Sprechen Sie gemäß den Anforderungen von Gruppenfreunden über das Verständnis des Schnellladens von Lithiumbatterien:

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Verwenden Sie dieses Diagramm, um den Ladevorgang der Batterie zu veranschaulichen. Die Abszisse ist die Zeit und die Ordinate ist die Spannung. In der anfänglichen Ladephase der Lithiumbatterie wird es einen Vorladeprozess mit geringem Strom geben, nämlich CC-Vorladung, der darauf abzielt, die Anoden- und Kathodenmaterialien zu stabilisieren. Danach kann der Akku auf Laden mit hohem Strom eingestellt werden, nämlich CC Fast Charge, nachdem der Akku stabil ist. Schließlich tritt es in den Konstantspannungslademodus (CV) ein. Bei Lithiumbatterien startet das System den Konstantspannungs-Lademodus, wenn die Spannung 4.2 V erreicht, und der Ladestrom nimmt allmählich ab, bis der Ladevorgang endet, wenn die Spannung unter einem bestimmten Wert liegt.

Während des gesamten Vorgangs gibt es unterschiedliche Standardladeströme für verschiedene Akkus. Bei 3C-Produkten beträgt der Standardladestrom beispielsweise im Allgemeinen 0.1C-0.5C, während bei Hochleistungsbatterien der Standardladestrom im Allgemeinen 1C beträgt. Auch der geringe Ladestrom dient der Sicherheit der Batterie. Also, sagen wir, bei normalen Zeiten Schnellladung, es soll auf ein Vielfaches höher als der Standard-Ladestrom auf das Zehnfache hinweisen.

Manche Leute sagen, dass das Aufladen von Lithiumbatterien wie das Einschenken von Bier ist, schnell und das Bier füllen schnell, aber mit viel Schaum. Es ist langsam, es ist langsam, aber es ist viel Bier, es ist fest. Schnelles Laden spart nicht nur Ladezeit, sondern schädigt auch den Akku selbst. Aufgrund des Polarisationsphänomens in der Batterie nimmt der maximal zulässige Ladestrom mit zunehmendem Lade- und Entladezyklus ab. Wenn die kontinuierliche Ladung und der Ladestrom groß sind, nimmt die Ionenkonzentration an der Elektrode zu und die Polarisation verstärkt sich, und die Batterieklemmenspannung kann der Ladung/Energie nicht direkt in einem linearen Verhältnis entsprechen. Gleichzeitig führt die Hochstromladung, die Erhöhung des Innenwiderstands zu einem verstärkten Joule-Heizeffekt (Q=I2Rt), was Nebenreaktionen wie die Reaktionszersetzung des Elektrolyten, die Gasbildung und eine Reihe von Problemen, den Risikofaktor, mit sich bringt steigt plötzlich an, wirkt sich auf die Batteriesicherheit aus, die Lebensdauer der nicht stromführenden Batterie wird stark verkürzt.

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Das Anodenmaterial

Der Schnellladeprozess von Lithiumbatterien ist die schnelle Migration und Einbettung von Li+ in das Anodenmaterial. Die Partikelgröße des Kathodenmaterials kann die Reaktionszeit und den Diffusionsweg von Ionen im elektrochemischen Prozess der Batterie beeinflussen. Studien zufolge nimmt der Diffusionskoeffizient von Lithiumionen mit abnehmender Korngröße des Materials zu. Mit der Abnahme der Materialteilchengröße kommt es jedoch zu einer ernsthaften Agglomeration von Teilchen bei der Herstellung von Zellstoff, was zu einer ungleichmäßigen Verteilung führt. Gleichzeitig verringern Nanopartikel die Verdichtungsdichte des Elektrodenblatts und erhöhen die Kontaktfläche mit dem Elektrolyten beim Prozess der Lade- und Entladeseitenreaktion, was die Leistung der Batterie beeinträchtigt.

Die zuverlässigere Methode besteht darin, das positive Elektrodenmaterial durch Beschichten zu modifizieren. Beispielsweise ist die Leitfähigkeit von LFP selbst nicht sehr gut. Das Beschichten der Oberfläche von LFP mit Kohlenstoffmaterial oder anderen Materialien kann seine Leitfähigkeit verbessern, was der Verbesserung der Schnellladeleistung der Batterie förderlich ist.

