単に言うと、チタン酸リチウムには、電力密度が高く、安全で、明らかな欠点があるという利点があります。エネルギー密度は非常に低く、Whによる計算コストは高くなります。したがって、チタン酸リチウム電池の観点は、特定の状況で有利な有用な技術ですが、コストと航続距離が高い多くの場合には適していません。

D.シリコンアノード材料は重要な開発の方向性です。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プロセスを開始しました。しかし、ナノテクノロジーにおける性能の追求と電池業界の材料に対する一般的なミクロンスケー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

パワーバッテリーの場合、大電流動作は安全性と寿命に対するより高い要件を提供します。ダイヤフラムコーティング技術は切り離せません。セラミックコーティングされた膜は、その高い安全性と電解質中の不純物を消費する能力のために急速に押しのけられています。特に三元電池の安全性については、特に安全効果が顕著です。

セラミックダイアフラムで現在使用されている主なシステムは、従来のダイアフラムの表面にアルミナ粒子をコーティングすることです。比較的新しいアプローチは、固体電解質繊維を膜にコーティングすることです。このような膜は内部抵抗が低く、膜に対する繊維の機械的支持効果がより優れており、使用中にダイアフラム穴を塞ぐ傾向が低くなります。

コーティング後、セパレーターは良好な安定性を示します。比較的高温でも収縮・変形しにくく、ショートします。清華大学材料学部の学術研究者の技術サポートである江蘇青島エネルギー株式会社は、この点でいくつかの代表的な側面を持っています。

電解質

電解質は、急速充電されたリチウムイオン電池の性能に大きな影響を与えます。急速充電および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）導電率が高い、C）正および負の材料に対して不活性、反応できないまたは溶解します。

これらの要件を満たす必要がある場合、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、三元急速充電バッテリーの安全性は、それによって大きく影響されます。それらをある程度保護するために、様々な抗高温難燃性および抗過充電添加剤を添加する必要があります。古いチタン酸リチウム電池の問題、高温鼓腸だけでなく、改善するために高温機能性電解質に依存しています。

バッテリー構造の設計

典型的な最適化戦略は、スタックVS巻線タイプです。積層電池の電極は並列関係に相当し、巻線タイプは直列接続に相当します。したがって、前者の内部抵抗ははるかに小さく、パワータイプの場合により適しています。

さらに、極の数に一生懸命取り組んで、内部抵抗と熱放散の問題を解決することができます。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電極空洞の埋め込み速度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。

急速充電技術の未来

電気自動車の急速充電技術は、歴史の方向性または過去の垣間見ることです。実際、さまざまな意見があり、結論はありません。走行距離の不安を解決する代わりに、バッテリーのエネルギー密度と全体的な車両コストを備えたプラットフォームで検討されています。

同じバッテリーでのエネルギー密度と急速充電性能は、両方向ではなく、両方向で互換性がないと言えます。現在、バッテリーのエネルギー密度の追求が主流です。エネルギー密度が十分に高く、1台の車の負荷がいわゆる「走行距離の不安」を回避するのに十分な大きさである場合、バッテリーレートの充電性能に対する要求は減少します。同時に、電力は大きく、バッテリー電力のコストが十分に低くない場合、「心配しない」電力のDing Kezhenの購入が必要かどうかは、消費者が選択する必要があります。あなたがそれについて考えるならば、速い充電は価値があるでしょう。もう一つの角度は、急速充電設備のコストです。これはもちろん、社会全体を電化するコストの一部です。

急速充電技術を広く普及させることができるかどうか、エネルギー密度と急速充電技術をより早く開発し、2つの技術のコストを大幅に削減するかどうかは、彼らの将来に決定的な役割を果たす可能性があります。

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