Rääkige grupisõprade nõuete kohaselt liitiumaku kiirlaadimise mõistmisest:

Pilt

Kasutage seda diagrammi aku laadimise protsessi illustreerimiseks. Abstsiss on aeg ja ordinaat on pinge. Liitiumaku laadimise algfaasis toimub väike voolu eellaadimisprotsess, nimelt CC eellaadimine, mille eesmärk on stabiliseerida anoodi ja katoodi materjale. Pärast seda saab aku reguleerida suure vooluga laadimisele, nimelt CC kiirlaadimisele, kui aku on stabiilne. Lõpuks siseneb see konstantse pinge laadimise režiimi (CV). Liitiumaku puhul käivitab süsteem konstantse pinge laadimisrežiimi, kui pinge jõuab 4.2 V-ni ja laadimisvool väheneb järk-järgult, kuni laadimine lõpeb, kui pinge on teatud väärtusest madalam.

Kogu protsessi jooksul on erinevatele akudele erinevad standardsed laadimisvoolud. Näiteks 3C toodete puhul on tavaline laadimisvool üldiselt 0.1C–0.5C, samas kui suure võimsusega akude puhul on tavaline laadimisvool üldiselt 1C. Aku ohutuse seisukohalt arvestatakse ka madalat laadimisvoolu. Seega, ütleme tavalistel aegadel kiirlaadimisel, näitab see mitu korda suuremat kui tavaline laadimisvool kümneid kordi.

Mõned inimesed ütlevad, et liitiumakude laadimine on nagu õlle valamine, kiire ja õlle täitmine kiiresti, kuid suure vahuga. See on aeglane, see on aeglane, aga see on palju õlut, see on tahke. Kiirlaadimine mitte ainult ei säästa laadimisaega, vaid kahjustab ka akut ennast. Aku polarisatsiooninähtuse tõttu väheneb selle vastuvõetav maksimaalne laadimisvool laadimis- ja tühjenemistsükli suurenedes. Kui pidev laadimine ja laadimisvool on suured, siis ioonide kontsentratsioon elektroodil suureneb ja polarisatsioon intensiivistub ning aku klemmi pinge ei saa otseselt lineaarses vahekorras vastata laengule/energiale. Samal ajal põhjustab kõrge voolu laadimine, sisetakistuse suurenemine intensiivsemat Joule’i kuumutusefekti (Q=I2Rt), tuues kaasa kõrvalreaktsioone, nagu elektrolüüdi lagunemine, gaasi tootmine ja rida probleeme, riskitegur. suureneb järsult, avaldab mõju aku ohutusele, lüheneb energiata aku eluiga oluliselt.

01

Anoodi materjal

Liitiumaku kiire laadimisprotsess on Li + kiire migreerumine ja kinnistamine anoodimaterjali. Katoodimaterjali osakeste suurus võib mõjutada ioonide reaktsiooniaega ja difusiooniteed aku elektrokeemilises protsessis. Uuringute kohaselt suureneb liitiumioonide difusioonikoefitsient koos materjali tera suuruse vähenemisega. Materjali osakeste suuruse vähenemisega kaasneb aga tselluloosi valmistamisel osakeste tõsine aglomeratsioon, mille tulemuseks on ebaühtlane hajumine. Samal ajal vähendavad nanoosakesed elektroodilehe tihendustihedust ja suurendavad laadimise ja tühjenemise kõrvalreaktsiooni protsessis kontaktpinda elektrolüüdiga, mõjutades aku jõudlust.

Usaldusväärsem meetod on positiivse elektroodi materjali modifitseerimine katmisega. Näiteks LFP enda juhtivus ei ole kuigi hea. LFP pinna katmine süsinikmaterjali või muude materjalidega võib parandada selle juhtivust, mis aitab parandada aku kiiret laadimist.

