Szybkość ładowania i rozładowania akumulatora litowo-jonowego jest bezpośrednio związana z ruchliwością jonów litu na dodatnich i ujemnych elektrodach, elektrolicie i interfejsie między nimi. Rezystancja wewnętrzna) wpłynie na szybkość ładowania i rozładowania akumulatorów litowo-jonowych. Ponadto szybkość rozpraszania ciepła wewnątrz baterii jest również ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność szybkości. Jeśli szybkość rozpraszania ciepła jest niska, ciepło nagromadzone podczas szybkiego ładowania i rozładowywania nie może zostać odprowadzone, co poważnie wpłynie na bezpieczeństwo i żywotność akumulatora litowo-jonowego. Dlatego badania i ulepszanie wydajności szybkości ładowania-rozładowania akumulatorów litowo-jonowych rozpoczynają się głównie od dwóch aspektów: poprawy szybkości migracji litowo-jonowej i szybkości rozpraszania ciepła wewnątrz akumulatora.

1. Poprawić zdolność dyfuzji jonów litu elektrody dodatniej i ujemnej

Szybkość, z jaką jony litu są deinterkalowane i interkalowane wewnątrz dodatniego/ujemnego materiału aktywnego, czyli szybkość, z jaką jony litu wyczerpują się z dodatniego/ujemnego materiału aktywnego , lub wprowadź aktywny materiał z dodatniej/ujemnej powierzchni, aby znaleźć miejsce do "domu" Jaka jest prędkość, która jest ważnym czynnikiem wpływającym na szybkość ładowania i rozładowania.


Na przykład każdego roku na całym świecie odbywa się wiele maratonów. Choć wszyscy startują w tym samym czasie, szerokość drogi jest ograniczona, a wiele osób (czasem nawet kilkadziesiąt tysięcy) uczestniczy, powodując wzajemne stłoczenie i zdrowie fizyczne uczestników. Jakość jest nierówna, a drużyna zawodów ostatecznie stanie się bardzo długim frontem. Niektórzy szybko dotarli do mety, niektórzy spóźnili się kilka godzin, a niektórzy zapadli w śpiączkę i zatrzymali się w połowie drogi.

Dyfuzja i ruch jonów litu na biegunach dodatnich i ujemnych jest w zasadzie podobny do maratonu. Są powolni i szybcy biegacze. Dodatkowo długość drogi wybranej przez każdą osobę jest inna, co poważnie ogranicza czas do zakończenia wyścigu (wszyscy skończyli bieg). Więc nie chcemy biegać w maratonie. Lepiej, żeby każdy przebiegł 100 metrów. Dystans jest na tyle krótki, że każdy może szybko dotrzeć do mety. Poza tym tor powinien być wystarczająco szeroki, nie zatłoczony między sobą, a droga nie powinna być kręta i kręta. Linia prosta jest najlepsza ze wszystkich, aby obniżyć poziom trudności gry. W efekcie sędzia wydał rozkaz, tysiące żołnierzy pospieszyło do mety razem, gra szybko się skończyła, a mnożnik wypadł znakomicie.

Przy materiale katodowym mamy nadzieję, że nabiegunnik powinien być wystarczająco cienki, czyli grubość materiału aktywnego powinna być mała, co jest równoznaczne ze skróceniem dystansu bieżni, więc mamy nadzieję na zwiększenie gęstości zagęszczenia jak najwięcej materiału katodowego. Wewnątrz aktywnego materiału powinno być wystarczająco dużo przerw w porach, aby pozostawić kanał dla współzawodnictwa jonów litu. Jednocześnie te „ścieżki” powinny być równomiernie rozłożone, nie w niektórych miejscach, ale nie w niektórych miejscach. Wymaga to optymalizacji struktury materiału elektrody dodatniej. Zmień odległość i strukturę między cząstkami, aby uzyskać równomierny rozkład. Powyższe dwa punkty są w rzeczywistości sprzeczne. Jeśli gęstość zagęszczenia jest zwiększona, chociaż grubość staje się cieńsza, szczelina między cząstkami stanie się mniejsza, a pas startowy będzie wyglądał na zatłoczony. Wręcz przeciwnie, utrzymywanie pewnej szczeliny między cząstkami nie sprzyja rozrzedzaniu materiału. Dlatego konieczne jest znalezienie punktu równowagi, aby osiągnąć najlepszą szybkość migracji jonów litu.


Ponadto materiały katodowe z różnych materiałów mają istotny wpływ na współczynnik dyfuzji jonów litu. Dlatego wybór materiału katodowego o stosunkowo wysokim współczynniku dyfuzji jonów litu jest również ważnym kierunkiem poprawy wydajności szybkości.

Idea przetwarzania materiału elektrody ujemnej jest podobna do tej z materiału elektrody dodatniej. Rozpoczyna się głównie od struktury, rozmiaru i grubości materiału, aby zmniejszyć różnicę stężeń jonów litu w materiale elektrody ujemnej i poprawić zdolność dyfuzji jonów litu w materiale elektrody ujemnej. Biorąc za przykład materiały anodowe oparte na węglu, w ostatnich latach badania nad materiałami nanowęglowymi (nanorurki, nanodruty, nanosfery itp.) mogą znacznie poprawić powierzchnię właściwą, strukturę wewnętrzną i kanał dyfuzyjny, a tym samym znacznie poprawić wydajność szybkości materiału elektrody ujemnej.

