Lade-utladningshastigheten til et litiumionbatteri er direkte relatert til mobiliteten til litiumioner ved de positive og negative elektrodene, elektrolytten og grensesnittet mellom dem. Den interne motstanden) vil påvirke ytelsen til lade-utladingshastigheten til litium-ion-batterier. I tillegg er varmespredningshastigheten inne i batteriet også en viktig faktor som påvirker hastighetsytelsen. Hvis varmespredningshastigheten er langsom, kan ikke varmen som samles under høyhastighetslading og -utlading overføres ut, noe som vil alvorlig påvirke sikkerheten og levetiden til litiumionbatteriet. Derfor starter forskningen og forbedringen av ytelsen til lade-utladningshastigheten til litium-ion-batterier hovedsakelig fra to aspekter: forbedring av litium-ion-migrasjonshastigheten og varmespredningshastigheten inne i batteriet.

1. Forbedre litiumionediffusjonskapasiteten til de positive og negative elektrodene

Hastigheten som litiumioner deinterkaleres og interkaleres med inne i det positive/negative aktive materialet, det vil si hastigheten som litiumioner løper ut av det positive/negative aktive materialet , eller skriv inn det aktive materialet fra den positive/negative overflaten for å finne et sted å "hjem" Hvor rask er hastigheten, som er en viktig faktor som påvirker lade- og utladningshastigheten.


For eksempel er det mange maratonløp rundt om i verden hvert år. Selv om alle starter samtidig, er bredden på veien begrenset, og mange mennesker (noen ganger så mange som titusenvis av mennesker) deltar, noe som forårsaker gjensidig trengsel og den fysiske helsen til deltakerne. Kvaliteten er ujevn, og konkurranselaget vil etter hvert bli en superlang front. Noen kom raskt i mål, noen var noen timer forsinket, og noen løp inn i koma og stoppet halvveis.

Diffusjonen og bevegelsen av litiumioner i de positive og negative polene er i utgangspunktet lik den for et maraton. Det er sakte løpere og raske løpere. I tillegg er lengden på veien valgt av hver person forskjellig, noe som alvorlig begrenser tiden for slutten av løpet (alle er ferdige med å løpe). Så vi vil ikke løpe maraton. Det er bedre for alle å løpe 100 meter. Distansen er kort nok til at alle kan komme raskt i mål. I tillegg skal banen være bred nok, ikke overfylt med hverandre, og veien skal ikke være kronglete og buktende. Den rette linjen er best av alt, for å redusere vanskelighetsgraden til spillet. Som et resultat ga dommeren en ordre, tusenvis av tropper stormet til målstreken sammen, spillet ble raskt avsluttet, og multiplikatorprestasjonen var utmerket.

Ved katodematerialet håper vi at polstykket skal være tynt nok, det vil si at tykkelsen på det aktive materialet skal være liten, noe som tilsvarer å forkorte avstanden til løpet, så vi håper å øke komprimeringstettheten til katodemateriale så mye som mulig. Inne i det aktive materialet bør det være nok porehull til å etterlate en kanal for litiumioner å konkurrere. Samtidig bør disse «sporene» være jevnt fordelt, ikke noen steder, men ikke noen steder. Dette krever optimalisering av strukturen til det positive elektrodematerialet. Endre avstanden og strukturen mellom partiklene for å oppnå en jevn fordeling. De to punktene ovenfor er faktisk motstridende. Hvis komprimeringstettheten økes, selv om tykkelsen blir tynnere, vil partikkelgapet bli mindre, og rullebanen vil virke overfylt. Tvert imot, opprettholdelse av et visst partikkelgap bidrar ikke til å tynne materialet. Derfor er det nødvendig å finne et balansepunkt for å oppnå den beste litiumionmigrasjonshastigheten.


I tillegg har katodematerialene til forskjellige materialer en betydelig effekt på diffusjonskoeffisienten til litiumioner. Derfor er valg av et katodemateriale med en relativt høy litiumionediffusjonskoeffisient også en viktig retning for å forbedre hastighetsytelsen.

Behandlingsideen til negativt elektrodemateriale ligner på positivt elektrodemateriale. Det starter hovedsakelig fra strukturen, størrelsen og tykkelsen til materialet for å redusere konsentrasjonsforskjellen av litiumioner i det negative elektrodematerialet og forbedre diffusjonsevnen til litiumioner i det negative elektrodematerialet. For å ta karbonbaserte anodematerialer som et eksempel, har forskning på nanokarbonmaterialer (nanorør, nanotråder, nanosfærer, etc.) de siste årene forbedret det spesifikke overflatearealet, den indre strukturen og diffusjonskanalen betydelig, og dermed forbedre hastighetsytelsen betydelig. av det negative elektrodematerialet.

2. Forbedre den ioniske ledningsevnen til elektrolytten

Litiumioner spiller en rase i det positive/negative elektrodematerialet, men svømmer i elektrolytten.

