Швидкість заряду й розряду літій-іонної батареї безпосередньо пов’язана з рухливістю іонів літію на позитивному та негативному електродах, електроліті та межі розділу між ними. Внутрішній опір) впливатиме на швидкість заряду й розряду літій-іонних акумуляторів. Крім того, швидкість розсіювання тепла всередині батареї також є важливим фактором, що впливає на продуктивність швидкості. Якщо швидкість розсіювання тепла низька, тепло, накопичене під час високошвидкісного заряджання та розряджання, не може бути передано назовні, що серйозно вплине на безпеку та термін служби літій-іонної батареї. Таким чином, дослідження та покращення показників швидкості заряду та розряду літій-іонних акумуляторів в основному починаються з двох аспектів: покращення швидкості міграції літій-іонів та швидкості розсіювання тепла всередині акумулятора.

1. Поліпшення дифузійної здатності іонів літію позитивного та негативного електродів

Швидкість, з якою іони літію деінтеркалюються та інтеркалюються всередину позитивного/негативного активного матеріалу, тобто швидкість, з якою іони літію витікають із позитивного/негативного активного матеріалу , або ввести активний матеріал з позитивної/негативної поверхні, щоб знайти місце для «дому». Наскільки швидка швидкість, що є важливим фактором, що впливає на швидкість заряджання та розряджання.


Наприклад, у світі щороку проводиться багато марафонів. Незважаючи на те, що всі стартують одночасно, ширина дороги обмежена, і бере участь багато людей (іноді до десятків тисяч), що спричиняє взаємне скупчення людей і фізичне здоров’я учасників. Якість нерівномірна, і команда змагань з часом стане наддовгим фронтом. Хтось прийшов на фініш швидко, хтось запізнився на кілька годин, а хтось впав у кому і зупинився на півдорозі.

Дифузія та рух іонів літію на позитивному та негативному полюсах в основному подібні до марафону. Є повільні бігуни і швидкі бігуни. Крім того, довжина дороги, яку обирає кожна людина, різна, що серйозно обмежує час до закінчення гонки (всі фінішували). Отже, ми не хочемо бігти марафон. Краще всім пробігти 100 метрів. Дистанція досить коротка, щоб усі могли швидко дістатися до фінішу. Крім того, траса повинна бути досить широкою, не тиснути один на одного, а дорога не повинна бути звивистою і звивистою. Пряма лінія найкраще, щоб знизити складність гри. У підсумку арбітр віддав наказ, тисячі військ дружно кинулися до фінішу, гра закінчилася швидко, а множник був відмінним.

Що стосується матеріалу катода, ми сподіваємося, що полюсний наконечник має бути достатньо тонким, тобто товщина активного матеріалу має бути невеликою, що еквівалентно скороченню дистанції гонки, тому ми сподіваємося збільшити щільність ущільнення матеріалу катода, наскільки це можливо. Усередині активного матеріалу повинно бути достатньо пор, щоб залишити канал для конкуренції іонів літію. При цьому ці «доріжки» повинні бути рівномірно розподілені не подекуди, але й не подекуди. Це вимагає оптимізації структури матеріалу позитивного електрода. Змініть відстань і структуру між частинками, щоб досягти рівномірного розподілу. Вищезазначені два пункти насправді суперечать один одному. Якщо щільність ущільнення збільшується, хоча товщина стає меншою, проміжок між частинками стане меншим, і злітно-посадкова смуга буде здаватися людною. Навпаки, збереження певного зазору між частинками не сприяє розрідженню матеріалу. Тому необхідно знайти точку балансу для досягнення найкращої швидкості міграції іонів літію.


Крім того, катодні матеріали з різних матеріалів мають значний вплив на коефіцієнт дифузії іонів літію. Таким чином, вибір матеріалу катода з відносно високим коефіцієнтом дифузії іонів літію також є важливим напрямком для покращення швидкісних характеристик.

Ідея обробки матеріалу негативного електрода подібна до матеріалу позитивного електрода. В основному це починається зі структури, розміру та товщини матеріалу, щоб зменшити різницю концентрації іонів літію в матеріалі негативного електрода та покращити дифузійну здатність іонів літію в матеріалі негативного електрода. Взявши як приклад анодні матеріали на основі вуглецю, в останні роки дослідження нановуглецевих матеріалів (нанотрубок, нанодротів, наносфер тощо) можуть значно покращити питому поверхню, внутрішню структуру та дифузійний канал, тим самим значно підвищивши продуктивність швидкості матеріалу негативного електрода.

