Qrup dostlarının tələblərinə uyğun olaraq, litium batareyanın sürətli doldurulması anlayışı haqqında danışın:

Şəkil

Batareyanın doldurulması prosesini göstərmək üçün bu diaqramdan istifadə edin. Absis zaman, ordinat gərginlikdir. Litium batareyasının ilkin doldurulma mərhələsində kiçik bir cərəyandan əvvəl doldurulma prosesi, yəni anod və katod materiallarını sabitləşdirmək məqsədi daşıyan CC əvvəlcədən doldurulması olacaq. Bundan sonra, batareya sabit olduqdan sonra batareyanı yüksək cərəyanla doldurmağa, yəni CC Fast Charge-ə uyğunlaşdırmaq olar. Nəhayət, sabit gərginlik doldurma rejiminə (CV) daxil olur. Litium batareyası üçün, sistem gərginlik 4.2V-ə çatdıqda sabit gərginlik doldurma rejiminə başlayır və gərginlik müəyyən bir dəyərdən aşağı olduqda, şarj bitənə qədər şarj cərəyanı tədricən azalır.

Bütün proses zamanı müxtəlif batareyalar üçün fərqli standart doldurma cərəyanları mövcuddur. Məsələn, 3C məhsulları üçün standart doldurma cərəyanı ümumiyyətlə 0.1C-0.5C, yüksək güclü batareyalar üçün isə standart doldurma ümumiyyətlə 1C-dir. Aşağı doldurma cərəyanı da batareyanın təhlükəsizliyi üçün nəzərə alınır. Beləliklə, deyək ki, adi vaxtlarda sürətli şarj, standart şarj cərəyanından bir neçə dəfə yüksək olan on dəfəyə işarə etməkdir.

Bəzi insanlar deyirlər ki, litium batareyaları doldurmaq pivə tökmək, tez doldurmaq və pivəni tez doldurmaq kimidir, lakin çoxlu köpüklə. Yavaşdır, yavaşdır, amma çoxlu pivədir, bərkdir. Sürətli doldurma təkcə doldurma vaxtına qənaət etmir, həm də batareyanın özünə zərər verir. Batareyada polarizasiya fenomeni səbəbiylə qəbul edə biləcəyi maksimum doldurma cərəyanı şarj və boşalma dövrünün artması ilə azalacaq. Davamlı şarj və doldurma cərəyanı böyük olduqda, elektrodda ion konsentrasiyası artır və polarizasiya güclənir və batareyanın terminal gərginliyi xətti nisbətdə şarj / enerji ilə birbaşa uyğunlaşa bilməz. Eyni zamanda, yüksək cərəyan yüklənməsi, daxili müqavimətin artması Joule isitmə effektinin güclənməsinə (Q=I2Rt) gətirib çıxaracaq, elektrolitin reaksiya parçalanması, qaz hasilatı və bir sıra problemlər, risk faktoru kimi yan reaksiyalar gətirəcək. birdən artır, batareyanın təhlükəsizliyinə təsir edir, enerjisiz batareyanın ömrü çox qısalacaq.

01

Anod materialı

Litium batareyasının sürətli doldurulması prosesi Li+-nın anod materialına sürətli miqrasiyası və yerləşdirilməsidir. Katod materialının hissəcik ölçüsü batareyanın elektrokimyəvi prosesində ionların cavab müddəti və diffuziya yoluna təsir göstərə bilər. Araşdırmalara görə, litium ionlarının diffuziya əmsalı materialın taxıl ölçüsünün azalması ilə artır. Bununla belə, material hissəciklərinin ölçüsünün azalması ilə pulpa istehsalında hissəciklərin ciddi yığılması baş verəcək və nəticədə qeyri-bərabər dispersiya baş verəcəkdir. Eyni zamanda, nanohissəciklər elektrod təbəqəsinin sıxılma sıxlığını azaldacaq və şarj və boşalma yan reaksiyası prosesində elektrolitlə təmas sahəsini artıraraq batareyanın işinə təsir edəcək.

Daha etibarlı üsul müsbət elektrod materialını örtüklə dəyişdirməkdir. Məsələn, LFP-nin özünün keçiriciliyi çox yaxşı deyil. LFP-nin səthinin karbon materialı və ya digər materiallarla örtülməsi onun keçiriciliyini yaxşılaşdıra bilər ki, bu da akkumulyatorun sürətli doldurulması işini yaxşılaşdırmaq üçün əlverişlidir.