I svømmekonkurranser har hvordan å redusere motstanden til vann (elektrolytt) blitt nøkkelen til hastighetsforbedring. De siste årene har svømmere generelt haidresser, noe som i stor grad kan redusere motstanden som dannes av vann på overflaten av menneskekroppen, og dermed forbedre ytelsen til idrettsutøvere, og det har blitt et veldig kontroversielt tema.

Litiumioner må pendle frem og tilbake mellom de positive og negative elektroder, akkurat som å svømme i "svømmebassenget" som dannes av elektrolytten og batterihuset. påvirkninger. De organiske elektrolyttene som for tiden brukes i litium-ion-batterier, enten det er flytende elektrolytter eller faste elektrolytter, har lav ionisk ledningsevne. Motstanden til elektrolytten blir en viktig del av hele batterimotstanden, og dens innvirkning på høyhastighetsytelsen til litiumionbatterier kan ikke ignoreres.

I tillegg til å forbedre den ioniske ledningsevnen til elektrolytten, må den kjemiske og termiske stabiliteten til elektrolytten også fokuseres på. Under høyhastighetslading og -utlading varierer det elektrokjemiske vinduet til batteriet mye. Hvis den kjemiske stabiliteten til elektrolytten ikke er god, er det lett å oksidere og dekomponere på overflaten av det positive elektrodematerialet, noe som påvirker elektrolyttens ioniske ledningsevne. Den termiske stabiliteten til elektrolytten har stor innvirkning på litiumionbatteriets sikkerhet og levetid, fordi det vil genereres mye gass når elektrolytten nedbrytes termisk, noe som på den ene siden utgjør en skjult fare for sikkerheten. av batteriet, og på den annen side er noen gasser skadelige for overflaten av den negative elektroden. SEI-filmen har en destruktiv effekt,

Derfor er valg av en elektrolytt med høy litiumionledningsevne, god kjemisk og termisk stabilitet og matchende elektrodematerialer en viktig retning for å forbedre hastighetsytelsen til litiumionbatterier.

3. Reduser den indre motstanden til batteriet

Det er flere ulike stoffer og grensesnitt mellom stoffer involvert her, og motstandsverdiene de danner, men alle har en effekt på ledning av ioner/elektroner.

Vanligvis tilsettes et ledende middel inne i det positive elektrodeaktive materialet, og reduserer dermed kontaktmotstanden mellom de aktive materialene, mellom det aktive materialet og den positive elektrodematrisen/strømkollektoren, og forbedrer den elektriske ledningsevnen (ionisk og elektronisk ledningsevne) til den positive. elektrodemateriale, og forbedre hastighetsytelsen. Ledende midler av forskjellige materialer og former vil påvirke batteriets indre motstand, og dermed påvirke hastighetsytelsen.

Strømkollektorene (poltappene) til de positive og negative elektrodene er bærere av elektrisk energioverføring mellom litiumionbatteriet og omverdenen. Motstandsverdien til strømkollektorene har også stor innflytelse på hastighetsytelsen til batteriet. Derfor, ved å endre materialet, størrelsen, utvinningsmetoden, tilkoblingsprosessen osv. til strømkollektoren, kan hastighetsytelsen og sykluslevetiden til litium-ion-batteriet forbedres.

Graden av infiltrasjon mellom elektrolytten og de positive og negative materialene vil påvirke kontaktmotstanden ved grensesnittet mellom elektrolytten og elektroden, og dermed påvirke hastigheten til batteriet. Den totale mengden elektrolytt, viskositet, urenhetsinnhold, porene til positive og negative materialer, etc., vil endre kontaktimpedansen mellom elektrolytten og elektroden, som er en viktig forskningsretning for å forbedre hastighetsytelsen.

I løpet av den første syklusen av et litiumionbatteri, når litiumioner settes inn i den negative elektroden, vil det dannes en solid-state elektrolyttfilm (SEI) på den negative elektroden. Selv om SEI-filmen har god ionisk ledningsevne, påvirker den fortsatt diffusjonen av litiumioner. Det har en viss hindrende effekt, spesielt ved lading og utlading med høy hastighet. Med økningen i antall sykluser vil SEI-filmen fortsette å falle av, flasse av og avsettes på overflaten av den negative elektroden, noe som resulterer i en gradvis økning i den interne motstanden til den negative elektroden, som blir en faktor som påvirker ytelsen til syklushastigheten. Derfor kan kontroll av variasjonen til SEI-filmen også forbedre hastighetsytelsen til Li-ion-batterier under langsiktig sykling.

I tillegg har væskeabsorpsjonshastigheten og porøsiteten til separatoren også stor innflytelse på passasjen av litiumioner, og påvirker også hastighetsytelsen (relativt liten) til litiumionbatterier til en viss grad.