Σύμφωνα με τις απαιτήσεις των φίλων της ομάδας, μιλήστε για την κατανόηση της γρήγορης φόρτισης μπαταρίας λιθίου:

Η εικόνα

Χρησιμοποιήστε αυτό το διάγραμμα για να απεικονίσετε τη διαδικασία φόρτισης της μπαταρίας. Η τετμημένη είναι ο χρόνος και η τεταγμένη η τάση. Στο αρχικό στάδιο φόρτισης της μπαταρίας λιθίου, θα υπάρξει μια μικρή τρέχουσα διαδικασία προφόρτισης, δηλαδή η προφόρτιση CC, η οποία στοχεύει στη σταθεροποίηση των υλικών ανόδου και καθόδου. Μετά από αυτό, η μπαταρία μπορεί να ρυθμιστεί σε Φόρτιση με υψηλό ρεύμα, δηλαδή CC Fast Charge, αφού η μπαταρία είναι σταθερή. Τέλος, μπαίνει στη λειτουργία φόρτισης σταθερής τάσης (CV). Για μπαταρία λιθίου, το σύστημα ξεκινά τη λειτουργία φόρτισης σταθερής τάσης όταν η τάση φτάσει τα 4.2 V και το ρεύμα φόρτισης μειώνεται σταδιακά μέχρι να τελειώσει η φόρτιση όταν η τάση είναι χαμηλότερη από μια ορισμένη τιμή.

Κατά τη διάρκεια της όλης διαδικασίας, υπάρχουν διαφορετικά τυπικά ρεύματα φόρτισης για διαφορετικές μπαταρίες. Για παράδειγμα, για προϊόντα 3C, το τυπικό ρεύμα φόρτισης είναι γενικά 0.1C-0.5C, ενώ για μπαταρίες υψηλής ισχύος, η τυπική φόρτιση είναι γενικά 1C. Το χαμηλό ρεύμα φόρτισης λαμβάνεται υπόψη και για την ασφάλεια της μπαταρίας. Έτσι, ας πούμε σε συνηθισμένες ώρες γρήγορης φόρτισης, είναι να δείχνει αρκετές φορές υψηλότερο από το τυπικό ρεύμα φόρτισης σε δεκάδες φορές.

Κάποιοι λένε ότι η φόρτιση των μπαταριών λιθίου είναι σαν να ρίχνεις μπύρα, γρήγορα και να γεμίζεις μπύρα γρήγορα, αλλά με πολύ αφρό. Είναι αργό, είναι αργό, αλλά είναι πολύ μπύρα, είναι συμπαγές. Η γρήγορη φόρτιση όχι μόνο εξοικονομεί χρόνο φόρτισης, αλλά καταστρέφει και την ίδια την μπαταρία. Λόγω του φαινομένου πόλωσης στην μπαταρία, το μέγιστο ρεύμα φόρτισης που μπορεί να δεχθεί θα μειωθεί με την αύξηση του κύκλου φόρτισης και εκφόρτισης. Όταν η συνεχής φόρτιση και το ρεύμα φόρτισης είναι μεγάλο, η συγκέντρωση ιόντων στο ηλεκτρόδιο αυξάνεται και η πόλωση εντείνεται και η τάση τερματικού της μπαταρίας δεν μπορεί να αντιστοιχεί άμεσα στη φόρτιση/ενέργεια σε γραμμική αναλογία. Ταυτόχρονα, η φόρτιση υψηλού ρεύματος, η αύξηση της εσωτερικής αντίστασης θα οδηγήσει σε εντατικό φαινόμενο θέρμανσης Joule (Q=I2Rt), φέρνοντας παράπλευρες αντιδράσεις, όπως η αντίδραση αποσύνθεσης ηλεκτρολύτη, η παραγωγή αερίου και μια σειρά προβλημάτων, ο παράγοντας κινδύνου αυξάνεται ξαφνικά, έχει αντίκτυπο στην ασφάλεια της μπαταρίας, η διάρκεια ζωής της μπαταρίας χωρίς ρεύμα θα μειωθεί σημαντικά.

01

Το υλικό ανόδου

The rapid charging process of lithium battery is the rapid migration and embedding of Li+ in the anode material. The particle size of the cathode material can affect the response time and diffusion path of ions in the electrochemical process of the battery. According to studies, the diffusion coefficient of lithium ions increases with the decrease of the grain size of the material. However, with the decrease of material particle size, there will be serious agglomeration of particles in the production of pulping, resulting in uneven dispersion. At the same time, nanoparticles will reduce the compaction density of the electrode sheet, and increase the contact area with the electrolyte in the process of charge and discharge side reaction, affecting the performance of the battery.