02

Anod materialları

Litium batareyasının sürətli doldurulması o deməkdir ki, litium ionları tez bir zamanda çıxa və mənfi elektroda “üzə bilər” və bu, katod materialının litiumun sürətli yerləşdirilməsi qabiliyyətinə malik olmasını tələb edir. Litium batareyanın sürətli doldurulması üçün istifadə edilən anod materiallarına karbon materialı, litium titanat və bəzi digər yeni materiallar daxildir.

Karbon materialları üçün litium ionları adi yüklənmə şəraitində üstünlük olaraq qrafitə daxil edilir, çünki litiumun yerləşdirilməsi potensialı litium çöküntüsünün potensialına bənzəyir. Bununla belə, sürətli şarj və ya aşağı temperatur şəraitində litium ionları səthdə çökə və dendrit litium əmələ gətirə bilər. Dendrite litium SEI-ni deşdikdə, Li+ ikincili itkiyə səbəb oldu və batareya tutumu azaldı. Litium metal müəyyən bir səviyyəyə çatdıqda, mənfi elektroddan diafraqmaya qədər böyüyəcək və batareyanın qısa qapanması riskinə səbəb olacaqdır.

LTO-ya gəldikdə, o, batareyanın işləməsi zamanı SEI istehsal etməyən və sürətli doldurma və sərbəst buraxılma tələblərinə cavab verə bilən litium ionu ilə daha güclü bağlama qabiliyyətinə malik olan “sıfır gərginlik” oksigen tərkibli anod materialına aiddir. Eyni zamanda, SEI əmələ gələ bilmədiyi üçün anod materialı birbaşa elektrolitlə təmasda olacaq, bu da yan reaksiyaların meydana gəlməsini təşviq edir. LTO batareyasının qaz istehsalı problemi həll edilə bilməz və yalnız səthi modifikasiya ilə yüngülləşdirilə bilər.

03

Elektrod mayesi

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, sürətli doldurma prosesində, litium-ion miqrasiya sürətinin və elektron ötürmə sürətinin uyğunsuzluğu səbəbindən batareya böyük bir polarizasiyaya sahib olacaqdır. Beləliklə, batareyanın qütbləşməsinin yaratdığı mənfi reaksiyanı minimuma endirmək üçün elektrolitin inkişafı üçün aşağıdakı üç nöqtə lazımdır: 1, yüksək dissosiasiyalı elektrolit duzu; 2, həlledici kompozit – aşağı özlülük; 3, interfeys nəzarəti – aşağı membran empedansı.

04

İstehsal texnologiyası ilə sürətli doldurma arasındakı əlaqə

Əvvəllər sürətli doldurmanın tələbləri və təsirləri müsbət və mənfi elektrod materialları və elektrod mayesi kimi üç əsas materialdan təhlil edilmişdir. Aşağıda nisbətən böyük təsirə malik olan proses dizaynı verilmişdir. Batareyanın istehsalının texnoloji parametrləri batareyanın aktivləşdirilməsindən əvvəl və sonra batareyanın hər bir hissəsində litium ionlarının miqrasiya müqavimətinə birbaşa təsir göstərir, buna görə də batareyanın hazırlanmasının texnoloji parametrləri litium ion batareyasının işinə mühüm təsir göstərir.

(1) məlhəm

Bulamacın xassələri üçün, bir tərəfdən, keçirici maddəni bərabər şəkildə səpələnmiş vəziyyətdə saxlamaq lazımdır. Keçirici agent aktiv maddənin hissəcikləri arasında bərabər paylandığı üçün təsiredici maddə ilə təsiredici maddə ilə kollektor mayesi arasında daha vahid keçirici şəbəkə yarana bilər ki, bu da mikro cərəyan toplamaq, kontakt müqavimətini azaltmaq, və elektronların hərəkət sürətini yaxşılaşdıra bilər. Digər tərəfdən keçirici maddənin həddindən artıq dağılmasının qarşısını almaqdır. Doldurma və boşaltma prosesində anod və katod materiallarının kristal quruluşu dəyişəcək, bu da keçirici maddənin soyulmasına səbəb ola bilər, batareyanın daxili müqavimətini artırır və performansa təsir göstərir.