2. Popraw przewodność jonową elektrolitu

Jony litu biorą udział w wyścigu w materiale elektrody dodatniej/ujemnej, ale pływają w elektrolicie.

W zawodach pływackich to, jak zmniejszyć opór wody (elektrolitu) stało się kluczem do poprawy szybkości. W ostatnich latach pływacy na ogół noszą kostiumy rekina, które mogą znacznie zmniejszyć opór wody na powierzchni ludzkiego ciała, poprawiając w ten sposób wyniki sportowców i stało się to bardzo kontrowersyjnym tematem.

Jony litu muszą przemieszczać się tam iz powrotem między dodatnią i ujemną elektrodą, podobnie jak pływanie w „basenie” utworzonym przez elektrolit i pojemnik na baterie. wpływy. Elektrolity organiczne stosowane obecnie w akumulatorach litowo-jonowych, zarówno ciekłe, jak i stałe, mają niską przewodność jonową. Rezystancja elektrolitu staje się ważną częścią całej rezystancji akumulatora, a jej wpływu na wysoką wydajność akumulatorów litowo-jonowych nie można zignorować.

Oprócz poprawy przewodności jonowej elektrolitu należy również skoncentrować się na stabilności chemicznej i termicznej elektrolitu. Podczas szybkiego ładowania i rozładowania okno elektrochemiczne akumulatora jest bardzo zróżnicowane. Jeśli stabilność chemiczna elektrolitu nie jest dobra, na powierzchni materiału elektrody dodatniej łatwo ulega utlenieniu i rozkładowi, co wpływa na przewodność jonową elektrolitu. Stabilność termiczna elektrolitu ma ogromny wpływ na bezpieczeństwo i żywotność baterii litowo-jonowej, ponieważ podczas termicznego rozkładu elektrolitu powstaje dużo gazu, co z jednej strony stanowi ukryte zagrożenie dla bezpieczeństwa baterii, a z drugiej strony niektóre gazy są szkodliwe dla powierzchni elektrody ujemnej. Folia SEI ma destrukcyjny efekt,

Dlatego wybór elektrolitu o wysokiej przewodności litowo-jonowej, dobrej stabilności chemicznej i termicznej oraz dopasowanych materiałach elektrod jest ważnym kierunkiem poprawy wydajności akumulatorów litowo-jonowych.

3. Zmniejsz rezystancję wewnętrzną akumulatora

Istnieje kilka różnych substancji i interfejsów między substancjami, które są tu zaangażowane, oraz wartościami rezystancji, które tworzą, ale wszystkie mają wpływ na przewodzenie jonów/elektronów.

Ogólnie rzecz biorąc, środek przewodzący jest dodawany do materiału aktywnego elektrody dodatniej, zmniejszając w ten sposób rezystancję styku między materiałami aktywnymi, między materiałem aktywnym a matrycą elektrody dodatniej/kolektorem prądu, poprawiając przewodność elektryczną (przewodność jonową i elektroniczną) dodatniego materiał elektrody i poprawa wydajności szybkości. Czynniki przewodzące z różnych materiałów i kształtów wpływają na rezystancję wewnętrzną akumulatora, wpływając tym samym na jego wydajność.

Kolektory prądu (zaczepy biegunowe) elektrody dodatniej i ujemnej są nośnikami transferu energii elektrycznej między akumulatorem litowo-jonowym a światem zewnętrznym. Wartość rezystancji odbieraków prądu ma również duży wpływ na wydajność baterii. W związku z tym, zmieniając materiał, rozmiar, metodę ekstrakcji, proces łączenia itp. kolektora prądu, można poprawić wydajność i żywotność akumulatora litowo-jonowego.

Stopień infiltracji między elektrolitem a materiałami dodatnimi i ujemnymi wpłynie na rezystancję styku na granicy między elektrolitem a elektrodą, wpływając w ten sposób na wydajność akumulatora. Całkowita ilość elektrolitu, lepkość, zawartość zanieczyszczeń, pory materiałów dodatnich i ujemnych itp. zmienią impedancję styku między elektrolitem a elektrodą, co jest ważnym kierunkiem badawczym mającym na celu poprawę wydajności szybkości.

Podczas pierwszego cyklu baterii litowo-jonowej, gdy jony litu są wprowadzane do elektrody ujemnej, na elektrodzie ujemnej utworzy się warstwa elektrolitu półprzewodnikowego (SEI). Chociaż folia SEI ma dobrą przewodność jonową, nadal wpływa na dyfuzję jonów litu. Ma pewien efekt utrudnienia, zwłaszcza przy szybkim ładowaniu i rozładowywaniu. Wraz ze wzrostem liczby cykli folia SEI będzie dalej odpadać, odklejać się i osadzać na powierzchni elektrody ujemnej, powodując stopniowy wzrost rezystancji wewnętrznej elektrody ujemnej, co staje się czynnikiem wpływającym na wydajność cyklu. Dlatego kontrolowanie zmienności folii SEI może również poprawić wydajność akumulatorów litowo-jonowych podczas długotrwałej jazdy na rowerze.

Ponadto szybkość wchłaniania cieczy i porowatość separatora również mają duży wpływ na przechodzenie jonów litu, a także w pewnym stopniu wpływają na wydajność szybkości (stosunkowo małą) akumulatorów litowo-jonowych.