Згодна з патрабаваннямі сяброў групы, пагаворым аб разуменні хуткай зарадкі літыевай батарэі:

Карцінка

Выкарыстоўвайце гэтую схему, каб праілюстраваць працэс зарадкі акумулятара. Абсцыса – гэта час, а ардыната – напружанне. На пачатковым этапе зарадкі літыевай батарэі будзе праходзіць невялікі працэс папярэдняй зарадкі, а менавіта папярэдняя зарадка CC, мэта якой стабілізаваць матэрыялы анода і катода. Пасля гэтага акумулятар можна наладзіць на зарадку з вялікім токам, а менавіта CC Fast Charge, пасля таго, як батарэя стане стабільнай. Нарэшце, ён пераходзіць у рэжым зарадкі пастаяннага напружання (CV). Для літыевай батарэі сістэма запускае рэжым зарадкі з пастаянным напружаннем, калі напружанне дасягае 4.2 У, і ток зарадкі паступова памяншаецца, пакуль зарадка не скончыцца, калі напружанне ніжэй за пэўнае значэнне.

На працягу ўсяго працэсу існуюць розныя стандартныя зарадныя токі для розных акумулятараў. Напрыклад, для прадуктаў 3C стандартны ток зарадкі звычайна складае 0.1-0.5 градусаў цяпла, у той час як для акумулятараў высокай магутнасці стандартная зарадка звычайна складае 1C. Нізкі ток зарадкі таксама лічыцца для бяспекі акумулятара. Такім чынам, скажам, пры звычайнай хуткай зарадцы ток у некалькі разоў перавышае стандартны ток зарадкі ў дзесяткі разоў.

Некаторыя людзі кажуць, што зарадка літыевых батарэй падобная да разлівання піва, хуткага напаўнення піва, але з вялікай колькасцю пены. Гэта павольна, гэта павольна, але гэта шмат піва, яно цвёрдае. Хуткая зарадка не толькі эканоміць час на зарадку, але і пашкоджвае сам акумулятар. З-за з’явы палярызацыі ў батарэі максімальны ток зарадкі, які ён можа прыняць, будзе памяншацца з павелічэннем цыклу зарада і разраду. Калі бесперапынная зарадка і ток зарадкі вялікі, канцэнтрацыя іёнаў на электродзе павялічваецца і палярызацыя ўзмацняецца, і напружанне на клемах акумулятара не можа непасрэдна адпавядаць зараду/энергіі ў лінейнай прапорцыі. У той жа час высокі ток зарадкі, павелічэнне ўнутранага супраціву прывядзе да ўзмацнення эфекту нагрэву Джоуля (Q=I2Rt), выклікаючы пабочныя рэакцыі, такія як рэакцыя раскладання электраліта, газаўтварэнне і шэраг праблем, фактарам рызыкі раптоўна павялічваецца, уплывае на бяспеку батарэі, тэрмін службы батарэі без харчавання будзе значна скарочаны.

01

Матэрыял анода

Працэс хуткай зарадкі літыевай батарэі – гэта хуткая міграцыя і ўбудаванне Li+ у матэрыял анода. Памер часціц матэрыялу катода можа паўплываць на час водгуку і шлях дыфузіі іёнаў у электрахімічным працэсе батарэі. Па дадзеных даследаванняў, каэфіцыент дыфузіі іёнаў літыя павялічваецца з памяншэннем зярністасці матэрыялу. Аднак з памяншэннем памеру часціц матэрыялу пры вытворчасці цэлюлозы адбудзецца сур’ёзнае агламерацыі часціц, што прывядзе да нераўнамернага рассейвання. У той жа час наначасціцы памяншаюць шчыльнасць ўшчыльнення ліста электродаў і павялічваюць плошчу кантакту з электралітам у працэсе пабочнай рэакцыі зарада і разраду, уплываючы на ​​прадукцыйнасць батарэі.

Больш надзейным метадам з’яўляецца мадыфікацыя матэрыялу станоўчага электрода шляхам нанясення пакрыцця. Напрыклад, сама праводнасць LFP не вельмі добрая. Пакрыццё паверхні LFP вугляродным матэрыялам або іншымі матэрыяламі можа палепшыць яго праводнасць, што спрыяе паляпшэнню хуткай зарадкі батарэі.