(2) Həddindən artıq qismən sıxlıq

Nəzəri olaraq, çarpan batareyaları və yüksək tutumlu batareyalar uyğun gəlmir. Müsbət və mənfi elektrodların polarizasiya sıxlığı aşağı olduqda, litium ionlarının diffuziya sürəti artırıla, ion və elektron miqrasiya müqaviməti azaldıla bilər. Səth sıxlığı nə qədər aşağı olarsa, elektrod bir o qədər incədir və litium ionlarının yüklənmə və boşalmada davamlı daxil edilməsi və buraxılması nəticəsində elektrod strukturunun dəyişməsi də daha kiçik olur. Bununla belə, səthin sıxlığı çox aşağı olarsa, batareyanın enerji sıxlığı azalacaq və dəyəri artacaq. Buna görə səthin sıxlığı hərtərəfli nəzərə alınmalıdır. Aşağıdakı rəqəm litium-kobalat batareyasının 6C-də doldurulması və 1C-də boşaldılması nümunəsidir.

Şəkil

(3) Polar parça örtük tutarlılığı

Əvvəl bir dost soruşdu ki, həddindən artıq qismən sıxlıq uyğunsuzluğu batareyaya təsir edəcəkmi? Yeri gəlmişkən, sürətli şarj performansı üçün əsas şey anod plitəsinin tutarlılığıdır. Səthin mənfi sıxlığı vahid deyilsə, yuvarlandıqdan sonra canlı materialın daxili məsaməliliyi çox dəyişəcəkdir. Gözeneklilik fərqi daxili cərəyan paylanması fərqinə gətirib çıxaracaq ki, bu da akkumulyatorun formalaşma mərhələsində SEI-nin formalaşmasına və işinə təsir edəcək və nəticədə batareyanın sürətli şarj performansına təsir edəcəkdir.

(4) Dirək təbəqəsinin sıxılma sıxlığı

Niyə dirəkləri sıxlaşdırmaq lazımdır? Biri batareyanın xüsusi enerjisini yaxşılaşdırmaq, digəri isə batareyanın işini yaxşılaşdırmaqdır. Optimal sıxılma sıxlığı elektrod materialına görə dəyişir. Sıxılma sıxlığının artması ilə elektrod təbəqəsinin məsaməliliyi nə qədər kiçik olarsa, hissəciklər arasındakı əlaqə bir o qədər yaxındır və eyni səth sıxlığı altında elektrod təbəqəsinin qalınlığı bir o qədər kiçik olar, buna görə də Litium ionlarının miqrasiya yolu azaldıla bilər. Sıxılma sıxlığı çox böyük olduqda, elektrolitin infiltrasiya təsiri yaxşı deyil, bu da material strukturunu və keçirici maddənin paylanmasını məhv edə bilər və sonradan sarma problemi yaranacaq. Eynilə, litium-kobalat batareyası 6C-də doldurulur və 1C-də boşaldılır və sıxılma sıxlığının boşalmanın xüsusi tutumuna təsiri aşağıdakı kimi göstərilir:

Şəkil

05

Yaşlanmanın formalaşması və s

Karbon mənfi batareya üçün, formalaşma – yaşlanma SEI keyfiyyətinə təsir edəcək litium batareyanın əsas prosesidir. SEI qalınlığı vahid deyil və ya struktur qeyri-sabitdir, bu da batareyanın sürətli doldurma qabiliyyətinə və dövriyyə müddətinə təsir edəcəkdir.

Yuxarıda göstərilən bir neçə vacib amillərə əlavə olaraq, hüceyrə, doldurma və boşaltma sisteminin istehsalı litium batareyanın işinə böyük təsir göstərəcəkdir. Xidmət müddətinin uzadılması ilə batareyanın doldurulma dərəcəsi orta dərəcədə azaldılmalıdır, əks halda qütbləşmə daha da ağırlaşacaq.

nəticə

Litium batareyalarının sürətli doldurulması və boşaldılmasının mahiyyəti ondan ibarətdir ki, litium ionları anod və katod materialları arasında sürətlə çökə bilər. Batareyaların material xassələri, proses dizaynı və doldurma və boşaltma sistemi yüksək cərəyanla doldurulmanın işinə təsir göstərir. Anod və anod materiallarının struktur sabitliyi struktur dağılmasına səbəb olmadan sürətli delitium prosesinə kömək edir, yüksək cərəyan yüklənməsinə tab gətirmək üçün materialın diffuziya sürətindəki litium ionları daha sürətli olur. İon köçürmə sürəti və elektron ötürmə sürəti arasındakı uyğunsuzluq səbəbindən, şarj və boşalma prosesində qütbləşmə baş verəcək, buna görə də litium metalının çökməsinin qarşısını almaq və həyatın təsirini azaltmaq üçün polarizasiya minimuma endirilməlidir.