El rendimiento de la tasa de carga y descarga de una batería de iones de litio está directamente relacionado con la movilidad de los iones de litio en los electrodos positivo y negativo, el electrolito y la interfaz entre ellos. La resistencia interna) afectará el rendimiento de la tasa de carga y descarga de las baterías de iones de litio. Además, la tasa de disipación de calor dentro de la batería también es un factor importante que afecta el rendimiento de la tasa. Si la tasa de disipación de calor es lenta, el calor acumulado durante la carga y descarga de alta tasa no se puede transferir, lo que afectará seriamente la seguridad y la vida útil de la batería de iones de litio. Por lo tanto, la investigación y mejora del rendimiento de la tasa de carga y descarga de las baterías de iones de litio comienza principalmente en dos aspectos: mejorar la velocidad de migración de los iones de litio y la tasa de disipación de calor dentro de la batería.

1. Mejorar la capacidad de difusión de iones de litio de los electrodos positivo y negativo

La velocidad a la que los iones de litio se desintercalan e intercalan dentro del material activo positivo/negativo, es decir, la velocidad a la que los iones de litio se agotan del material activo positivo/negativo , o ingrese el material activo desde la superficie positiva / negativa para encontrar un lugar para "casa" ¿Qué tan rápido es la velocidad, que es un factor importante que afecta la tasa de carga y descarga?


Por ejemplo, hay muchos maratones en todo el mundo cada año. Aunque todos comienzan al mismo tiempo, el ancho del camino es limitado y muchas personas (a veces hasta decenas de miles de personas) participan, lo que provoca el hacinamiento mutuo y la salud física de los participantes. La calidad es desigual y el equipo de la competencia eventualmente se convertirá en un frente súper largo. Algunas personas llegaron a la línea de meta rápidamente, algunas llegaron algunas horas tarde y otras entraron en coma y se detuvieron a mitad de camino.

La difusión y movimiento de los iones de litio en los polos positivo y negativo es básicamente similar a la de un maratón. Hay corredores lentos y corredores rápidos. Además, la longitud del camino elegido por cada persona es diferente, lo que restringe seriamente el tiempo para el final de la carrera (todos terminaron de correr). Entonces, no queremos correr un maratón. Es mejor para todos correr 100 metros. La distancia es lo suficientemente corta para que todos puedan llegar a la meta rápidamente. Además, la pista debe ser lo suficientemente ancha, no debe estar llena de gente, y el camino no debe ser sinuoso ni serpenteante. La línea recta es lo mejor de todo, para bajar la dificultad del juego. Como resultado, el árbitro dio una orden, miles de tropas corrieron juntas a la línea de meta, el juego terminó rápidamente y el rendimiento del multiplicador fue excelente.

En el material del cátodo, esperamos que la pieza polar sea lo suficientemente delgada, es decir, el espesor del material activo debe ser pequeño, lo que equivale a acortar la distancia de la carrera, por lo que esperamos aumentar la densidad de compactación de la material del cátodo tanto como sea posible. Dentro del material activo, debe haber suficientes poros para dejar un canal para que compitan los iones de litio. Al mismo tiempo, estas "pistas" deben distribuirse uniformemente, no en algunos lugares, pero no en algunos lugares. Esto requiere optimizar la estructura del material del electrodo positivo. Cambie la distancia y la estructura entre las partículas para lograr una distribución uniforme. Los dos puntos anteriores son en realidad contradictorios. Si se aumenta la densidad de compactación, aunque el espesor se vuelve más delgado, el espacio entre partículas se vuelve más pequeño, y la pista parecerá abarrotada. Por el contrario, mantener un cierto espacio entre partículas no conduce a adelgazar el material. Por lo tanto, es necesario encontrar un punto de equilibrio para lograr la mejor tasa de migración de iones de litio.


Además, los materiales del cátodo de diferentes materiales tienen un efecto significativo en el coeficiente de difusión de los iones de litio. Por lo tanto, elegir un material de cátodo con un coeficiente de difusión de iones de litio relativamente alto también es una dirección importante para mejorar el rendimiento de la velocidad.

La idea de procesamiento del material de electrodo negativo es similar a la del material de electrodo positivo. Comienza principalmente a partir de la estructura, el tamaño y el grosor del material para reducir la diferencia de concentración de iones de litio en el material del electrodo negativo y mejorar la capacidad de difusión de los iones de litio en el material del electrodo negativo. Tomando como ejemplo los materiales de ánodo a base de carbono, en los últimos años, la investigación sobre materiales de nanocarbono (nanotubos, nanocables, nanoesferas, etc.) puede mejorar significativamente el área de superficie específica, la estructura interna y el canal de difusión, mejorando así en gran medida el rendimiento de la tasa. del material del electrodo negativo.

