Quali sono i fattori che influenzano la carica rapida della batteria?

Le batterieal litio sono chiamate batterie a dondolo perché funzionano spostando ioni carichi tra i poli positivi e negativi per trasferire la carica, in modo da alimentare un circuito esterno o caricare da una fonte di energia esterna. La struttura della batteria, sia essa elettrochimica o fisica, che influisce sul trasferimento di carica durante l'intero funzionamento di ioni ed elettroni, avrà un impatto sulle prestazioni di carica rapida. Per quanto riguarda le batterie, se si desidera migliorare le prestazioni di potenza, è necessario impegnarsi in tutti gli aspetti dell'intera batteria, compresi principalmente il polo positivo, il polo negativo, l'elettrolita e il diaframma.

Polo positivo e polo negativo

In realtà, quasi tutti i tipi di materiali per elettrodi positivi possono essere utilizzati per realizzare batterie ricaricabili veloci. Le prestazioni principali che devono essere garantite comprendono la conduttanza, la diffusione, la durata, la sicurezza e la corretta lavorazione. I problemi da risolvere per ogni materiale specifico possono essere diversi, ma i materiali anodici comuni possono soddisfare questi requisiti attraverso una serie di ottimizzazioni. I materiali anodici comuni includono il fosfato di ferro di litio, i materiali ternari e la manganite di litio, ecc.

Quando una batteria agli ioni di litio viene caricata, il litio si sposta verso il polo negativo. L'elevato potenziale apportato dalla corrente di carica rapida porterà a un potenziale catodico più negativo. A questo punto, la pressione del polo negativo ad accettare rapidamente il litio aumenterà, e aumenterà anche la tendenza alla formazione di dendriti di litio. Pertanto, il catodo durante la ricarica rapida non deve solo soddisfare i requisiti cinetici della diffusione del litio, ma anche risolvere il problema della sicurezza causato dall'intensificazione della tendenza alla formazione di dendriti di litio. In realtà, la principale difficoltà tecnica del nucleo di ricarica rapida è l'inserimento degli ioni di litio nel catodo.

Attualmente, il materiale per elettrodi negativi dominante sul mercato è ancora la grafite (che rappresenta circa il 90% della quota di mercato). Negli ultimi anni sono stati apportati numerosi miglioramenti ai materiali in carbonio duro e morbido, mentre il materiale per elettrodi negativi in silicio rappresenta un'importante direzione di sviluppo.

Diaframma

Per le batterie di potenza, il funzionamento ad alta corrente richiede requisiti più elevati in termini di sicurezza e durata. Il diaframma con rivestimento ceramico viene rapidamente abbandonato a causa della sua elevata sicurezza e delle impurità che possono consumare l'elettrolita, soprattutto per migliorare la sicurezza delle batterie ternarie.

Attualmente, il diaframma ceramico viene utilizzato principalmente per rivestire le particelle di allumina sulla superficie del diaframma tradizionale. L'approccio innovativo consiste nell'applicare fibre di elettrolita solido al diaframma, che presenta una minore resistenza interna, un migliore supporto meccanico del diaframma e una minore tendenza a tappare il foro del diaframma durante il servizio. Il diaframma rivestito ha una buona stabilità e non è facile da contrarre e deformare in caso di cortocircuito, anche se la temperatura è elevata.

Elettrolita

L'elettrolita ha una grande influenza sulle prestazioni della batteria agli ioni di litio a carica rapida. Per garantire la stabilità e la sicurezza della batteria nel flusso di carica rapida, l'elettrolita deve soddisfare le seguenti caratteristiche. Non si decompone; è altamente conduttivo; è inerte al materiale positivo e negativo e non può reagire o dissolversi.

La chiave per soddisfare questi requisiti è l'uso di additivi ed elettroliti funzionali. Ad esempio, la sicurezza delle batterie ricaricabili rapide ternarie ne risente notevolmente. È necessario aggiungere vari additivi per proteggerle dalle alte temperature, dai ritardanti di fiamma e dalla sovraccarica, in modo da migliorare in una certa misura la loro sicurezza. L'espansione ad alta temperatura delle batterie al titanato di litio dipende anche dal miglioramento dell'elettrolita funzionale ad alta temperatura.