I henhold til kravene fra gruppevenner, tal om forståelsen af ​​lithiumbatteri hurtigopladning:

Billedet

Brug dette diagram til at illustrere processen med batteriopladning. Abscissen er tid og ordinaten er spænding. Ved den indledende opladning af lithiumbatterier vil der være en lille nuværende foropladningsproces, nemlig CC pre-charge, som har til formål at stabilisere anode- og katodematerialerne. Herefter kan batteriet indstilles til Charge med høj strøm, nemlig CC Fast Charge, efter at batteriet er stabilt. Til sidst går den ind i konstant spændingsopladningstilstand (CV). For lithiumbatterier starter systemet konstantspændingsopladningstilstand, når spændingen når 4.2V, og ladestrømmen falder gradvist, indtil opladningen slutter, når spændingen er lavere end en vis værdi.

Under hele processen er der forskellige standard ladestrømme for forskellige batterier. For eksempel, for 3C-produkter er standardopladningsstrømmen generelt 0.1C-0.5C, mens standardopladningen for højeffektbatterier generelt er 1C. Den lave ladestrøm tages også i betragtning for batteriets sikkerhed. Så, siger til almindelige tidspunkter hurtig opladning, er det at pege på flere gange højere end standard ladestrøm til titusinder af gange.

Nogle mennesker siger, at opladning af lithium-batterier er som at hælde øl op, hurtigt og hurtigt fylde øl, men med meget skum. Det er langsomt, det er langsomt, men det er meget øl, det er solidt. Hurtig opladning sparer ikke kun opladningstid, men beskadiger også selve batteriet. På grund af polariseringsfænomenet i batteriet vil den maksimale ladestrøm, det kan acceptere, falde med stigningen i opladnings- og afladningscyklussen. Når den kontinuerlige opladning og ladestrømmen er stor, stiger ionkoncentrationen ved elektroden og polariseringen intensiveres, og batteripolspændingen kan ikke direkte svare til ladningen/energien i et lineært forhold. Samtidig vil høj strømopladning, stigningen i intern modstand føre til en intensiveret Joule-varmeeffekt (Q=I2Rt), hvilket medfører bivirkninger, såsom reaktionsnedbrydning af elektrolyt, gasproduktion og en række problemer, risikofaktoren stiger pludseligt, har en indvirkning på batterisikkerheden, vil levetiden for ikke-strømbatterier blive stærkt forkortet.

01

Anodematerialet

Den hurtige opladning af lithiumbatterier er den hurtige migrering og indlejring af Li+ i anodematerialet. Katodematerialets partikelstørrelse kan påvirke reaktionstiden og diffusionsvejen for ioner i batteriets elektrokemiske proces. Ifølge undersøgelser stiger diffusionskoefficienten for lithiumioner med faldet i materialets kornstørrelse. Men med faldet i materialets partikelstørrelse vil der være alvorlig agglomeration af partikler ved fremstillingen af ​​pulp, hvilket resulterer i ujævn spredning. Samtidig vil nanopartikler reducere elektrodepladens komprimeringstæthed og øge kontaktområdet med elektrolytten i processen med opladning og afladningssidereaktion, hvilket påvirker batteriets ydeevne.

Den mere pålidelige metode er at modificere det positive elektrodemateriale ved belægning. For eksempel er ledningsevnen af ​​LFP i sig selv ikke særlig god. Belægning af overfladen af ​​LFP med kulstofmateriale eller andre materialer kan forbedre dens ledningsevne, hvilket er befordrende for at forbedre batteriets hurtige opladningsydelse.

02

Anode materialer

Hurtig opladning af lithiumbatteri betyder, at lithiumioner hurtigt kan komme ud og “svømme” til den negative elektrode, hvilket kræver, at katodematerialet har evnen til hurtigt at indlejre lithium. Anodematerialerne, der bruges til hurtig opladning af lithiumbatterier, omfatter kulstofmateriale, lithiumtitanat og nogle andre nye materialer.

For kulstofmaterialer er lithiumioner fortrinsvis indlejret i grafit under konventionel opladning, fordi potentialet for lithiumindlejring svarer til det for lithiumudfældning. Men under betingelse af hurtig opladning eller lav temperatur kan lithiumioner udfældes på overfladen og danne dendritlithium. Når dendrit lithium punkterede SEI, blev der forårsaget Li+ sekundært tab, og batterikapaciteten blev reduceret. Når lithiummetallet når et vist niveau, vil det vokse fra den negative elektrode til membranen, hvilket medfører risiko for batterikortslutning.

Hvad angår LTO, så hører det til det iltholdige anodemateriale “zero strain”, som ikke producerer SEI under batteridrift, og har stærkere bindingsevne med lithium-ion, som kan opfylde kravene til hurtig opladning og frigivelse. På samme tid, fordi SEI ikke kan dannes, vil anodematerialet direkte komme i kontakt med elektrolytten, hvilket fremmer forekomsten af ​​sidereaktioner. Problemet med LTO-batterigasgenerering kan ikke løses og kan kun afhjælpes ved overflademodifikation.

03

Elektrode væske

Som nævnt ovenfor, i processen med hurtig opladning, på grund af inkonsistensen af ​​lithium-ion-migreringshastighed og elektronoverførselshastighed, vil batteriet have en stor polarisering. Så for at minimere den negative reaktion forårsaget af batteripolarisering er følgende tre punkter nødvendige for at udvikle elektrolytten: 1, elektrolytsalt med høj dissociation; 2, opløsningsmiddelkomposit – lavere viskositet; 3, grænsefladekontrol – lavere membranimpedans.