2. Поліпшення іонної провідності електроліту

Іони літію змагаються в матеріалі позитивного/негативного електрода, але плавають в електроліті.

У змаганнях з плавання, як зменшити опір води (електроліту), стало ключем до покращення швидкості. В останні роки плавці зазвичай носять костюми акул, які можуть значно зменшити опір, який утворює вода на поверхні людського тіла, тим самим покращуючи результати спортсменів, і це стало дуже суперечливою темою.

Іони літію повинні переміщатися вперед і назад між позитивним і негативним електродами, подібно до плавання в «плавальному басейні», утвореному електролітом і корпусом батареї. вплив. Органічні електроліти, які зараз використовуються в літій-іонних батареях, будь то рідкі або тверді електроліти, мають низьку іонну провідність. Опір електроліту стає важливою частиною загального опору акумулятора, і його вплив на високу продуктивність літій-іонних акумуляторів не можна ігнорувати.

Окрім покращення іонної провідності електроліту, необхідно також зосередитися на хімічній та термічній стабільності електроліту. Під час високої швидкості заряджання та розряджання електрохімічне вікно батареї змінюється в широких межах. Якщо хімічна стабільність електроліту погана, він легко окислюється та розкладається на поверхні матеріалу позитивного електрода, що впливає на іонну провідність електроліту. Термічна стабільність електроліту має великий вплив на безпеку та термін служби літій-іонної батареї, оскільки під час термічного розкладання електроліту утворюється багато газу, що, з одного боку, становить приховану небезпеку для безпеки батареї, а з іншого боку, деякі гази шкідливі для поверхні негативного електрода. Плівка SEI має руйнівну дію,

Таким чином, вибір електроліту з високою літій-іонною провідністю, хорошою хімічною та термічною стабільністю, а також підбір електродних матеріалів є важливим напрямком покращення швидкісних характеристик літій-іонних батарей.

3. Зменште внутрішній опір батареї

Існує кілька різних речовин і поверхонь між речовинами, які беруть участь тут, і значення опору, які вони утворюють, але всі вони впливають на провідність іонів/електронів.

Як правило, провідний агент додається всередину активного матеріалу позитивного електрода, тим самим зменшуючи контактний опір між активними матеріалами, між активним матеріалом і матрицею позитивного електрода/струмоприймачем, покращуючи електропровідність (іонну та електронну провідність) позитивного електрода. електродного матеріалу та підвищення продуктивності. Провідники з різних матеріалів і форм впливатимуть на внутрішній опір батареї, тим самим впливаючи на її продуктивність.

Струмоприймачі (полюсні виступи) позитивного і негативного електродів є носіями передачі електричної енергії між літій-іонним акумулятором і зовнішнім світом. Величина опору струмоприймачів також має великий вплив на швидкість роботи акумулятора. Таким чином, шляхом зміни матеріалу, розміру, методу вилучення, процесу підключення тощо струмоприймача можна покращити продуктивність і термін служби літій-іонної батареї.

Ступінь інфільтрації між електролітом і позитивними і негативними матеріалами впливатиме на контактний опір на межі між електролітом і електродом, тим самим впливаючи на продуктивність батареї. Загальна кількість електроліту, в’язкість, вміст домішок, пори позитивних і негативних матеріалів тощо змінять контактний імпеданс між електролітом і електродом, що є важливим напрямком досліджень для покращення продуктивності.

Під час першого циклу роботи літій-іонної батареї, коли іони літію вставляються в негативний електрод, на негативному електроді утворюється плівка твердотільного електроліту (SEI). Хоча плівка SEI має хорошу іонну провідність, вона все ще впливає на дифузію іонів літію. Він має певну перешкоджаючу дію, особливо при високій швидкості зарядки та розрядки. Зі збільшенням кількості циклів плівка SEI буде продовжувати відпадати, відшаровуватися та осідати на поверхні негативного електрода, що призводить до поступового збільшення внутрішнього опору негативного електрода, що стає фактором, що впливає на продуктивність циклу. Таким чином, контроль зміни плівки SEI також може покращити продуктивність літій-іонних акумуляторів під час тривалої роботи.

Крім того, швидкість поглинання рідини та пористість сепаратора також мають великий вплив на проходження іонів літію, а також певною мірою впливають на швидкість (відносно невелику) літій-іонних батарей.