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Anodenmaterialien

Das schnelle Aufladen von Lithiumbatterien bedeutet, dass Lithiumionen schnell herauskommen und zur negativen Elektrode „schwimmen“ können, was erfordert, dass das Kathodenmaterial die Fähigkeit hat, Lithium schnell einzubetten. Die Anodenmaterialien, die zum schnellen Laden von Lithiumbatterien verwendet werden, umfassen Kohlenstoffmaterial, Lithiumtitanat und einige andere neue Materialien.

Bei Kohlenstoffmaterialien werden Lithiumionen unter den Bedingungen der konventionellen Aufladung bevorzugt in Graphit eingebettet, da das Potenzial der Lithiumeinbettung ähnlich dem der Lithiumfällung ist. Unter der Bedingung eines schnellen Ladens oder einer niedrigen Temperatur können jedoch Lithiumionen auf der Oberfläche ausfallen und Dendriten-Lithium bilden. Wenn Dendriten-Lithium punktierte SEI verursachte, wurde ein sekundärer Li+-Verlust verursacht und die Batteriekapazität verringert. Wenn das Lithiummetall einen bestimmten Wert erreicht, wächst es von der negativen Elektrode zum Diaphragma, wodurch die Gefahr eines Batteriekurzschlusses besteht.

Was LTO angeht, gehört es zu dem sauerstoffhaltigen Anodenmaterial „Null Belastung“, das während des Batteriebetriebs kein SEI erzeugt und eine stärkere Bindungsfähigkeit mit Lithiumionen aufweist, die die Anforderungen der schnellen Ladung und Freisetzung erfüllen können. Da SEI nicht gebildet werden kann, kommt das Anodenmaterial gleichzeitig direkt mit dem Elektrolyten in Kontakt, was das Auftreten von Nebenreaktionen fördert. Das Problem der LTO-Batteriegaserzeugung kann nicht gelöst werden und kann nur durch Oberflächenmodifikation gemildert werden.

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Elektrodenflüssigkeit

Wie oben erwähnt, weist die Batterie beim Schnellladen aufgrund der Inkonsistenz der Lithiumionen-Migrationsrate und der Elektronentransferrate eine große Polarisation auf. Um die durch die Polarisation der Batterie verursachte negative Reaktion zu minimieren, sind die folgenden drei Punkte erforderlich, um den Elektrolyten zu entwickeln: 1, Elektrolytsalz mit hoher Dissoziation; 2, Lösungsmittelkomposit – niedrigere Viskosität; 3, Schnittstellensteuerung – niedrigere Membranimpedanz.

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Die Beziehung zwischen Produktionstechnologie und schneller Abfüllung

Zuvor wurden die Anforderungen und Einflüsse der Schnellbefüllung anhand von drei Schlüsselmaterialien, wie positiven und negativen Elektrodenmaterialien und Elektrodenflüssigkeit, analysiert. Das folgende ist das Prozessdesign, das einen relativ großen Einfluss hat. Die technologischen Parameter der Batterieherstellung wirken sich direkt auf die Migrationsbeständigkeit von Lithium-Ionen in jedem Teil der Batterie vor und nach der Batterieaktivierung aus, daher haben die technologischen Parameter der Batterievorbereitung einen wichtigen Einfluss auf die Leistung der Lithium-Ionen-Batterie.

(1) Aufschlämmung

Für die Eigenschaften von Slurry ist es einerseits erforderlich, das Leitmittel gleichmäßig verteilt zu halten. Da das leitfähige Mittel gleichmäßig auf die Partikel des Wirkstoffs verteilt ist, kann zwischen dem Wirkstoff und dem Wirkstoff und der Kollektorflüssigkeit ein gleichmäßigeres leitfähiges Netzwerk gebildet werden, das die Funktion hat, Mikroströme zu sammeln und den Übergangswiderstand zu verringern, und kann die Bewegungsgeschwindigkeit von Elektronen verbessern. Andererseits soll die übermäßige Dispergierung des leitfähigen Mittels verhindert werden. Während des Lade- und Entladevorgangs ändert sich die Kristallstruktur von Anoden- und Kathodenmaterialien, was zum Ablösen des leitfähigen Mittels führen, den Innenwiderstand der Batterie erhöhen und die Leistung beeinträchtigen kann.

