Uuden energian ydinkomponenttina litiumpariston lataus- ja purkuprosessi
Vuonna 2018 uusien energia-autojen ala on täynnä ruutia, ja pitkästä akun kestosta on tullut raskas tehtävä eri autoyrityksille kilpailla kotimarkkinoista. Suuret autoyritykset houkuttelevat yhä enemmän huippuluokan kuluttajia uusilla malleilla, joiden akunkesto on erittäin pitkä. Helmikuun lopussa Denza 500 paljastettiin virallisesti; maaliskuun lopussa Geely lanseerasi virallisesti uuden Emgrand EV450 -mallin; huhtikuun alussa BYD lanseerasi kolme uutta mallia, Qin EV450, e5450 ja Song EV400, joiden akunkesto on yli 400 kilometriä.
Teknisestä näkökulmasta virta-akku on kuitenkin ydin ja avain sähköajoneuvojen erittäin pitkän akun käyttöiän määrittämiseen. Kun otetaan esimerkiksi kaksi latausmenetelmää, joissa on ac-hidas lataus ja DC-pikalataus, oikea ja sopiva käyttötapa voi paitsi maksimoida virta-akun tehon myös pidentää akun käyttöikää. Tietämyksen popularisoinnin näkökulmasta sähköakkujen nykyisen energiatiheysteknologian tason perusteella on tarpeen antaa kuluttajien ymmärtää virta-akkujen lataus- ja purkuprosessi ja eri akkumateriaalien vaikutus lataus- ja purkukapasiteettiin, jotta voidaan kehittää oikeita käyttötapoja ja pidentää virtaa Akun käyttöikä varmistaa sähköajoneuvon pitkäkestoisen akun käyttöiän.
Lataus- ja poistoelektronit pakenevat toisiaan
Tällä hetkellä on olemassa kaksi suosittua sähköajoneuvoyritysten käyttämää virta-akkutyyppiä, joista toinen on litium-rautafosfaattiakku ja toinen on kolmas litiumparisto. Riippumatta siitä, millainen akku se on, latausprosessi voidaan kuitenkin jakaa karkeasti seuraaviin neljään vaiheeseen, nimittäin vakiovirtalatausvaiheeseen, vakiojännitteen latausvaiheeseen, täyteen latausvaiheeseen ja kelluvaan latausvaiheeseen.
Jatkuvassa latausvaiheessa latausvirta pidetään vakiona, latauskapasiteetti kasvaa nopeasti ja myös akun jännite kasvaa. Vakiojännitteen latausvaiheessa, kuten nimestä käy ilmi, latausjännite pysyy vakiona. Vaikka latauskapasiteetti kasvaa edelleen, akun jännite nousee hitaasti ja myös latausvirta laskee. Kun akku on ladattu täyteen, latausvirta laskee kelluvan kytkentävirran alapuolelle ja laturin latausjännite laskee kelluntajännitteeseen. Kelluvan latausvaiheen aikana latausjännite pysyy kelluntajännitteellä.
Litiumioniakkujen lataus- ja purkuprosessi on litiumionien interkalointi- ja deinterkalointiprosessi. Litiumionien interkalointi- ja deinterkalointiprosessissa siihen liittyy litiumioneja vastaavien elektronien interkalointi ja deinterkalointi (yleensä positiivista elektrodia edustaa interkalointi tai deinterkalointi, ja negatiivista elektrodia edustaa interkalointi tai deinterkalointi). Koko latausprosessin aikana positiivisen elektrodin elektronit kulkevat negatiiviseen elektrodiin ulkoisen piirin kautta, ja positiiviset litiumionit Li + kulkevat positiivisesta elektrodista elektrolyytin läpi kalvomateriaalin läpi ja lopulta saavuttavat negatiivisen elektrodin, jossa ne pysyvät ja yhdistyvät "resident" -elektroneihin Yhdessä, se pelkistetään Li: ksi, joka on upotettu negatiivisen elektrodin hiilimateriaaliin. Tiedot osoittavat, että negatiivisena elektrodina olevalla hiilellä on kerrostettu rakenne, ja siinä on monia mikrohuokosia. Negatiivisen elektrodin saavuttavat litiumionit upotetaan hiilikerroksen mikrohuokosiin. Mitä enemmän litiumioneja upotetaan, sitä suurempi latauskapasiteetti.
