Според изискванията на приятелите на групата, говорете за разбирането за бързо зареждане на литиева батерия:

Картината

Използвайте тази диаграма, за да илюстрирате процеса на зареждане на батерията. Абсцисата е времето, а ординатата е напрежение. В началния етап на зареждане на литиевата батерия ще има малък текущ процес на предварително зареждане, а именно CC предварително зареждане, което има за цел да стабилизира анодните и катодните материали. След това батерията може да бъде настроена за зареждане с висок ток, а именно CC Fast Charge, след като батерията е стабилна. Накрая той влиза в режим на зареждане с постоянно напрежение (CV). За литиевата батерия системата стартира режим на зареждане с постоянно напрежение, когато напрежението достигне 4.2V, а токът на зареждане постепенно намалява, докато зареждането приключи, когато напрежението е по-ниско от определена стойност.

По време на целия процес има различни стандартни зарядни токове за различните батерии. Например, за 3C продукти, стандартният ток на зареждане обикновено е 0.1C-0.5C, докато за батерии с висока мощност стандартното зареждане обикновено е 1C. Ниският ток на зареждане също се взема предвид за безопасността на батерията. Така че, да речем при обикновено време за бързо зареждане, трябва да посочите няколко пъти по-висок от стандартния ток на зареждане до десетки пъти.

Някои хора казват, че зареждането на литиеви батерии е като наливане на бира, бързо и бързо пълнене на бира, но с много пяна. Бавно е, бавно е, но е много бира, твърдо е. Бързото зареждане не само спестява време за зареждане, но и уврежда самата батерия. Поради феномена на поляризация в батерията, максималният ток на зареждане, който може да приеме, ще намалее с увеличаването на цикъла на зареждане и разреждане. Когато непрекъснатото зареждане и зарядният ток са големи, концентрацията на йони в електрода се увеличава и поляризацията се засилва, а напрежението на терминала на батерията не може директно да съответства на заряда/енергията в линейна пропорция. В същото време зареждането с висок ток, увеличаването на вътрешното съпротивление ще доведе до засилен ефект на нагряване на джаул (Q=I2Rt), което води до странични реакции, като реакционно разлагане на електролита, производство на газ и редица проблеми, рисков фактор внезапно се увеличава, оказва влияние върху безопасността на батерията, животът на батерията без захранване ще бъде значително съкратен.

01

Материалът на анода

Бързият процес на зареждане на литиевата батерия е бързата миграция и вграждане на Li+ в анодния материал. Размерът на частиците на катодния материал може да повлияе на времето за реакция и пътя на дифузия на йони в електрохимичния процес на батерията. Според проучвания коефициентът на дифузия на литиеви йони се увеличава с намаляването на размера на зърното на материала. Въпреки това, с намаляването на размера на материалните частици, ще има сериозно агломериране на частици при производството на целулоза, което води до неравномерно разпръскване. В същото време наночастиците ще намалят плътността на уплътняване на електродния лист и ще увеличат контактната площ с електролита в процеса на странична реакция на зареждане и разреждане, което ще повлияе на производителността на батерията.

По-надеждният метод е да се модифицира материала на положителния електрод чрез покритие. Например, самата проводимост на LFP не е много добра. Покриването на повърхността на LFP с въглероден материал или други материали може да подобри проводимостта му, което е благоприятно за подобряване на бързото зареждане на батерията.

02

Анодни материали

Бързото зареждане на литиевата батерия означава, че литиевите йони могат бързо да излязат и да „плуват“ към отрицателния електрод, което изисква катодният материал да има способността за бързо вграждане на литий. Анодните материали, използвани за бързо зареждане на литиева батерия, включват въглероден материал, литиев титанат и някои други нови материали.

За въглеродните материали, литиевите йони са за предпочитане вградени в графита при условие на конвенционално зареждане, тъй като потенциалът на вграждане на литий е подобен на този на литиево утаяване. Въпреки това, при условие на бързо зареждане или ниска температура, литиевите йони могат да се утаят на повърхността и да образуват дендритен литий. Когато SEI пробива дендрит с литий, е причинена вторична загуба на Li+ и капацитетът на батерията е намален. Когато металът литий достигне определено ниво, той ще нарасне от отрицателния електрод към диафрагмата, причинявайки риск от късо съединение на батерията.

Що се отнася до LTO, той принадлежи към кислород-съдържащия аноден материал с „нулево напрежение“, който не произвежда SEI по време на работа на батерията и има по-силна способност за свързване с литиеви йони, което може да отговори на изискванията за бързо зареждане и освобождаване. В същото време, тъй като SEI не може да се образува, анодният материал ще контактува директно с електролита, което насърчава появата на странични реакции. Проблемът с генерирането на газ от LTO батерията не може да бъде решен и може да бъде облекчен само чрез модификация на повърхността.

03

Електродна течност

Както бе споменато по-горе, в процеса на бързо зареждане, поради несъответствието на скоростта на миграция на литиеви йони и скоростта на пренос на електрони, батерията ще има голяма поляризация. Така че, за да се сведе до минимум отрицателната реакция, причинена от поляризацията на батерията, са необходими следните три точки за разработване на електролита: 1, електролитна сол с висока дисоциация; 2, разтворител композит – по-нисък вискозитет; 3, управление на интерфейса – по-нисък импеданс на мембраната.