2. Mejorar la conductividad iónica del electrolito.

Los iones de litio juegan una carrera en el material del electrodo positivo/negativo, pero nadan en el electrolito.

En las competiciones de natación, cómo reducir la resistencia del agua (electrolito) se ha convertido en la clave para mejorar la velocidad. En los últimos años, los nadadores generalmente usan trajes de tiburón, que pueden reducir en gran medida la resistencia formada por el agua en la superficie del cuerpo humano, mejorando así el rendimiento de los atletas, y se ha convertido en un tema muy controvertido.

Los iones de litio tienen que moverse de un lado a otro entre los electrodos positivo y negativo, al igual que nadar en la "piscina" formada por el electrolito y la caja de la batería. influencias. Los electrolitos orgánicos que se utilizan actualmente en las baterías de iones de litio, ya sean electrolitos líquidos o electrolitos sólidos, tienen una baja conductividad iónica. La resistencia del electrolito se convierte en una parte importante de la resistencia total de la batería, y no se puede ignorar su impacto en el rendimiento de alta velocidad de las baterías de iones de litio.

Además de mejorar la conductividad iónica del electrolito, también es necesario centrarse en la estabilidad química y térmica del electrolito. Durante la carga y descarga de alta tasa, la ventana electroquímica de la batería varía ampliamente. Si la estabilidad química del electrolito no es buena, es fácil oxidarse y descomponerse en la superficie del material del electrodo positivo, lo que afecta la conductividad iónica del electrolito. La estabilidad térmica del electrolito tiene un gran impacto en la seguridad y el ciclo de vida de la batería de iones de litio, porque se generará una gran cantidad de gas cuando el electrolito se descomponga térmicamente, lo que por un lado representa un peligro oculto para la seguridad. de la batería, y por otro lado, algunos gases son dañinos para la superficie del electrodo negativo. La película SEI tiene un efecto destructivo,

Por lo tanto, elegir un electrolito con alta conductividad de iones de litio, buena estabilidad química y térmica y materiales de electrodos coincidentes es una dirección importante para mejorar el rendimiento de las baterías de iones de litio.

3. Reduzca la resistencia interna de la batería

Hay varias sustancias e interfaces diferentes entre las sustancias involucradas aquí y los valores de resistencia que forman, pero todas tienen un efecto sobre la conducción de iones/electrones.

Generalmente, se agrega un agente conductor dentro del material activo del electrodo positivo, lo que reduce la resistencia de contacto entre los materiales activos, entre el material activo y la matriz del electrodo positivo/colector de corriente, mejorando la conductividad eléctrica (conductividad iónica y electrónica) del positivo. material del electrodo, y la mejora de la tasa de rendimiento. Los agentes conductores de diferentes materiales y formas afectarán la resistencia interna de la batería, afectando así su tasa de rendimiento.

Los colectores de corriente (lengüetas polares) de los electrodos positivo y negativo son los portadores de la transferencia de energía eléctrica entre la batería de iones de litio y el mundo exterior. El valor de la resistencia de los colectores de corriente también tiene una gran influencia en el rendimiento de la batería. Por lo tanto, al cambiar el material, el tamaño, el método de extracción, el proceso de conexión, etc. del colector de corriente, se puede mejorar el rendimiento de la tasa y el ciclo de vida de la batería de iones de litio.

El grado de infiltración entre el electrolito y los materiales positivo y negativo afectará la resistencia de contacto en la interfaz entre el electrolito y el electrodo, lo que afectará la velocidad de rendimiento de la batería. La cantidad total de electrolito, la viscosidad, el contenido de impurezas, los poros de los materiales positivos y negativos, etc. cambiarán la impedancia de contacto entre el electrolito y el electrodo, lo cual es una dirección de investigación importante para mejorar el rendimiento de la tasa.

Durante el primer ciclo de una batería de iones de litio, a medida que se insertan iones de litio en el electrodo negativo, se formará una película de electrolito de estado sólido (SEI) en el electrodo negativo. Aunque la película SEI tiene una buena conductividad iónica, aún afecta la difusión de los iones de litio. Tiene un cierto efecto obstaculizador, especialmente cuando se carga y descarga a un ritmo elevado. Con el aumento del número de ciclos, la película SEI seguirá cayendo, despegándose y depositándose en la superficie del electrodo negativo, lo que dará como resultado un aumento gradual en la resistencia interna del electrodo negativo, lo que se convierte en un factor que afecta el rendimiento de la tasa de ciclo. Por lo tanto, controlar la variación de la película SEI también puede mejorar el rendimiento de la tasa de las baterías de iones de litio durante ciclos a largo plazo.

Además, la tasa de absorción de líquido y la porosidad del separador también tienen una gran influencia en el paso de los iones de litio y también afectan en cierta medida el rendimiento de la tasa (relativamente pequeña) de las baterías de iones de litio.