Podle požadavků skupinových přátel mluvte o porozumění rychlému nabíjení lithiové baterie:

Obrázek

Tento diagram použijte k ilustraci procesu nabíjení baterie. Úsečka je čas a ordináta je napětí. V počáteční fázi nabíjení lithiové baterie proběhne proces předběžného nabíjení malým proudem, konkrétně CC předběžné nabíjení, jehož cílem je stabilizovat materiály anody a katody. Poté lze baterii upravit na nabíjení vysokým proudem, konkrétně CC Fast Charge, jakmile je baterie stabilní. Nakonec přejde do režimu nabíjení konstantním napětím (CV). U lithiové baterie systém spustí režim nabíjení konstantním napětím, když napětí dosáhne 4.2 V, a nabíjecí proud postupně klesá, dokud nabíjení neskončí, když je napětí nižší než určitá hodnota.

Během celého procesu existují různé standardní nabíjecí proudy pro různé baterie. Například u produktů 3C je standardní nabíjecí proud obecně 0.1C-0.5C, zatímco u vysoce výkonných baterií je standardní nabíjení obecně 1C. Nízký nabíjecí proud je také brán v úvahu pro bezpečnost baterie. Takže, řekněme při běžném rychlém nabíjení, to znamená, že je to několikanásobně vyšší než standardní nabíjecí proud až desítkykrát.

Někteří lidé říkají, že nabíjení lithiových baterií je jako nalévání piva, rychlé a rychlé plnění piva, ale se spoustou pěny. Je to pomalé, je to pomalé, ale je to hodně pivní, je to pevné. Rychlé nabíjení nejen šetří čas nabíjení, ale poškozuje i samotnou baterii. V důsledku polarizačního jevu v baterii se maximální nabíjecí proud, který může přijmout, sníží se zvýšením cyklu nabíjení a vybíjení. Když je kontinuální nabíjení a nabíjecí proud velký, koncentrace iontů na elektrodě se zvyšuje a polarizace se zintenzivňuje a svorkové napětí baterie nemůže přímo odpovídat náboji/energii v lineárním poměru. Současně nabíjení vysokým proudem, zvýšení vnitřního odporu povede k zesílenému Jouleovu zahřívacímu efektu (Q=I2Rt), což přináší vedlejší reakce, jako je reakční rozklad elektrolytu, tvorba plynu a řada problémů, rizikový faktor se náhle zvýší, má dopad na bezpečnost baterie, životnost nenapájené baterie se výrazně zkrátí.

01

Materiál anody

Rychlý proces nabíjení lithiové baterie je rychlá migrace a zabudování Li+ do materiálu anody. Velikost částic katodového materiálu může ovlivnit dobu odezvy a cestu difúze iontů v elektrochemickém procesu baterie. Podle studií se difúzní koeficient lithných iontů zvyšuje se zmenšováním velikosti zrna materiálu. Se snižováním velikosti částic materiálu však při výrobě buničiny dojde k vážnému shlukování částic, což má za následek nerovnoměrné rozptýlení. Nanočástice zároveň sníží hustotu zhutnění elektrodového listu a zvětší kontaktní plochu s elektrolytem v procesu nabíjecí a vybíjecí vedlejší reakce, což ovlivní výkon baterie.

Spolehlivější metodou je modifikace materiálu kladné elektrody potahováním. Například vodivost samotného LFP není příliš dobrá. Potažení povrchu LFP uhlíkovým materiálem nebo jinými materiály může zlepšit jeho vodivost, což přispívá ke zlepšení výkonu rychlého nabíjení baterie.

02

Anodové materiály

Rychlé nabíjení lithiové baterie znamená, že ionty lithia mohou rychle vystoupit a „plavat“ k záporné elektrodě, což vyžaduje, aby materiál katody měl schopnost rychle zapouzdřit lithium. Mezi materiály anody používané pro rychlé nabíjení lithiové baterie patří uhlíkový materiál, lithium titanát a některé další nové materiály.

U uhlíkových materiálů jsou lithiové ionty přednostně zabudovány do grafitu za podmínek konvenčního nabíjení, protože potenciál zalití lithia je podobný jako u srážení lithia. Avšak za podmínek rychlého nabíjení nebo nízké teploty se mohou ionty lithia vysrážet na povrchu a vytvářet dendritické lithium. Když dendrit lithium prorazil SEI, došlo k sekundární ztrátě Li+ a ke snížení kapacity baterie. Když lithiový kov dosáhne určité úrovně, přeroste od záporné elektrody k membráně, což způsobí riziko zkratu baterie.

Pokud jde o LTO, patří k anodovému materiálu s „nulovým napětím“ obsahujícím kyslík, který během provozu na baterie neprodukuje SEI a má silnější vazebnou schopnost s iontem lithia, který může splňovat požadavky na rychlé nabíjení a uvolňování. Současně, protože nelze vytvořit SEI, materiál anody bude přímo v kontaktu s elektrolytem, ​​což podporuje výskyt vedlejších reakcí. Problém generování plynu z LTO baterií nelze vyřešit a lze jej zmírnit pouze úpravou povrchu.

