O desempenho da taxa de carga-descarga de uma bateria de íons de lítio está diretamente relacionado à mobilidade dos íons de lítio nos eletrodos positivo e negativo, no eletrólito e na interface entre eles. A resistência interna) afetará o desempenho da taxa de carga e descarga das baterias de íons de lítio. Além disso, a taxa de dissipação de calor dentro da bateria também é um fator importante que afeta o desempenho da taxa. Se a taxa de dissipação de calor for lenta, o calor acumulado durante a carga e descarga de alta taxa não poderá ser transferido, o que afetará seriamente a segurança e a vida útil da bateria de íons de lítio. Portanto, a pesquisa e melhoria do desempenho da taxa de carga-descarga das baterias de íon-lítio começa principalmente a partir de dois aspectos: melhorar a velocidade de migração do íon-lítio e a taxa de dissipação de calor dentro da bateria.

1. Melhorar a capacidade de difusão de íons de lítio dos eletrodos positivos e negativos

A taxa na qual os íons de lítio são desintercalados e intercalados dentro do material ativo positivo/negativo, ou seja, a velocidade na qual os íons de lítio saem do material ativo positivo/negativo , ou insira o material ativo da superfície positiva/negativa para encontrar um lugar para "casa" Quão rápido é a velocidade, que é um fator importante que afeta a taxa de carga e descarga.


Por exemplo, há muitas maratonas ao redor do mundo todos os anos. Embora todos comecem ao mesmo tempo, a largura da estrada é limitada e muitas pessoas (às vezes até dezenas de milhares de pessoas) participam, causando aglomeração mútua e a saúde física dos participantes. A qualidade é desigual, e o time da competição acabará se tornando uma frente super longa. Algumas pessoas chegaram à linha de chegada rapidamente, algumas com algumas horas de atraso e algumas entraram em coma e pararam no meio do caminho.

A difusão e o movimento dos íons de lítio nos pólos positivo e negativo é basicamente semelhante ao de uma maratona. Existem corredores lentos e corredores rápidos. Além disso, a extensão da estrada escolhida por cada pessoa é diferente, o que restringe seriamente o tempo para o final da corrida (todos terminaram de correr). Então, não queremos correr uma maratona. É melhor para todos correrem 100 metros. A distância é curta o suficiente para que todos possam chegar rapidamente à linha de chegada. Além disso, a pista deve ser larga o suficiente, não lotada, e a estrada não deve ser sinuosa e sinuosa. A linha reta é o melhor de tudo, para diminuir a dificuldade do jogo. Como resultado, o árbitro deu uma ordem, milhares de soldados correram para a linha de chegada juntos, o jogo terminou rapidamente e o desempenho do multiplicador foi excelente.

No material catódico, esperamos que a peça polar seja fina o suficiente, ou seja, a espessura do material ativo seja pequena, o que equivale a encurtar a distância da pista, então esperamos aumentar a densidade de compactação do material catódico tanto quanto possível. Dentro do material ativo, deve haver lacunas de poros suficientes para deixar um canal para os íons de lítio competirem. Ao mesmo tempo, essas "faixas" devem ser distribuídas uniformemente, não em alguns lugares, mas não em alguns lugares. Isso requer a otimização da estrutura do material do eletrodo positivo. Altere a distância e a estrutura entre as partículas para obter uma distribuição uniforme. Os dois pontos acima são realmente contraditórios. Se a densidade de compactação for aumentada, embora a espessura se torne mais fina, a folga das partículas se tornará menor, e a pista parecerá lotada. Pelo contrário, manter um certo intervalo de partículas não é propício ao afinamento do material. Portanto, é necessário encontrar um ponto de equilíbrio para atingir a melhor taxa de migração de íons de lítio.


Além disso, os materiais catódicos de diferentes materiais têm um efeito significativo no coeficiente de difusão dos íons de lítio. Portanto, a escolha de um material catódico com um coeficiente de difusão de íons de lítio relativamente alto também é uma direção importante para melhorar o desempenho da taxa.

A ideia de processamento do material do eletrodo negativo é semelhante à do material do eletrodo positivo. Começa principalmente a partir da estrutura, tamanho e espessura do material para reduzir a diferença de concentração de íons de lítio no material do eletrodo negativo e melhorar a capacidade de difusão dos íons de lítio no material do eletrodo negativo. Tomando os materiais anódicos à base de carbono como exemplo, nos últimos anos, a pesquisa em materiais de nanocarbono (nanotubos, nanofios, nanoesferas, etc.) do material do eletrodo negativo.