02

Анодныя матэрыялы

Хуткая зарадка літыевай батарэі азначае, што іёны літыя могуць хутка выйсці і «падплысці» да адмоўнага электрода, што патрабуе, каб матэрыял катода меў магчымасць хуткага ўбудавання літыя. Анодныя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для хуткай зарадкі літыевых акумулятараў, уключаюць вугляродны матэрыял, тытанат літыя і некаторыя іншыя новыя матэрыялы.

Для вугляродных матэрыялаў іёны літыя пераважна ўбудоўваюцца ў графіт пры ўмове звычайнай зарадкі, таму што патэнцыял убудавання літыя аналагічны патэнцыялу выпадзення літыя. Аднак пры ўмове хуткай зарадкі або нізкай тэмпературы іёны літыя могуць выпадаць у асадак на паверхні і ўтвараць дендрыт літыя. Калі дэндрыт літый праколаў SEI, былі выкліканыя другасныя страты Li+ і ёмістасць батарэі была зніжана. Калі металічны літый дасягае пэўнага ўзроўню, ён будзе расці ад адмоўнага электрода да дыяфрагмы, выклікаючы рызыку кароткага замыкання батарэі.

Што тычыцца LTO, ён належыць да кіслародзмяшчальнага аноднага матэрыялу «нулявой дэфармацыі», які не вырабляе SEI падчас працы ад батарэі і мае больш моцную здольнасць звязвання з іёнамі літыя, што можа адпавядаць патрабаванням хуткай зарадкі і вызвалення. У той жа час, паколькі SEI не можа ўтварацца, матэрыял анода будзе непасрэдна кантактаваць з электралітам, што спрыяе ўзнікненню пабочных рэакцый. Праблема генерацыі газу ў батарэі LTO не можа быць вырашана, і можа быць палегчаная толькі мадыфікацыяй паверхні.

03

Электродная вадкасць

Як згадвалася вышэй, у працэсе хуткай зарадкі, з-за неадпаведнасці хуткасці міграцыі іёнаў літыя і хуткасці перадачы электронаў, акумулятар будзе мець вялікую палярызацыю. Такім чынам, каб звесці да мінімуму адмоўную рэакцыю, выкліканую палярызацыяй батарэі, для распрацоўкі электраліта неабходныя наступныя тры моманты: 1, соль электраліта з высокай дысацыяцыяй; 2, растваральнік кампазіт – меншая глейкасць; 3, кантроль інтэрфейсу – ніжні супраціў мембраны.

04

Узаемасувязь тэхналогіі вытворчасці і хуткага напаўнення

Раней патрабаванні і ўплыў хуткага напаўнення аналізаваліся з трох ключавых матэрыялаў, такіх як станоўчыя і адмоўныя электродныя матэрыялы і электродная вадкасць. Ніжэй прыведзены дызайн працэсу, які аказвае адносна вялікі ўплыў. Тэхналагічныя параметры вытворчасці батарэі непасрэдна ўплываюць на ўстойлівасць да міграцыі іёнаў літыя ў кожнай частцы батарэі да і пасля актывацыі батарэі, таму тэхналагічныя параметры падрыхтоўкі батарэі аказваюць важны ўплыў на прадукцыйнасць літый-іённага акумулятара.

(1) кашыца

Для уласцівасцяў завісі, з аднаго боку, неабходна раўнамерна дысперснаваць токаправодны сродак. Паколькі які праводзіць агент раўнамерна размеркаваны сярод часціц актыўнага рэчывы, паміж дзеючым рэчывам і дзеючым рэчывам і калектарнай вадкасцю можа ўтварыцца больш аднастайная праводная сетка, якая выконвае функцыю збору мікратоку, памяншаючы кантактнае супраціў, і можа палепшыць хуткасць руху электронаў. З іншага боку, гэта прадухіліць празмернае распыленне токаправоднага агента. У працэсе зарадкі і разрадкі крышталічная структура анодных і катодных матэрыялаў зменіцца, што можа прывесці да адслойвання токаправоднага агента, павялічыць ўнутранае супраціўленне батарэі і паўплываць на прадукцыйнасць.