Päinvastoin, kun akku tyhjenee (eli akun käyttöprosessi), negatiiviseen elektrodihiilimateriaaliin upotettu Li menettää elektroneja, negatiivisen elektrodin elektronit "liikkuvat" positiiviseen elektrodiin ulkoisen piirin kautta, ja positiivinen litiumioni Li + ylittää negatiivisen elektrodin elektrolyytin, Se ylittää erottimen materiaalin, saavuttaa positiivisen elektrodin ja yhdistyy "resident" -elektronielektronien kanssa. Samoin mitä enemmän litiumioneja palasi positiiviseen elektrodiin, sitä suurempi on purkauksen kapasiteetti.
Neljä materiaalia tehokkuuden varmistamiseksi
Mikä rooli erilaisilla keskeisillä materiaaleilla (kuten positiivisilla elektrodimateriaaleilla, negatiivisilla elektrodimateriaaleilla, kalvoilla, elektrolyyteillä jne.) on virta-akkujen lataamisessa ja purkamisessa?
Ensimmäinen on positiivinen elektrodimateriaali. Positiivisen elektrodimateriaalin osalta aktiivinen materiaali on yleensä litiummanganaatti tai litiumkobaltaatti, litium nikkelikobolttimanganaatti ja muut materiaalit. Valtavirran tuotteissa käytetään enimmäkseen litium-rautafosfaattia.
Toinen on negatiivinen elektrodimateriaali. Negatiivinen elektrodimateriaali on karkeasti jaettu hiilinegatiiviseen elektrodiin, tinapohjaiseen negatiiviseen elektrodiin, litiumsiirtymämetallinitridinegatiiviseen elektrodiin, seosnegatatiiviseen elektrodiin, nanoasteikon negatiiviseen elektrodiin ja nanomateriaaleihin. Niistä litiumioniakuissa todella käytetyt negatiiviset elektrodimateriaalit ovat pohjimmiltaan hiilimateriaaleja, kuten keinotekoinen grafiitti, luonnongrafiitti, mesofaasihiilimikrosfäärit, maaöljykoksi, hiilikuitu, pyrolyysihartsihihiili jne. Nanooksidimateriaalien osalta on raportoitu, että litiumparistojen uuden energiateollisuuden viimeisimmän markkinakehityssuuntauksen mukaan vuonna 2009 jotkut yritykset ovat alkaneet käyttää nano-titaanioksidia ja nano-piioksidia perinteisten grafiitin, tinaoksidin ja hiilinanoputkien lisäämiseen. , parantaa huomattavasti litiumparistojen lataus- ja purkauskapasiteettia ja latausten purkautumisaikoja.
Kolmas on elektrolyyttiliuos, yleensä litiumsuola, kuten litiumperkloraatti (LiClO4), litiumheksafluorofosfaatti (LiPF6), litiumtetrafluorobori (LiBF4) ja vastaavat. Koska akun käyttöjännite on paljon suurempi kuin veden hajoamisjännite, orgaanisia liuottimia käytetään usein litiumioniakuissa. Orgaaniset liuottimet tuhoavat kuitenkin usein grafiitin rakenteen latauksen aikana, jolloin se irtoaa ja muodostaa pinnalle kiinteän elektrolyyttikalvon, mikä johtaa elektrodin passivaatioon. . Se voi myös aiheuttaa turvallisuusongelmia, kuten syttyvyyttä ja räjähdystä.
Neljäs on erotin. Yhtenä akun tärkeimmistä komponenteista erottimen suorituskyvyn edut määrittävät akun liitäntärakenteen ja sisäisen kestävyyden, mikä puolestaan vaikuttaa akun kapasiteettiin, syklin suorituskykyyn, lataus- ja purkausvirran tiheyteen ja muihin keskeisiin ominaisuuksiin. Yleisesti ottaen on olemassa useita yleisesti käytettyjä erottimia, kuten yksi- ja monikerroksisia erottimia. On selvää, että jotkut kotimaiset yritykset valitsevat hieman paksummat kalvot, ja jotkut yritykset käyttävät kalvoja, joiden paksuus on 31 kerrosta. Kalvotuotannon korkean teknisen kynnyksen vuoksi kotimaisen litiumioniakkukalvoteknologian ja ulkomaisten maiden välillä on edelleen jonkin verran kuilua.
Tietojen mukaan kalvo on erityisesti muodostunut polymeerikalvo, jolla on mikrohuokoinen rakenne. Elektrolyytin imeytymisen jälkeen se voi eristää positiiviset ja negatiiviset elektrodit oikosulkujen estämiseksi. Samalla se tarjoaa mikrohuokoisen kanavan litiumioniakulle lataus- ja purkutoiminnon ja nopeuden suorituskyvyn toteuttamiseksi ja litiumionien johtamisen toteuttamiseksi. Kun akku on yliladattu tai lämpötila muuttuu suuresti, erotin estää virranjohtamisen suljettujen huokosten läpi räjähdyksen estämiseksi.