2. Melhorar a condutividade iônica do eletrólito

Os íons de lítio jogam uma corrida no material do eletrodo positivo/negativo, mas nadando no eletrólito.

Nas competições de natação, como reduzir a resistência da água (eletrólito) tornou-se a chave para a melhoria da velocidade. Nos últimos anos, os nadadores geralmente usam trajes de tubarão, o que pode reduzir bastante a resistência formada pela água na superfície do corpo humano, melhorando assim o desempenho dos atletas, e se tornou um tema bastante polêmico.

Os íons de lítio precisam se deslocar entre os eletrodos positivo e negativo, assim como nadar na "piscina" formada pelo eletrólito e pela caixa da bateria. influências. Os eletrólitos orgânicos atualmente utilizados em baterias de íons de lítio, sejam eletrólitos líquidos ou eletrólitos sólidos, possuem baixa condutividade iônica. A resistência do eletrólito torna-se uma parte importante de toda a resistência da bateria e seu impacto no desempenho de alta taxa das baterias de íons de lítio não pode ser ignorado.

Além de melhorar a condutividade iônica do eletrólito, a estabilidade química e térmica do eletrólito também precisa ser focada. Durante a carga e descarga de alta taxa, a janela eletroquímica da bateria varia muito. Se a estabilidade química do eletrólito não for boa, é fácil oxidar e decompor na superfície do material do eletrodo positivo, o que afeta a condutividade iônica do eletrólito. A estabilidade térmica do eletrólito tem um grande impacto na segurança e na vida útil da bateria de íons de lítio, porque muito gás será gerado quando o eletrólito for decomposto termicamente, o que por um lado representa um perigo oculto para a segurança da bateria e, por outro lado, alguns gases são prejudiciais à superfície do eletrodo negativo. O filme SEI tem um efeito destrutivo,

Portanto, escolher um eletrólito com alta condutividade de íons de lítio, boa estabilidade química e térmica e materiais de eletrodo correspondentes é uma direção importante para melhorar o desempenho da taxa de baterias de íons de lítio.

3. Reduzir a resistência interna da bateria

Existem várias substâncias e interfaces diferentes entre as substâncias envolvidas aqui, e os valores de resistência que elas formam, mas todas têm efeito na condução de íons/elétrons.

Geralmente, um agente condutor é adicionado dentro do material ativo do eletrodo positivo, reduzindo assim a resistência de contato entre os materiais ativos, entre o material ativo e a matriz do eletrodo positivo/coletor de corrente, melhorando a condutividade elétrica (condutividade iônica e eletrônica) do material do eletrodo e melhorando o desempenho da taxa. Agentes condutores de diferentes materiais e formas afetarão a resistência interna da bateria, afetando assim seu desempenho de taxa.

Os coletores de corrente (abas de pólo) dos eletrodos positivos e negativos são os portadores da transferência de energia elétrica entre a bateria de íon de lítio e o mundo exterior. O valor da resistência dos coletores de corrente também tem grande influência no desempenho da taxa da bateria. Portanto, alterando o material, tamanho, método de extração, processo de conexão, etc. do coletor de corrente, o desempenho da taxa e o ciclo de vida da bateria de íons de lítio podem ser melhorados.

O grau de infiltração entre o eletrólito e os materiais positivo e negativo afetará a resistência de contato na interface entre o eletrólito e o eletrodo, afetando assim a taxa de desempenho da bateria. A quantidade total de eletrólito, viscosidade, teor de impurezas, poros de materiais positivos e negativos, etc., alterarão a impedância de contato entre o eletrólito e o eletrodo, que é uma importante direção de pesquisa para melhorar o desempenho da taxa.

Durante o primeiro ciclo de uma bateria de íons de lítio, à medida que os íons de lítio são inseridos no eletrodo negativo, um filme de eletrólito de estado sólido (SEI) será formado no eletrodo negativo. Embora o filme SEI tenha boa condutividade iônica, ainda afeta a difusão de íons de lítio. Tem um certo efeito de impedimento, especialmente ao carregar e descarregar em alta velocidade. Com o aumento do número de ciclos, o filme SEI continuará a cair, descascar e se depositar na superfície do eletrodo negativo, resultando em um aumento gradual da resistência interna do eletrodo negativo, o que se torna um fator que afeta o desempenho da taxa de ciclo. Portanto, controlar a variação do filme SEI também pode melhorar o desempenho da taxa das baterias de íons de lítio durante o ciclo de longo prazo.

Além disso, a taxa de absorção de líquido e a porosidade do separador também têm uma grande influência na passagem de íons de lítio e também afetam o desempenho da taxa (relativamente pequena) das baterias de íons de lítio até certo ponto.