04

Forholdet mellem produktionsteknologi og hurtig påfyldning

Før blev kravene og påvirkningerne af hurtig påfyldning analyseret ud fra tre nøglematerialer, såsom positive og negative elektrodematerialer og elektrodevæske. Det følgende er procesdesignet, der har en relativt stor indflydelse. De teknologiske parametre for batteriproduktion påvirker direkte migrationsmodstanden for lithium-ioner i hver del af batteriet før og efter batteriaktivering, så de teknologiske parametre for batteriforberedelse har en vigtig indflydelse på lithium-ion-batteriets ydeevne.

(1) opslæmning

For gylles egenskaber er det på den ene side nødvendigt at holde det ledende middel jævnt fordelt. Fordi det ledende middel er jævnt fordelt blandt partiklerne af det aktive stof, kan der dannes et mere ensartet ledende netværk mellem det aktive stof og det aktive stof og samlervæsken, som har den funktion at opsamle mikrostrøm, hvilket reducerer kontaktmodstanden, og kan forbedre elektronernes bevægelseshastighed. På den anden side er det at forhindre overspredning af ledende middel. I opladnings- og afladningsprocessen vil krystalstrukturen af ​​anode- og katodematerialer ændre sig, hvilket kan forårsage afskalning af ledende middel, øge batteriets indre modstand og påvirke ydeevnen.

(2) Ekstremt partiel tæthed

I teorien er multiplikatorbatterier og højkapacitetsbatterier inkompatible. Når polarisationstætheden af ​​de positive og negative elektroder er lav, kan diffusionshastigheden af ​​lithium-ioner øges, og ion- og elektronmigreringsmodstanden kan reduceres. Jo lavere overfladedensiteten er, jo tyndere er elektroden, og ændringen af ​​elektrodestrukturen forårsaget af den kontinuerlige indsættelse og frigivelse af lithiumioner i ladning og udladning er også mindre. Men hvis overfladedensiteten er for lav, vil batteriets energitæthed blive reduceret, og omkostningerne vil stige. Derfor bør overfladedensiteten overvejes grundigt. Følgende figur er et eksempel på lithiumcobalatbatteri, der oplades ved 6C og aflades ved 1C.

Billedet

(3) Polar stykke belægningskonsistens

Før spurgte en ven, vil ekstrem delvis tæthedsinkonsekvens have en indvirkning på batteriet? Her forresten, for hurtig opladning, er det vigtigste konsistensen af ​​anodepladen. Hvis den negative overfladedensitet ikke er ensartet, vil den indre porøsitet af det levende materiale variere meget efter valsning. Forskellen i porøsitet vil føre til forskellen i intern strømfordeling, hvilket vil påvirke dannelsen og ydeevnen af ​​SEI i dannelsesstadiet af batteriet og i sidste ende påvirke batteriets hurtige opladningsydelse.

(4) Komprimeringstæthed af polplade

Hvorfor skal pæle komprimeres? Den ene er at forbedre batteriets specifikke energi, den anden er at forbedre batteriets ydeevne. Den optimale komprimeringstæthed varierer med elektrodematerialet. Med stigningen i komprimeringstætheden, jo mindre porøsiteten af ​​elektrodepladen er, jo tættere er forbindelsen mellem partikler, og jo mindre er tykkelsen af ​​elektrodepladen under den samme overfladedensitet, så migrationsvejen for lithiumioner kan reduceres. Når komprimeringstætheden er for stor, er infiltrationseffekten af ​​elektrolyt ikke god, hvilket kan ødelægge materialestrukturen og fordelingen af ​​ledende middel, og det senere viklingsproblem vil opstå. Tilsvarende oplades lithiumcobalatbatteriet ved 6C og aflades ved 1C, og komprimeringstæthedens indflydelse på afladningsspecifikke kapacitet er vist som følger:

Billedet

05

Formation aldring og andre

For kulstofnegative batterier er dannelse – ældning nøgleprocessen for lithiumbatterier, hvilket vil påvirke kvaliteten af ​​SEI. Tykkelsen af ​​SEI er ikke ensartet, eller strukturen er ustabil, hvilket vil påvirke batteriets hurtigopladningskapacitet og cykluslevetid.

Ud over de ovennævnte flere vigtige faktorer vil produktionen af ​​celle-, opladnings- og afladningssystem have stor indflydelse på lithiumbatteriets ydeevne. Med forlængelse af servicetiden bør batteriopladningshastigheden reduceres moderat, ellers vil polariseringen blive forværret.

konklusion

Essensen af ​​hurtig opladning og afladning af lithiumbatterier er, at lithiumioner hurtigt kan de-indlejres mellem anode- og katodematerialer. Batteriernes materialeegenskaber, procesdesign og op- og afladningssystem påvirker alle ydeevnen af ​​højstrømsopladning. Den strukturelle stabilitet af anode- og anodematerialer er befordrende for den hurtige delithiumproces uden at forårsage strukturelt kollaps, lithiumioner i materialets diffusionshastighed er hurtigere for at modstå høj strømopladning. På grund af misforholdet mellem ionmigreringshastighed og elektronoverførselshastighed vil polarisering forekomme i opladning og afladningsprocessen, så polarisering bør minimeres for at forhindre udfældning af lithiummetal og reducere kapaciteten til at påvirke levetiden.