02

Anoodi materjalid

Liitiumaku kiire laadimine tähendab, et liitiumioonid võivad kiiresti väljuda ja “ujuda” negatiivse elektroodini, mis eeldab, et katoodi materjalil on võime liitiumi kiiresti kinnistada. Liitiumaku kiireks laadimiseks kasutatavad anoodimaterjalid hõlmavad süsinikmaterjali, liitiumtitanaati ja mõnda muud uut materjali.

Süsinikmaterjalide puhul manustatakse liitiumioonid eelistatavalt grafiiti tavapärase laadimise tingimustes, kuna liitiumi kinnitumise potentsiaal on sarnane liitiumi sadestumise omaga. Kuid kiirlaadimise või madala temperatuuri tingimustes võivad liitiumioonid pinnale sadestuda ja moodustada liitiumi dendriit. Kui liitium dendriit läbistas SEI, tekkis Li + sekundaarne kadu ja aku mahtuvus vähenes. Kui liitiummetall jõuab teatud tasemeni, kasvab see negatiivselt elektroodilt membraanile, põhjustades aku lühise ohu.

Mis puutub LTO-sse, siis see kuulub hapnikku sisaldava “nullpinge” anoodimaterjali hulka, mis ei tekita aku töötamise ajal SEI-d ja millel on tugevam sidumisvõime liitiumiooniga, mis suudab vastata kiire laadimise ja vabastamise nõuetele. Samal ajal, kuna SEI-d ei saa moodustada, puutub anoodimaterjal vahetult kokku elektrolüüdiga, mis soodustab kõrvalreaktsioonide tekkimist. LTO aku gaasi tootmise probleemi ei saa lahendada ja seda saab leevendada ainult pinna muutmisega.

03

Elektroodide vedelik

Nagu eespool mainitud, on kiirlaadimise protsessis liitiumioonide migratsioonikiiruse ja elektronide ülekandekiiruse ebakõla tõttu akul suur polarisatsioon. Nii et aku polarisatsioonist põhjustatud negatiivse reaktsiooni minimeerimiseks on elektrolüüdi väljatöötamiseks vaja järgmisi kolme punkti: 1, kõrge dissotsiatsiooniga elektrolüüdisool; 2, lahustikomposiit – madalam viskoossus; 3, liidese juhtimine – membraani madalam takistus.

04

Tootmistehnoloogia ja kiire täitmise seos

Enne analüüsiti kiire täitmise nõudeid ja mõjusid kolmest võtmematerjalist, nagu positiivsed ja negatiivsed elektroodide materjalid ning elektroodivedelik. Järgnevalt on toodud protsessi ülesehitus, millel on suhteliselt suur mõju. Aku tootmise tehnoloogilised parameetrid mõjutavad otseselt liitiumioonide migratsioonitakistust aku igas osas enne ja pärast aku aktiveerimist, seega on aku ettevalmistamise tehnoloogilistel parameetritel oluline mõju liitiumioonaku jõudlusele.

(1) läga

Läga omaduste jaoks on ühelt poolt vaja juhtivat ainet hoida ühtlaselt hajutatud. Kuna juhtiv aine on toimeaine osakeste vahel ühtlaselt jaotunud, võib toimeaine ja toimeaine ning kollektorivedeliku vahel moodustuda ühtlasem juhtiv võrgustik, mille ülesandeks on koguda mikrovoolu, vähendades kontakttakistust. ja võib parandada elektronide liikumiskiirust. Teisest küljest on see vältida juhtiva aine liigset hajumist. Laadimis- ja tühjendusprotsessis muutub anoodi- ja katoodmaterjalide kristallstruktuur, mis võib põhjustada juhtiva aine koorumist, suurendada aku sisemist takistust ja mõjutada jõudlust.