(2) Надзвычай частковая шчыльнасць

Тэарэтычна батарэі-множнікі і батарэі высокай ёмістасці несумяшчальныя. Калі шчыльнасць палярызацыі станоўчага і адмоўнага электродаў нізкая, хуткасць дыфузіі іёнаў літыя можа быць павялічана, а супраціў міграцыі іёнаў і электронаў можа быць паменшаны. Чым ніжэй павярхоўная шчыльнасць, тым танчэй электрод, і змяненне структуры электрода, выкліканае бесперапынным увядзеннем і вызваленнем іёнаў літыя пры зарадцы і разраду, таксама меншае. Аднак, калі павярхоўная шчыльнасць занадта нізкая, шчыльнасць энергіі батарэі паменшыцца, а кошт павялічыцца. Такім чынам, павярхоўную шчыльнасць варта разглядаць комплексна. Наступны малюнак уяўляе сабой прыклад зарадкі літый-кобалатной батарэі пры тэмпературы 6C і разраду пры тэмпературы 1C.

Карцінка

(3) Кансістэнцыя палярнага пакрыцця

Раней, спытаў сябар, ці паўплывае надзвычайная частковая неадпаведнасць шчыльнасці на акумулятар? Тут, дарэчы, для хуткай прадукцыйнасці зарадкі галоўным з’яўляецца кансістэнцыя аноднай пласціны. Калі адмоўная павярхоўная шчыльнасць не аднастайная, унутраная сітаватасць жывога матэрыялу будзе моцна змяняцца пасля пракаткі. Розніца ў сітаватасці прывядзе да розніцы ўнутранага размеркавання току, што паўплывае на фарміраванне і прадукцыйнасць SEI на стадыі фарміравання батарэі і ў канчатковым выніку паўплывае на прадукцыйнасць хуткай зарадкі батарэі.

(4) Шчыльнасць ўшчыльнення полюснага ліста

Чаму слупы трэба ўшчыльняць? Адзін – палепшыць удзельную энергію батарэі, другі – палепшыць прадукцыйнасць батарэі. Аптымальная шчыльнасць ўшчыльнення вар’іруецца ў залежнасці ад матэрыялу электрода. З павелічэннем шчыльнасці ўшчыльнення, чым менш сітаватасць ліста электрода, тым шчыльней сувязь паміж часціцамі і менш таўшчыня ліста электрода пры той жа павярхоўнай шчыльнасці, таму шлях міграцыі іёнаў літыя можа быць паменшаны. Калі шчыльнасць ўшчыльнення занадта вялікая, эфект пранікнення электраліта не з’яўляецца добрым, што можа разбурыць структуру матэрыялу і размеркаванне токаправоднага агента, і пазней з’явіцца праблема абмоткі. Аналагічным чынам літый-кобалатная батарэя зараджаецца пры тэмпературы 6C і разраджаецца пры тэмпературы 1C, і ўплыў шчыльнасці ўшчыльнення на ўдзельную ёмістасць разраду паказваецца наступным чынам:

Карцінка

05

Старэнне адукацыі і інш

Для вугляроднага адмоўнага акумулятара фарміраванне – старэнне з’яўляецца ключавым працэсам літыевай батарэі, які паўплывае на якасць SEI. Таўшчыня SEI нераўнамерная або структура нестабільная, што паўплывае на ёмістасць хуткай зарадкі і тэрмін службы батарэі.

У дадатак да некалькіх вышэйпералічаных важных фактараў, вытворчасць ячэйкі, сістэмы зарада і разраду будзе мець вялікі ўплыў на прадукцыйнасць літыевай батарэі. Пры павелічэнні тэрміну службы хуткасць зарадкі акумулятара павінна быць умерана зніжана, інакш палярызацыя пагоршыцца.

заключэнне

Сутнасць хуткай зарадкі і разрадкі літыевых батарэй заключаецца ў тым, што іёны літыя могуць быць хутка адлучаны паміж матэрыяламі анода і катода. Уласцівасці матэрыялу, канструкцыя працэсу і сістэма зарадкі і разрадкі акумулятараў уплываюць на прадукцыйнасць зарадкі пры моцным току. Структурная стабільнасць анодных і анодных матэрыялаў спрыяе хуткаму працэсу дэлітыю, не выклікаючы структурнага калапсу, іёны літыя ў хуткасці дыфузіі матэрыялу хутчэй, каб вытрымліваць высокі ток зарадкі. З-за неадпаведнасці паміж хуткасцю міграцыі іёнаў і хуткасцю перадачы электронаў, палярызацыя будзе адбывацца ў працэсе зарадкі і разрадкі, таму палярызацыя павінна быць зведзена да мінімуму, каб прадухіліць выпадзенне металічнага літыя і знізіць здольнасць уплываць на тэрмін службы.