Um die Energiedichte von Batterien und die Reichweite von Fahrzeugen zu verbessern, bestand das damals gängige Konzept darin, die Sicherheit von ternären Materialien mit hohem Nickelgehalt zu verbessern, um den Anforderungen des Fahrzeugbetriebs gerecht zu werden.
Der aktuelle Nachrichtenbericht über den Kompetenzpfad für Power-Lithium-Ionen-Batterien deutet darauf hin, dass ternäre Lithium-Ionen-Batterien mit hohem Nickelgehalt in den kommenden Jahren die Hauptkraft von Power-Batterien werden werden, wobei die Energiedichte das Niveau von 300 Wh/kg erreichen wird. Ziel dieses Artikels ist es, das gegenwärtige Leben des ternären Systems mit hohem Nickelgehalt zu beobachten und sich darum zu kümmern.
1. Funktionsprinzip von Lithiumbatterien
Zu dieser Zeit handelte es sich bei den gängigen Lithiumbatterien hauptsächlich um ternäres Lithium, Lithiumeisenphosphat, Lithiummanganoxid, Lithiumkobaltoxid usw., alle nach der Art der positiven Elektrodeninformationen benannt. Die in Verbindung damit verwendeten kommerziellen negativen Elektrodenmaterialien sind im Allgemeinen negative Graphitelektroden. Das grundlegende Funktionsprinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Während des Ladevorgangs bewegen sich Elektronen in der Nähe des positiven Stromkollektors aufgrund der Wirkung der externen Klemmenspannung auf die Batterie unter der treibenden Kraft des elektrischen Feldes in Richtung der negativen Elektrode. Nach Erreichen der negativen Elektrode verbinden sie sich mit Lithiumionen in der negativen Elektrode und bilden einen Teil der Neutralelektrode, der im Graphitspalt gespeichert wird; Das Erscheinen der negativen Elektrode, die einige Lithiumionen verbraucht, führt zu einer Abnahme der Lithiumionenkonzentration, was zu einem Unterschied in der Ionenkonzentration zwischen der positiven und der negativen Elektrode führt.
Angetrieben durch den Konzentrationsunterschied bewegen sich die Lithiumionen in der positiven Elektrode von der Innenseite der Daten zur Außenseite der positiven Elektrode, entlang des Elektrolyten, durchqueren die Barriere und gelangen an der Außenseite der negativen Elektrode; Darüber hinaus verteilt es sich unter dem Einfluss des elektrischen Potentials in die Tiefe der negativen Elektrodendaten und trifft auf Elektronen, die aus dem externen Stromkreis kommen, was teilweise darauf hindeutet, dass der Neutralleiter in den negativen Elektrodendaten gefangen ist.
Der Entladevorgang hingegen ist genau das Gegenteil. Nachdem der Stromkreis der Last geschlossen ist, beginnt der Entladevorgang, indem Elektronen aus dem negativen Kollektor fließen und durch den externen Stromkreis die positive Elektrode erreichen. Schließlich wird das Lithiumion in das positive Elektrodenmaterial eingebettet und mit den vom externen Stromkreis kommenden Elektronen kombiniert.
Der Graphit der negativen Elektrode hat eine Schichtstruktur und die Art und Weise, wie Lithiumionen eingebettet und entfernt werden, unterscheidet sich zwischen den verschiedenen Arten von Lithiumionen nicht wesentlich. Es gibt erhebliche Unterschiede in der Gitterstruktur verschiedener positiver Elektrodenmaterialien, wobei Lithiumionen während des Lade- und Entladevorgangs ein- und ausgestreut werden, was zu leicht unterschiedlichen Prozessen führt.
2. Arten und Eigenschaften primärer positiver Elektrodenmaterialien
Zu dieser Zeit gab es vier Arten von Kathodenmaterialien mit reichlicher Kommerzialisierung: Lithiumkobaltoxid, Lithiumeisenphosphat, Lithiummanganoxid und ternäres Lithium. Obwohl Lithiumkobaltoxid in dieser Zeit offensichtliche Vorteile in Bezug auf die Energiedichte und andere Aspekte aufweist, sind Sicherheitsprobleme zu einem Engpass geworden und der Anwendungsbereich wird immer kleiner. Lithiummanganoxid hat eine schlechte Zyklenfunktion und eine schlechte Hochtemperaturfunktion. Obwohl es eine hohe Überladefestigkeit und niedrige Kosten aufweist, wird es hauptsächlich in Fahrzeugen der unteren Preisklasse oder mit niedriger Geschwindigkeit eingesetzt und sein Marktanteil schrumpft ebenfalls.
Nur Lithium-Eisenphosphat und Lithium-Ternär waren zu dieser Zeit der wirkliche Mainstream. Einer von ihnen hatte Vorteile bei der Energiedichte und der Funktion bei niedrigen Temperaturen, während der andere Vorteile bei der Lebensdauer und Sicherheit hatte. Für die nationale Politik und die Endnutzer war es schwierig, sich zwischen beiden zu entscheiden. Bisher nutzen Busse hauptsächlich Lithiumeisenphosphat, während Pkw und andere Modelle, die eine hohe Ausdauer und ein hohes Kundenerlebnis erfordern, auf ternäre Lithiumbatterien setzen.
3. Struktur und Eigenschaften der positiven Elektrodendaten von ternärem Lithium
Ternäre Daten waren in den letzten Jahren ein heißes Thema, wobei die Ni-Zusammensetzung die Datenaktivität und Energiedichte verbessern kann; Die Co-Komponente ist auch eine aktive Substanz, die die Schichtstruktur der Daten stabilisieren und die Kationenvermischung reduzieren kann, was eine Tiefentladung der Daten erleichtert und dadurch die Entladungskapazität der Daten verbessert; Die Mn-Komponente spielt bei der Datenanalyse eine unterstützende Rolle und sorgt für Stabilität bei Lade- und Entladevorgängen. Ternäres Lithium verkörpert grundsätzlich die Vorteile mehrerer Materialien.