Selon les exigences des amis du groupe, parlez de la compréhension de la charge rapide de la batterie au lithium :

L’image

Utilisez ce diagramme pour illustrer le processus de charge de la batterie. L’abscisse est le temps et l’ordonnée est la tension. Au stade de la charge initiale de la batterie au lithium, il y aura un petit processus de précharge actuel, à savoir la précharge CC, qui vise à stabiliser les matériaux de l’anode et de la cathode. Après cela, la batterie peut être ajustée pour charger avec un courant élevé, à savoir CC Fast Charge, une fois que la batterie est stable. Enfin, il passe en mode de charge à tension constante (CV). Pour la batterie au lithium, le système démarre le mode de charge à tension constante lorsque la tension atteint 4.2 V, et le courant de charge diminue progressivement jusqu’à ce que la charge se termine lorsque la tension est inférieure à une certaine valeur.

Pendant tout le processus, il existe différents courants de charge standard pour différentes batteries. Par exemple, pour les produits 3C, le courant de charge standard est généralement de 0.1C-0.5C, tandis que pour les batteries haute puissance, la charge standard est généralement de 1C. Le faible courant de charge est également pris en compte pour la sécurité de la batterie. Ainsi, disons aux heures ordinaires de charge rapide, il s’agit de pointer plusieurs fois plus haut que le courant de charge standard à des dizaines de fois.

Certaines personnes disent que charger des batteries au lithium, c’est comme verser de la bière rapidement et remplir de la bière rapidement, mais avec beaucoup de mousse. C’est lent, c’est lent, mais c’est beaucoup de bière, c’est du solide. La charge rapide permet non seulement d’économiser du temps de charge, mais endommage également la batterie elle-même. En raison du phénomène de polarisation dans la batterie, le courant de charge maximum qu’elle peut accepter diminuera avec l’augmentation du cycle de charge et de décharge. Lorsque la charge continue et le courant de charge sont importants, la concentration en ions à l’électrode augmente et la polarisation s’intensifie, et la tension aux bornes de la batterie ne peut pas correspondre directement à la charge/énergie dans une proportion linéaire. Dans le même temps, une charge à courant élevé, l’augmentation de la résistance interne entraînera un effet de chauffage Joule intensifié (Q = I2Rt), entraînant des réactions secondaires, telles que la décomposition par réaction de l’électrolyte, la production de gaz et une série de problèmes, le facteur de risque augmente soudainement, a un impact sur la sécurité de la batterie, la durée de vie de la batterie non alimentée sera considérablement raccourcie.

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Le matériau de l’anode

Le processus de charge rapide de la batterie au lithium est la migration et l’intégration rapides du Li+ dans le matériau de l’anode. La taille des particules du matériau de la cathode peut affecter le temps de réponse et le chemin de diffusion des ions dans le processus électrochimique de la batterie. Selon les études, le coefficient de diffusion des ions lithium augmente avec la diminution de la taille des grains du matériau. Cependant, avec la diminution de la taille des particules de matériau, il y aura une grave agglomération de particules dans la production de pâte, entraînant une dispersion inégale. Dans le même temps, les nanoparticules réduiront la densité de compactage de la feuille d’électrode et augmenteront la zone de contact avec l’électrolyte lors du processus de réaction latérale de charge et de décharge, affectant les performances de la batterie.

La méthode la plus fiable consiste à modifier le matériau de l’électrode positive par revêtement. Par exemple, la conductivité du LFP lui-même n’est pas très bonne. Le revêtement de la surface du LFP avec du carbone ou d’autres matériaux peut améliorer sa conductivité, ce qui contribue à améliorer les performances de charge rapide de la batterie.

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Matériaux d’anode

La charge rapide de la batterie au lithium signifie que les ions lithium peuvent rapidement sortir et « nager » vers l’électrode négative, ce qui nécessite que le matériau de la cathode ait la capacité d’intégrer rapidement le lithium. Les matériaux d’anode utilisés pour la charge rapide de la batterie au lithium comprennent du carbone, du titanate de lithium et d’autres nouveaux matériaux.

Pour les matériaux carbonés, les ions lithium sont préférentiellement noyés dans le graphite dans les conditions de charge conventionnelle car le potentiel d’enrobage du lithium est similaire à celui de la précipitation du lithium. Cependant, dans des conditions de charge rapide ou à basse température, les ions lithium peuvent précipiter à la surface et former du lithium dendritique. Lorsque le lithium dendrite a perforé le SEI, une perte secondaire Li+ a été provoquée et la capacité de la batterie a été réduite. Lorsque le lithium métal atteint un certain niveau, il va croître de l’électrode négative au diaphragme, provoquant un risque de court-circuit de la batterie.

Quant au LTO, il appartient au matériau d’anode contenant de l’oxygène «à contrainte zéro», qui ne produit pas de SEI pendant le fonctionnement de la batterie et a une capacité de liaison plus forte avec le lithium-ion, qui peut répondre aux exigences de charge et de libération rapides. Dans le même temps, étant donné que le SEI ne peut pas être formé, le matériau de l’anode entrera directement en contact avec l’électrolyte, ce qui favorise l’apparition de réactions secondaires. Le problème de la génération de gaz de batterie LTO ne peut pas être résolu et ne peut être atténué que par une modification de surface.