(2) Extrem partielle Dichte

Theoretisch sind Multiplikatorbatterien und Hochleistungsbatterien nicht kompatibel. Wenn die Polarisationsdichte der positiven und negativen Elektroden niedrig ist, kann die Diffusionsgeschwindigkeit von Lithiumionen erhöht und der Ionen- und Elektronenmigrationswiderstand verringert werden. Je geringer die Oberflächendichte ist, desto dünner ist die Elektrode, und auch die Änderung der Elektrodenstruktur durch das kontinuierliche Einbringen und Freigeben von Lithiumionen beim Laden und Entladen ist geringer. Wenn jedoch die Oberflächendichte zu gering ist, wird die Energiedichte der Batterie verringert und die Kosten steigen. Daher sollte die Flächendichte umfassend betrachtet werden. Die folgende Abbildung ist ein Beispiel für das Laden von Lithium-Kobalat-Batterien bei 6 °C und das Entladen bei 1 °C.

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(3) Beschichtungskonsistenz von Polarstücken

Hat ein Freund zuvor gefragt, wird sich eine extrem partielle Dichteinkonsistenz auf die Batterie auswirken? Für eine schnelle Ladeleistung kommt es hier übrigens auf die Konsistenz der Anodenplatte an. Wenn die negative Oberflächendichte nicht einheitlich ist, wird die innere Porosität des lebenden Materials nach dem Walzen stark variieren. Der Unterschied in der Porosität führt zu einem Unterschied der internen Stromverteilung, was die Bildung und Leistung von SEI in der Bildungsphase der Batterie beeinflusst und letztendlich die Schnellladeleistung der Batterie beeinflusst.

(4) Verdichtungsdichte des Polblechs

Warum müssen Pole verdichtet werden? Eine besteht darin, die spezifische Energie der Batterie zu verbessern, die andere besteht darin, die Leistung der Batterie zu verbessern. Die optimale Verdichtungsdichte variiert mit dem Elektrodenmaterial. Je kleiner die Porosität des Elektrodenblatts, desto enger die Verbindung zwischen den Partikeln und desto geringer die Dicke des Elektrodenblatts bei gleicher Oberflächendichte mit zunehmender Verdichtungsdichte, so dass der Wanderungsweg von Lithiumionen verringert werden kann. Wenn die Verdichtungsdichte zu groß ist, ist die Infiltrationswirkung des Elektrolyten nicht gut, was die Materialstruktur und die Verteilung des leitfähigen Mittels zerstören kann, und das spätere Wickelproblem tritt auf. Ähnlich wird eine Lithium-Kobalat-Batterie bei 6C geladen und bei 1C entladen, und der Einfluss der Verdichtungsdichte auf die spezifische Entladekapazität wird wie folgt gezeigt:

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Formationsalterung und andere

Bei einer Kohlenstoff-negativen Batterie ist die Bildung – Alterung der Schlüsselprozess der Lithiumbatterie, der sich auf die Qualität der SEI auswirkt. Die Dicke der SEI ist ungleichmäßig oder die Struktur ist instabil, was die Schnellladekapazität und die Zyklenlebensdauer der Batterie beeinträchtigt.

Zusätzlich zu den oben genannten wichtigen Faktoren wird die Produktion von Zellen, Lade- und Entladesystemen einen großen Einfluss auf die Leistung von Lithiumbatterien haben. Mit der Verlängerung der Betriebszeit sollte die Batterieladerate moderat reduziert werden, da sonst die Polarisation verstärkt wird.

Abschluss

Die Essenz des schnellen Ladens und Entladens von Lithiumbatterien besteht darin, dass Lithiumionen schnell zwischen Anoden- und Kathodenmaterialien de-embedded werden können. Die Materialeigenschaften, das Prozessdesign und das Lade- und Entladesystem von Batterien beeinflussen alle die Leistung des Hochstromladens. Die strukturelle Stabilität von Anoden- und Anodenmaterialien fördert den schnellen Delithiumprozess, ohne einen strukturellen Kollaps zu verursachen, Lithiumionen in der Materialdiffusionsrate sind schneller, um einer Hochstromladung standzuhalten. Aufgrund der Fehlanpassung zwischen der Ionenmigrationsgeschwindigkeit und der Elektronenübertragungsrate tritt Polarisation beim Lade- und Entladeprozess auf, daher sollte die Polarisation minimiert werden, um die Ausfällung von Lithiummetall zu verhindern und die Kapazität zu verringern, die Lebensdauer zu beeinträchtigen.