04

Връзката между производствената технология и бързото пълнене

Преди това изискванията и влиянията на бързото пълнене бяха анализирани от три ключови материала, като положителни и отрицателни електродни материали и електродна течност. Следва дизайнът на процеса, който има относително голямо влияние. Технологичните параметри на производството на батерии пряко влияят върху устойчивостта на миграция на литиеви йони във всяка част на батерията преди и след активиране на батерията, така че технологичните параметри на подготовката на батерията имат важно влияние върху работата на литиево-йонната батерия.

(1) каша

За свойствата на суспензията, от една страна, е необходимо проводящият агент да се поддържа равномерно диспергиран. Тъй като проводящият агент е равномерно разпределен между частиците на активното вещество, може да се образува по-равномерна проводяща мрежа между активното вещество и активното вещество и колекторната течност, която има функцията да събира микроток, намалявайки контактното съпротивление, и може да подобри скоростта на движение на електроните. От друга страна е да се предотврати прекомерната дисперсия на проводящия агент. В процеса на зареждане и разреждане кристалната структура на анодните и катодните материали ще се промени, което може да причини отлепване на проводящия агент, да увеличи вътрешното съпротивление на батерията и да повлияе на производителността.

(2) Изключително частична плътност

На теория батериите за множител и батериите с голям капацитет са несъвместими. Когато плътността на поляризацията на положителните и отрицателните електроди е ниска, скоростта на дифузия на литиеви йони може да се увеличи и съпротивлението на миграция на йони и електрони може да бъде намалено. Колкото по-ниска е повърхностната плътност, толкова по-тънък е електродът и промяната в структурата на електрода, причинена от непрекъснатото вкарване и освобождаване на литиеви йони при зареждане и разреждане, също е по-малка. Въпреки това, ако повърхностната плътност е твърде ниска, енергийната плътност на батерията ще бъде намалена и цената ще се увеличи. Следователно повърхностната плътност трябва да се разглежда изчерпателно. Следващата фигура е пример за зареждане на литиево-кобалатна батерия при 6C и разреждане при 1C.

Картината

(3) Консистенция на покритието на полярното парче

Преди, един приятел попита, изключително частичната несъответствие на плътността ще окаже ли влияние върху батерията? Тук между другото, за бързо зареждане, основната е консистенцията на анодната плоча. Ако отрицателната повърхностна плътност не е равномерна, вътрешната порьозност на живия материал ще варира значително след валцуване. Разликата в порьозността ще доведе до разлика във вътрешното разпределение на тока, което ще повлияе на образуването и производителността на SEI в етапа на формиране на батерията и в крайна сметка ще повлияе на бързото зареждане на батерията.

(4) Плътност на уплътняване на стълбов лист

Защо стълбовете трябва да бъдат уплътнени? Едната е за подобряване на специфичната енергия на батерията, другата е за подобряване на производителността на батерията. Оптималната плътност на уплътняване варира в зависимост от материала на електрода. С увеличаването на плътността на уплътняване, колкото по-малка е порьозността на електродния лист, толкова по-тясна е връзката между частиците и толкова по-малка е дебелината на електродния лист при същата повърхностна плътност, така че пътят на миграция на литиеви йони може да бъде намален. Когато плътността на уплътняване е твърде голяма, ефектът на инфилтрация на електролита не е добър, което може да разруши структурата на материала и разпределението на проводящия агент и ще възникне по-късен проблем с намотката. По същия начин литиево-кобалатната батерия се зарежда при 6C и се разрежда при 1C, а влиянието на плътността на уплътняване върху специфичния капацитет на разреждане е показано, както следва:

Картината

05

Формационно стареене и други

За въглеродно отрицателната батерия образуването – стареенето е ключовият процес на литиевата батерия, който ще повлияе на качеството на SEI. Дебелината на SEI не е еднаква или структурата е нестабилна, което ще повлияе на капацитета за бързо зареждане и живота на батерията.

В допълнение към горните няколко важни фактора, производството на клетка, система за зареждане и разреждане ще има голямо влияние върху производителността на литиевата батерия. С удължаването на времето за обслужване скоростта на зареждане на батерията трябва да бъде умерено намалена, в противен случай поляризацията ще се влоши.

заключение

Същността на бързото зареждане и разреждане на литиеви батерии е, че литиевите йони могат бързо да се отделят между анодните и катодните материали. Свойствата на материала, дизайна на процеса и системата за зареждане и разреждане на батериите влияят върху ефективността на зареждане с висок ток. Структурната стабилност на анодните и анодните материали е благоприятна за бързия делитиев процес, без да причинява структурен колапс, литиевите йони в скоростта на дифузия на материала са по-бързи, за да издържат на зареждане с висок ток. Поради несъответствието между скоростта на миграция на йони и скоростта на трансфер на електрони, поляризацията ще възникне в процеса на зареждане и разреждане, така че поляризацията трябва да бъде сведена до минимум, за да се предотврати утаяването на литиевия метал и да се намали капацитетът да повлияе на живота.