(2) Äärmiselt osatihedus

Teoreetiliselt ei sobi kordaja akud ja suure võimsusega akud. Kui positiivsete ja negatiivsete elektroodide polarisatsioonitihedus on madal, saab liitiumioonide difusioonikiirust suurendada ning ioonide ja elektronide migratsioonitakistust vähendada. Mida väiksem on pinnatihedus, seda õhem on elektrood ning väiksem on ka elektroodi struktuuri muutus, mis on põhjustatud pidevast laengus ja tühjenemises olevate liitiumioonide sisestamisest ja vabanemisest. Kui aga pinnatihedus on liiga madal, siis aku energiatihedus väheneb ja maksumus tõuseb. Seetõttu tuleks pinnatihedust käsitleda igakülgselt. Järgmisel joonisel on näide liitiumkobalaataku laadimisest 6C juures ja tühjenemisest 1C juures.

Pilt

(3) Polaartüki katte konsistents

Enne küsis sõber, et kas äärmiselt osaline tiheduse ebaühtlus mõjutab akut? Siin, muide, kiire laadimise jaoks on peamine anoodiplaadi konsistents. Kui negatiivne pinnatihedus ei ole ühtlane, on elusmaterjali sisemine poorsus pärast valtsimist väga erinev. Poorsuse erinevus põhjustab sisemise voolujaotuse erinevust, mis mõjutab SEI moodustumist ja jõudlust aku moodustamise etapis ning lõpuks mõjutab aku kiiret laadimist.

(4) Pooluse lehe tihendustihedus

Miks on vaja poste tihendada? Üks on parandada aku erienergiat, teine ​​on parandada aku jõudlust. Optimaalne tihendustihedus sõltub elektroodi materjalist. Tihendamise tiheduse suurenemisega, mida väiksem on elektroodilehe poorsus, seda tihedam on osakeste vaheline ühendus ja seda väiksem on elektroodilehe paksus sama pinnatiheduse korral, nii et liitiumioonide migratsiooniteed saab vähendada. Kui tihendustihedus on liiga suur, ei ole elektrolüüdi infiltratsiooniefekt hea, mis võib hävitada materjali struktuuri ja juhtiva aine jaotumise ning tekib hilisem mähisprobleem. Sarnaselt laaditakse liitiumkobalaatakut temperatuuril 6 °C ja tühjendatakse temperatuuril 1 °C ning tihendustiheduse mõju tühjenemise erivõimsusele on näidatud järgmiselt:

Pilt

05

Moodustumise vananemine ja teised

Süsinikegatiivse aku puhul on liitiumaku põhiprotsess, mis mõjutab SEI kvaliteeti, moodustumine – vananemine. SEI paksus ei ole ühtlane või struktuur on ebastabiilne, mis mõjutab aku kiiret laadimisvõimet ja tsükli eluiga.

Lisaks ülaltoodud mitmetele olulistele teguritele mõjutab liitiumaku jõudlust suuresti ka elemendi, laadimis- ja tühjendussüsteemi tootmine. Kasutusaja pikenemisega tuleks aku laadimiskiirust mõõdukalt vähendada, vastasel juhul süveneb polarisatsioon.

järeldus

Liitiumakude kiirlaadimise ja tühjenemise olemus seisneb selles, et liitiumioone saab kiiresti anoodi- ja katoodimaterjalide vahelt eemaldada. Materjali omadused, protsessi ülesehitus ning akude laadimis- ja tühjendussüsteem mõjutavad kõik suure vooluga laadimise jõudlust. Anoodi ja anoodi materjalide struktuurne stabiilsus soodustab kiiret deliitiumiprotsessi, põhjustamata konstruktsiooni kokkuvarisemist, liitiumioonid materjali difusioonikiirusel on kiiremad, et taluda suurt voolu laadimist. Ioonide migratsioonikiiruse ja elektronide ülekandekiiruse vahelise mittevastavuse tõttu toimub laadimis- ja tühjenemisprotsessis polarisatsioon, seega tuleks liitiummetalli sadenemise vältimiseks ja eluea mõjutamise võime vähendamiseks polarisatsiooni minimeerida.