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Liquide d’électrode

Comme mentionné ci-dessus, dans le processus de charge rapide, en raison de l’incohérence du taux de migration des ions lithium et du taux de transfert d’électrons, la batterie aura une grande polarisation. Ainsi, afin de minimiser la réaction négative causée par la polarisation de la batterie, les trois points suivants sont nécessaires pour développer l’électrolyte : 1, sel d’électrolyte à dissociation élevée ; 2, composite solvant – viscosité inférieure ; 3, contrôle d’interface – impédance de membrane inférieure.

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La relation entre la technologie de production et le remplissage rapide

Auparavant, les exigences et les influences du remplissage rapide étaient analysées à partir de trois matériaux clés, tels que les matériaux d’électrode positive et négative et le liquide d’électrode. Ce qui suit est la conception du processus qui a un impact relativement important. Les paramètres technologiques de la production de batteries affectent directement la résistance à la migration des ions lithium dans chaque partie de la batterie avant et après l’activation de la batterie, de sorte que les paramètres technologiques de préparation de la batterie ont une influence importante sur les performances de la batterie lithium-ion.

(1) lisier

Pour les propriétés du lisier, d’une part, il est nécessaire de maintenir l’agent conducteur uniformément dispersé. Parce que l’agent conducteur est uniformément réparti entre les particules de la substance active, un réseau conducteur plus uniforme peut être formé entre la substance active et la substance active et le fluide collecteur, qui a pour fonction de collecter le micro-courant, réduisant la résistance de contact, et peut améliorer le taux de mouvement des électrons. D’autre part, il s’agit d’éviter la sur-dispersion de l’agent conducteur. Au cours du processus de charge et de décharge, la structure cristalline des matériaux d’anode et de cathode changera, ce qui peut provoquer le décollement de l’agent conducteur, augmenter la résistance interne de la batterie et affecter les performances.

(2) Densité extrêmement partielle

En théorie, les batteries multiplicatrices et les batteries de grande capacité sont incompatibles. Lorsque la densité de polarisation des électrodes positive et négative est faible, la vitesse de diffusion des ions lithium peut être augmentée et la résistance à la migration des ions et des électrons peut être réduite. Plus la densité de surface est faible, plus l’électrode est fine, et le changement de la structure de l’électrode provoqué par l’insertion et la libération continues d’ions lithium en charge et en décharge est également plus petit. Cependant, si la densité de surface est trop faible, la densité énergétique de la batterie sera réduite et le coût augmentera. Par conséquent, la densité de surface doit être considérée de manière globale. La figure suivante est un exemple de batterie au cobalt de lithium se chargeant à 6C et se déchargeant à 1C.

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(3) consistance de revêtement de pièce polaire

Avant, un ami a demandé, est-ce qu’une incohérence de densité extrêmement partielle aura un impact sur la batterie ? En passant, pour des performances de charge rapides, le principal est la consistance de la plaque d’anode. Si la densité de surface négative n’est pas uniforme, la porosité interne du matériau vivant variera considérablement après le laminage. La différence de porosité entraînera une différence de distribution de courant interne, ce qui affectera la formation et les performances de SEI au stade de formation de la batterie, et affectera finalement les performances de charge rapide de la batterie.

(4) Densité de compactage de la feuille polaire

Pourquoi les poteaux doivent-ils être compactés ? L’un est d’améliorer l’énergie spécifique de la batterie, l’autre est d’améliorer les performances de la batterie. La densité de compactage optimale varie avec le matériau de l’électrode. Avec l’augmentation de la densité de compactage, plus la porosité de la feuille d’électrode est petite, plus la connexion entre les particules est étroite et plus l’épaisseur de la feuille d’électrode sous la même densité de surface est petite, de sorte que le chemin de migration des ions lithium peut être réduit. Lorsque la densité de compactage est trop grande, l’effet d’infiltration de l’électrolyte n’est pas bon, ce qui peut détruire la structure du matériau et la distribution de l’agent conducteur, et le problème d’enroulement ultérieur se produira. De même, la batterie au cobalt de lithium est chargée à 6C et déchargée à 1C, et l’influence de la densité de compactage sur la capacité spécifique de décharge est indiquée comme suit :

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Vieillissement de formation et autres

Pour les batteries négatives au carbone, la formation – le vieillissement est le processus clé de la batterie au lithium, ce qui affectera la qualité du SEI. L’épaisseur du SEI n’est pas uniforme ou la structure est instable, ce qui affectera la capacité de charge rapide et la durée de vie de la batterie.

En plus de plusieurs facteurs importants ci-dessus, la production de cellules, de systèmes de charge et de décharge aura un impact important sur les performances de la batterie au lithium. Avec l’extension du temps de service, le taux de charge de la batterie doit être modérément réduit, sinon la polarisation sera aggravée.

conclusion

L’essence de la charge et de la décharge rapides des batteries au lithium est que les ions lithium peuvent être rapidement désincrustés entre les matériaux de l’anode et de la cathode. Les propriétés des matériaux, la conception du processus et le système de charge et de décharge des batteries affectent tous les performances de charge à courant élevé. La stabilité structurelle des matériaux d’anode et d’anode est propice au processus rapide du delithium sans provoquer d’effondrement structurel, les ions lithium dans le taux de diffusion du matériau sont plus rapides, afin de résister à une charge à courant élevé. En raison de l’inadéquation entre la vitesse de migration des ions et le taux de transfert d’électrons, une polarisation se produira dans le processus de charge et de décharge, donc la polarisation doit être minimisée pour empêcher la précipitation du lithium métal et réduire la capacité d’affecter la durée de vie.