Η πιο αξιόπιστη μέθοδος είναι η τροποποίηση του υλικού του θετικού ηλεκτροδίου με επίστρωση. Για παράδειγμα, η αγωγιμότητα του ίδιου του LFP δεν είναι πολύ καλή. Η επίστρωση της επιφάνειας του LFP με υλικό άνθρακα ή άλλα υλικά μπορεί να βελτιώσει την αγωγιμότητά του, η οποία συμβάλλει στη βελτίωση της απόδοσης γρήγορης φόρτισης της μπαταρίας.

02

Ανοδικά υλικά

Fast charging of lithium battery means that lithium ions can quickly come out and “swim” to the negative electrode, which requires the cathode material to have the ability of fast embedding lithium. The anode materials used for rapid charge of lithium battery include carbon material, lithium titanate and some other new materials.

Για υλικά άνθρακα, τα ιόντα λιθίου ενσωματώνονται κατά προτίμηση στον γραφίτη υπό την προϋπόθεση της συμβατικής φόρτισης, επειδή το δυναμικό της ενσωμάτωσης λιθίου είναι παρόμοιο με αυτό της καθίζησης λιθίου. Ωστόσο, υπό συνθήκες γρήγορης φόρτισης ή χαμηλής θερμοκρασίας, τα ιόντα λιθίου μπορεί να καθιζάνουν στην επιφάνεια και να σχηματίσουν δενδρίτη λίθιο. Όταν το λίθιο δενδρίτη τρύπησε το SEI, προκλήθηκε δευτερογενής απώλεια Li+ και μειώθηκε η χωρητικότητα της μπαταρίας. Όταν το μέταλλο λιθίου φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, θα αναπτυχθεί από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στο διάφραγμα, προκαλώντας τον κίνδυνο βραχυκυκλώματος της μπαταρίας.

Όσο για το LTO, ανήκει στο υλικό ανόδου «μηδενικής καταπόνησης» που περιέχει οξυγόνο, το οποίο δεν παράγει SEI κατά τη λειτουργία της μπαταρίας και έχει ισχυρότερη δεσμευτική ικανότητα με ιόντα λιθίου, που μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις γρήγορης φόρτισης και απελευθέρωσης. Ταυτόχρονα, επειδή δεν μπορεί να σχηματιστεί SEI, το υλικό της ανόδου θα έρθει απευθείας σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη, γεγονός που ευνοεί την εμφάνιση πλευρικών αντιδράσεων. Το πρόβλημα της παραγωγής αερίου μπαταρίας LTO δεν μπορεί να λυθεί και μπορεί να μετριαστεί μόνο με τροποποίηση της επιφάνειας.

03

Υγρό ηλεκτροδίου

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, στη διαδικασία της γρήγορης φόρτισης, λόγω της ασυνέπειας του ρυθμού μετανάστευσης ιόντων λιθίου και του ρυθμού μεταφοράς ηλεκτρονίων, η μπαταρία θα έχει μεγάλη πόλωση. Έτσι, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η αρνητική αντίδραση που προκαλείται από την πόλωση της μπαταρίας, χρειάζονται τα ακόλουθα τρία σημεία για την ανάπτυξη του ηλεκτρολύτη: 1, άλας ηλεκτρολύτη υψηλής διάστασης. 2, σύνθετο διαλύτη – χαμηλότερο ιξώδες. 3, έλεγχος διεπαφής – χαμηλότερη αντίσταση μεμβράνης.

04

The relationship between production technology and fast filling

Προηγουμένως, οι απαιτήσεις και οι επιρροές της γρήγορης πλήρωσης αναλύθηκαν από τρία βασικά υλικά, όπως υλικά θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων και υγρό ηλεκτροδίων. Ακολουθεί ο σχεδιασμός της διαδικασίας που έχει σχετικά μεγάλο αντίκτυπο. Οι τεχνολογικές παράμετροι παραγωγής μπαταριών επηρεάζουν άμεσα την αντίσταση μετανάστευσης των ιόντων λιθίου σε κάθε μέρος της μπαταρίας πριν και μετά την ενεργοποίηση της μπαταρίας, επομένως οι τεχνολογικές παράμετροι της προετοιμασίας της μπαταρίας έχουν σημαντική επίδραση στην απόδοση της μπαταρίας ιόντων λιθίου.

(1) πολτός

For the properties of slurry, on the one hand, it is necessary to keep the conductive agent evenly dispersed. Because the conductive agent is evenly distributed among the particles of the active substance, a more uniform conductive network can be formed between the active substance and the active substance and the collector fluid, which has the function of collecting micro current, reducing the contact resistance, and can improve the movement rate of electrons. On the other hand is to prevent the over-dispersion of conductive agent. In the charging and discharging process, the crystal structure of anode and cathode materials will change, which may cause the peeling off of conductive agent, increase the internal resistance of the battery, and affect the performance.

