La performance du taux de charge-décharge d'une batterie lithium-ion est directement liée à la mobilité des ions lithium au niveau des électrodes positive et négative, de l'électrolyte et de l'interface entre elles. La résistance interne) affectera les performances du taux de charge-décharge des batteries lithium-ion. De plus, le taux de dissipation thermique à l'intérieur de la batterie est également un facteur important affectant les performances du taux. Si le taux de dissipation thermique est lent, la chaleur accumulée pendant la charge et la décharge à haut débit ne peut pas être transférée, ce qui affectera sérieusement la sécurité et la durée de vie de la batterie lithium-ion. Par conséquent, la recherche et l'amélioration des performances de taux de charge-décharge des batteries lithium-ion partent principalement de deux aspects : l'amélioration de la vitesse de migration du lithium-ion et du taux de dissipation de la chaleur à l'intérieur de la batterie.

1. Améliorer la capacité de diffusion des ions lithium des électrodes positives et négatives

La vitesse à laquelle les ions lithium sont désintercalés et intercalés à l'intérieur du matériau actif positif/négatif, c'est-à-dire la vitesse à laquelle les ions lithium sortent du matériau actif positif/négatif , ou entrez le matériau actif à partir de la surface positive/négative pour trouver un endroit où "maison" Quelle est la vitesse, qui est un facteur important affectant le taux de charge et de décharge.


Par exemple, il y a de nombreux marathons à travers le monde chaque année. Bien que tout le monde commence en même temps, la largeur de la route est limitée et de nombreuses personnes (parfois jusqu'à des dizaines de milliers de personnes) participent, provoquant un encombrement mutuel et la santé physique des participants. La qualité est inégale, et l'équipe de la compétition finira par devenir un front super long. Certaines personnes sont arrivées rapidement à la ligne d'arrivée, certaines ont eu quelques heures de retard, d'autres sont tombées dans le coma et se sont arrêtées à mi-chemin.

La diffusion et le mouvement des ions lithium dans les pôles positif et négatif sont fondamentalement similaires à ceux d'un marathon. Il y a des coureurs lents et des coureurs rapides. De plus, la longueur de la route choisie par chacun est différente, ce qui limite fortement le temps de fin de course (tout le monde a fini de courir). Donc, nous ne voulons pas courir un marathon. C'est mieux pour tout le monde de courir 100 mètres. La distance est suffisamment courte pour que chacun puisse rejoindre rapidement la ligne d'arrivée. De plus, la piste doit être suffisamment large, pas encombrée les unes des autres, et la route ne doit pas être sinueuse et sinueuse. La ligne droite est le meilleur de tous, pour réduire la difficulté du jeu. En conséquence, l'arbitre a donné un ordre, des milliers de soldats se sont précipités ensemble vers la ligne d'arrivée, le match s'est terminé rapidement et la performance du multiplicateur était excellente.

Au niveau du matériau cathodique, nous espérons que la pièce polaire doit être suffisamment mince, c'est-à-dire que l'épaisseur du matériau actif doit être faible, ce qui équivaut à raccourcir la distance de la course, nous espérons donc augmenter la densité de compactage du matériau cathodique autant que possible. À l'intérieur du matériau actif, il devrait y avoir suffisamment d'espaces de pores pour laisser un canal permettant aux ions lithium de rivaliser. Dans le même temps, ces "pistes" doivent être réparties uniformément, non pas à certains endroits, mais pas à certains endroits. Cela nécessite d'optimiser la structure du matériau d'électrode positive. Modifiez la distance et la structure entre les particules pour obtenir une distribution uniforme. Les deux points ci-dessus sont en fait contradictoires. Si la densité de compactage est augmentée, bien que l'épaisseur devienne plus mince, l'écartement des particules deviendra plus petit, et la piste apparaîtra bondée. Au contraire, le maintien d'un certain écart particulaire n'est pas propice à l'amincissement du matériau. Par conséquent, il est nécessaire de trouver un point d'équilibre pour obtenir le meilleur taux de migration des ions lithium.


De plus, les matériaux de cathode de différents matériaux ont un effet significatif sur le coefficient de diffusion des ions lithium. Par conséquent, le choix d'un matériau de cathode avec un coefficient de diffusion des ions lithium relativement élevé est également une direction importante pour améliorer les performances de débit.

L'idée de traitement du matériau d'électrode négative est similaire à celle du matériau d'électrode positive. Il part principalement de la structure, de la taille et de l'épaisseur du matériau pour réduire la différence de concentration des ions lithium dans le matériau d'électrode négative et améliorer la capacité de diffusion des ions lithium dans le matériau d'électrode négative. Prenant l'exemple des matériaux d'anode à base de carbone, ces dernières années, la recherche sur les matériaux nano-carbonés (nanotubes, nanofils, nanosphères, etc.) peut améliorer considérablement la surface spécifique, la structure interne et le canal de diffusion, améliorant ainsi considérablement les performances de débit. du matériau d'électrode négative.