03

Elektroda kapalina

Jak bylo uvedeno výše, v procesu rychlého nabíjení bude mít baterie v důsledku nekonzistence rychlosti migrace lithných iontů a rychlosti přenosu elektronů velkou polarizaci. Aby se minimalizovala negativní reakce způsobená polarizací baterie, jsou pro vývoj elektrolytu zapotřebí následující tři body: 1, sůl elektrolytu s vysokou disociací; 2, kompozit rozpouštědel – nižší viskozita; 3, ovládání rozhraní – nižší impedance membrány.

04

Vztah mezi technologií výroby a rychlým plněním

Dříve byly požadavky a vlivy rychlého plnění analyzovány ze tří klíčových materiálů, jako jsou kladné a záporné elektrodové materiály a elektrodová kapalina. Následuje návrh procesu, který má relativně velký dopad. Technologické parametry výroby baterie přímo ovlivňují migrační odpor lithiových iontů v každé části baterie před a po aktivaci baterie, takže technologické parametry přípravy baterie mají významný vliv na výkon lithium-iontové baterie.

(1) kaše

Pro vlastnosti kejdy je na jedné straně nutné udržovat vodivé činidlo rovnoměrně rozptýlené. Protože je vodivé činidlo rovnoměrně rozloženo mezi částicemi účinné látky, může se mezi účinnou látkou a účinnou látkou a sběrnou kapalinou vytvořit rovnoměrnější vodivá síť, která má funkci sběru mikroproudu, snížení přechodového odporu, a může zlepšit rychlost pohybu elektronů. Na druhé straně je zabráněno nadměrné disperzi vodivého činidla. V procesu nabíjení a vybíjení se krystalová struktura materiálů anody a katody změní, což může způsobit odlupování vodivého činidla, zvýšit vnitřní odpor baterie a ovlivnit výkon.

(2) Extrémně částečná hustota

Teoreticky jsou multiplikační baterie a vysokokapacitní baterie nekompatibilní. Když je hustota polarizace kladných a záporných elektrod nízká, lze zvýšit rychlost difúze iontů lithia a snížit odpor migrace iontů a elektronů. Čím nižší je povrchová hustota, tím je elektroda tenčí a změna struktury elektrody způsobená kontinuálním vkládáním a uvolňováním lithiových iontů při nabíjení a vybíjení je také menší. Pokud je však povrchová hustota příliš nízká, energetická hustota baterie se sníží a náklady se zvýší. Proto je třeba plošnou hustotu posuzovat komplexně. Následující obrázek je příkladem nabíjení kobalátové lithiové baterie při 6C a vybíjení při 1C.

Obrázek

(3) Konzistence povlaku polárního kusu

Dříve se kamarád ptal, bude mít extrémně částečná nekonzistence hustoty dopad na baterii? Mimochodem, pro výkon rychlého nabíjení je hlavní konzistence anodové desky. Pokud není záporná povrchová hustota stejnoměrná, bude se vnitřní poréznost živého materiálu po válcování značně měnit. Rozdíl v poréznosti povede k rozdílu ve vnitřní distribuci proudu, což ovlivní tvorbu a výkon SEI ve fázi tvorby baterie a nakonec ovlivní výkon rychlého nabíjení baterie.

(4) Hustota zhutnění pólového plechu

Proč je potřeba sloupky zhutňovat? Jedním z nich je zlepšení specifické energie baterie, druhým je zlepšení výkonu baterie. Optimální hustota zhutnění se liší podle materiálu elektrody. Se zvýšením hustoty zhutnění, čím menší je pórovitost elektrodového listu, tím těsnější je spojení mezi částicemi a tím menší je tloušťka elektrodového listu při stejné povrchové hustotě, takže migrační dráha lithiových iontů může být snížena. Když je hustota zhutnění příliš velká, není infiltrační účinek elektrolytu dobrý, což může zničit strukturu materiálu a distribuci vodivého činidla a později dojde k problému s vinutím. Podobně se lithium kobalátová baterie nabíjí při 6 °C a vybíjí při 1 °C a vliv hustoty zhutnění na specifickou kapacitu vybíjení je znázorněn následovně:

Obrázek

05

Stárnutí formace a další

U uhlíkové záporné baterie je tvorba – stárnutí klíčovým procesem lithiové baterie, který ovlivní kvalitu SEI. Tloušťka SEI není jednotná nebo je struktura nestabilní, což ovlivní kapacitu rychlého nabíjení a životnost baterie.

Kromě několika výše uvedených důležitých faktorů bude mít na výkon lithiové baterie velký vliv výroba článku, systému nabíjení a vybíjení. S prodloužením servisní doby by se měla rychlost nabíjení baterie mírně snížit, jinak se polarizace zhorší.

závěr

Podstatou rychlého nabíjení a vybíjení lithiových baterií je, že ionty lithia mohou být rychle de-zabudovány mezi materiály anody a katody. Vlastnosti materiálu, procesní design a systém nabíjení a vybíjení baterií, to vše ovlivňuje výkon vysokoproudého nabíjení. Strukturální stabilita anodových a anodových materiálů přispívá k rychlému procesu delithia, aniž by způsobila strukturální kolaps, rychlost difúze lithných iontů je rychlejší, aby vydržely nabíjení vysokým proudem. Kvůli nesouladu mezi rychlostí migrace iontů a rychlostí přenosu elektronů dojde v procesu nabíjení a vybíjení k polarizaci, takže polarizace by měla být minimalizována, aby se zabránilo srážení kovového lithia a snížila se kapacita ovlivňující životnost.