(2) Εξαιρετικά μερική πυκνότητα

In theory, multiplier batteries and high-capacity batteries are incompatible. When the polarization density of the positive and negative electrodes is low, the diffusion velocity of lithium ions can be increased, and the ion and electron migration resistance can be reduced. The lower the surface density is, the thinner the electrode is, and the change of the electrode structure caused by the continuous insertion and release of lithium ions in charge and discharge is also smaller. However, if the surface density is too low, the energy density of the battery will be reduced and the cost will increase. Therefore, the surface density should be considered comprehensively. The following figure is an example of lithium cobalate battery charging at 6C and discharging at 1C.

Η εικόνα

(3) Συνοχή επίστρωσης πολικού τεμαχίου

Πριν, ένας φίλος ρώτησε, η εξαιρετικά μερική ασυνέπεια της πυκνότητας θα έχει αντίκτυπο στην μπαταρία; Εδώ παρεμπιπτόντως, για γρήγορη απόδοση φόρτισης, το κύριο είναι η συνοχή της πλάκας ανόδου. Εάν η αρνητική επιφανειακή πυκνότητα δεν είναι ομοιόμορφη, το εσωτερικό πορώδες του ζωντανού υλικού θα ποικίλλει πολύ μετά την έλαση. Η διαφορά πορώδους θα οδηγήσει στη διαφορά της εσωτερικής κατανομής ρεύματος, η οποία θα επηρεάσει τον σχηματισμό και την απόδοση του SEI στο στάδιο σχηματισμού της μπαταρίας και τελικά θα επηρεάσει την απόδοση γρήγορης φόρτισης της μπαταρίας.

(4) Πυκνότητα συμπίεσης φύλλου πόλου

Γιατί οι πόλοι πρέπει να συμπιέζονται; Το ένα είναι να βελτιωθεί η συγκεκριμένη ενέργεια της μπαταρίας, το άλλο είναι να βελτιωθεί η απόδοση της μπαταρίας. Η βέλτιστη πυκνότητα συμπίεσης ποικίλλει ανάλογα με το υλικό του ηλεκτροδίου. Με την αύξηση της πυκνότητας συμπίεσης, όσο μικρότερο είναι το πορώδες του φύλλου ηλεκτροδίου, τόσο πιο στενή είναι η σύνδεση μεταξύ των σωματιδίων και τόσο μικρότερο είναι το πάχος του φύλλου ηλεκτροδίου κάτω από την ίδια επιφανειακή πυκνότητα, έτσι η διαδρομή μετανάστευσης των ιόντων λιθίου μπορεί να μειωθεί. Όταν η πυκνότητα συμπίεσης είναι πολύ μεγάλη, η επίδραση διείσδυσης του ηλεκτρολύτη δεν είναι καλή, γεγονός που μπορεί να καταστρέψει τη δομή του υλικού και την κατανομή του αγώγιμου παράγοντα και θα προκύψει το μεταγενέστερο πρόβλημα περιέλιξης. Ομοίως, η μπαταρία κοβαλικού λιθίου φορτίζεται στους 6C και αποφορτίζεται στους 1C και η επίδραση της πυκνότητας συμπίεσης στην ειδική χωρητικότητα εκφόρτισης φαίνεται ως εξής:

Η εικόνα

05

Formation aging and others

Για την αρνητική μπαταρία άνθρακα, ο σχηματισμός – γήρανση είναι η βασική διαδικασία της μπαταρίας λιθίου, η οποία θα επηρεάσει την ποιότητα της SEI. Το πάχος του SEI δεν είναι ομοιόμορφο ή η δομή είναι ασταθής, γεγονός που θα επηρεάσει την ικανότητα γρήγορης φόρτισης και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

In addition to the above several important factors, the production of cell, charge and discharge system will have a great impact on the performance of lithium battery. With the extension of service time, the battery charging rate should be moderately reduced, otherwise the polarization will be aggravated.

συμπέρασμα

Η ουσία της γρήγορης φόρτισης και εκφόρτισης των μπαταριών λιθίου είναι ότι τα ιόντα λιθίου μπορούν να αποενσωματωθούν γρήγορα μεταξύ των υλικών ανόδου και καθόδου. Οι ιδιότητες του υλικού, ο σχεδιασμός της διαδικασίας και το σύστημα φόρτισης και εκφόρτισης των μπαταριών επηρεάζουν την απόδοση της φόρτισης υψηλού ρεύματος. Η δομική σταθερότητα των υλικών ανόδου και ανόδου ευνοεί την ταχεία διαδικασία δελιθίου χωρίς να προκαλείται δομική κατάρρευση, τα ιόντα λιθίου στον ρυθμό διάχυσης του υλικού είναι ταχύτερα, προκειμένου να αντέχουν στη φόρτιση υψηλού ρεύματος. Λόγω της αναντιστοιχίας μεταξύ της ταχύτητας μετανάστευσης ιόντων και του ρυθμού μεταφοράς ηλεκτρονίων, θα συμβεί πόλωση στη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης, επομένως η πόλωση θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί για να αποτραπεί η καθίζηση του μετάλλου λιθίου και να μειωθεί η ικανότητα να επηρεάσει τη διάρκεια ζωής.