2. Améliorer la conductivité ionique de l'électrolyte

Les ions lithium jouent une course dans le matériau d'électrode positive/négative, mais nagent dans l'électrolyte.

Dans les compétitions de natation, comment réduire la résistance de l'eau (électrolyte) est devenu la clé de l'amélioration de la vitesse. Ces dernières années, les nageurs portent généralement des combinaisons de requin, ce qui peut réduire considérablement la résistance formée par l'eau à la surface du corps humain, améliorant ainsi les performances des athlètes, et c'est devenu un sujet très controversé.

Les ions lithium doivent faire la navette entre les électrodes positives et négatives, tout comme nager dans la "piscine" formée par l'électrolyte et le boîtier de la batterie. influences. Les électrolytes organiques actuellement utilisés dans les batteries lithium-ion, qu'il s'agisse d'électrolytes liquides ou d'électrolytes solides, ont une faible conductivité ionique. La résistance de l'électrolyte devient une partie importante de la résistance totale de la batterie, et son impact sur les performances à haut débit des batteries lithium-ion ne peut être ignoré.

En plus d'améliorer la conductivité ionique de l'électrolyte, il faut également se concentrer sur la stabilité chimique et thermique de l'électrolyte. Pendant la charge et la décharge à haut débit, la fenêtre électrochimique de la batterie varie considérablement. Si la stabilité chimique de l'électrolyte n'est pas bonne, il est facile de s'oxyder et de se décomposer à la surface du matériau d'électrode positive, ce qui affecte la conductivité ionique de l'électrolyte. La stabilité thermique de l'électrolyte a un impact important sur la sécurité et la durée de vie de la batterie lithium-ion, car une grande quantité de gaz sera générée lors de la décomposition thermique de l'électrolyte, ce qui, d'une part, pose un danger caché pour la sécurité de la batterie, et d'autre part, certains gaz sont nocifs pour la surface de l'électrode négative. Le film SEI a un effet destructeur,

Par conséquent, le choix d'un électrolyte avec une conductivité lithium-ion élevée, une bonne stabilité chimique et thermique et des matériaux d'électrode correspondants est une direction importante pour améliorer les performances de débit des batteries lithium-ion.

3. Réduire la résistance interne de la batterie

Il existe plusieurs substances différentes et interfaces entre les substances impliquées ici, et les valeurs de résistance qu'elles forment, mais toutes ont un effet sur la conduction des ions/électrons.

Généralement, un agent conducteur est ajouté à l'intérieur du matériau actif d'électrode positive, réduisant ainsi la résistance de contact entre les matériaux actifs, entre le matériau actif et la matrice d'électrode positive/collecteur de courant, améliorant la conductivité électrique (conductivité ionique et électronique) du positif matériau d'électrode et amélioration des performances de débit. Les agents conducteurs de différents matériaux et formes affecteront la résistance interne de la batterie, affectant ainsi ses performances de débit.

Les collecteurs de courant (pattes polaires) des électrodes positives et négatives sont les vecteurs du transfert d'énergie électrique entre la batterie lithium-ion et le monde extérieur. La valeur de résistance des collecteurs de courant a également une grande influence sur les performances de débit de la batterie. Par conséquent, en modifiant le matériau, la taille, la méthode d'extraction, le processus de connexion, etc. du collecteur de courant, les performances de débit et la durée de vie de la batterie lithium-ion peuvent être améliorées.

Le degré d'infiltration entre l'électrolyte et les matériaux positif et négatif affectera la résistance de contact à l'interface entre l'électrolyte et l'électrode, affectant ainsi les performances de débit de la batterie. La quantité totale d'électrolyte, la viscosité, la teneur en impuretés, les pores des matériaux positifs et négatifs, etc., modifieront l'impédance de contact entre l'électrolyte et l'électrode, ce qui est une direction de recherche importante pour améliorer les performances de vitesse.

Au cours du premier cycle d'une batterie lithium-ion, lorsque des ions lithium sont insérés dans l'électrode négative, un film d'électrolyte à l'état solide (SEI) se forme sur l'électrode négative. Bien que le film SEI ait une bonne conductivité ionique, il affecte toujours la diffusion des ions lithium. Il a un certain effet gênant, en particulier lors de la charge et de la décharge à un rythme élevé. Avec l'augmentation du nombre de cycles, le film SEI continuera à tomber, à se décoller et à se déposer sur la surface de l'électrode négative, entraînant une augmentation progressive de la résistance interne de l'électrode négative, qui devient un facteur affectant la performance du taux de cycle. Par conséquent, le contrôle de la variation du film SEI peut également améliorer les performances de taux des batteries Li-ion pendant le cyclage à long terme.

De plus, le taux d'absorption de liquide et la porosité du séparateur ont également une grande influence sur le passage des ions lithium, et affectent également dans une certaine mesure les performances de débit (relativement faibles) des batteries lithium-ion.