જૂથ મિત્રોની જરૂરિયાતો અનુસાર, લિથિયમ બેટરી ઝડપી ચાર્જિંગની સમજ વિશે વાત કરો:

ચિત્ર

બેટરી ચાર્જ કરવાની પ્રક્રિયાને સમજાવવા માટે આ રેખાકૃતિનો ઉપયોગ કરો. એબ્સીસા સમય છે અને ઓર્ડિનેટ વોલ્ટેજ છે. લિથિયમ બેટરીના પ્રારંભિક ચાર્જિંગ તબક્કે, એક નાની વર્તમાન પ્રી-ચાર્જ પ્રક્રિયા હશે, એટલે કે CC પ્રી-ચાર્જ, જેનો ઉદ્દેશ એનોડ અને કેથોડ સામગ્રીને સ્થિર કરવાનો છે. તે પછી, બેટરી સ્થિર થયા પછી, બેટરીને ઉચ્ચ પ્રવાહ સાથે ચાર્જ કરવા માટે એડજસ્ટ કરી શકાય છે, એટલે કે CC ફાસ્ટ ચાર્જ. અંતે, તે સતત વોલ્ટેજ ચાર્જિંગ મોડ (CV) માં પ્રવેશે છે. લિથિયમ બેટરી માટે, જ્યારે વોલ્ટેજ 4.2V સુધી પહોંચે છે ત્યારે સિસ્ટમ સતત વોલ્ટેજ ચાર્જિંગ મોડ શરૂ કરે છે, અને જ્યારે વોલ્ટેજ ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં ઓછું હોય ત્યારે ચાર્જિંગ સમાપ્ત થાય ત્યાં સુધી ચાર્જિંગ વર્તમાન ધીમે ધીમે ઘટે છે.

સમગ્ર પ્રક્રિયા દરમિયાન, વિવિધ બેટરીઓ માટે વિવિધ પ્રમાણભૂત ચાર્જિંગ પ્રવાહો છે. ઉદાહરણ તરીકે, 3C ઉત્પાદનો માટે, પ્રમાણભૂત ચાર્જિંગ વર્તમાન સામાન્ય રીતે 0.1C-0.5C હોય છે, જ્યારે ઉચ્ચ-પાવર પાવર બેટરી માટે, પ્રમાણભૂત ચાર્જિંગ સામાન્ય રીતે 1C હોય છે. બેટરીની સલામતી માટે ઓછા ચાર્જિંગ કરંટને પણ ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે. તેથી, કહો કે સામાન્ય સમયે ઝડપી ચાર્જ, તે પ્રમાણભૂત ચાર્જ કરંટ કરતા અનેક ગણા વધુને દસ વખત નિર્દેશ કરે છે.

કેટલાક લોકો કહે છે કે લિથિયમ બેટરી ચાર્જ કરવી એ બીયર રેડવા જેવું છે, ઝડપથી અને ઝડપથી બીયર ભરવા જેવું છે, પરંતુ ઘણા બધા ફીણ સાથે. તે ધીમું છે, તે ધીમું છે, પરંતુ તે ઘણું બિયર છે, તે નક્કર છે. ઝડપી ચાર્જિંગ માત્ર ચાર્જિંગનો સમય બચાવે છે, પરંતુ બેટરીને પણ નુકસાન પહોંચાડે છે. બેટરીમાં ધ્રુવીકરણની ઘટનાને લીધે, ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ ચક્રના વધારા સાથે તે સ્વીકારી શકે તેવો મહત્તમ ચાર્જિંગ પ્રવાહ ઘટશે. જ્યારે સતત ચાર્જિંગ અને ચાર્જિંગ વર્તમાન મોટો હોય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોડ પર આયન સાંદ્રતા વધે છે અને ધ્રુવીકરણ તીવ્ર બને છે, અને બેટરી ટર્મિનલ વોલ્ટેજ રેખીય પ્રમાણમાં ચાર્જ/ઊર્જા સાથે સીધો અનુરૂપ હોઈ શકતો નથી. તે જ સમયે, ઉચ્ચ વર્તમાન ચાર્જિંગ, આંતરિક પ્રતિકારમાં વધારો તીવ્ર જૌલ હીટિંગ ઇફેક્ટ (Q=I2Rt) તરફ દોરી જશે, આડઅસરો લાવશે, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની પ્રતિક્રિયા વિઘટન, ગેસનું ઉત્પાદન અને સમસ્યાઓની શ્રેણી, જોખમ પરિબળ. અચાનક વધે છે, બેટરી સલામતી પર અસર કરે છે, બિન-પાવર બેટરીનું જીવન મોટા પ્રમાણમાં ટૂંકી કરવામાં આવશે.

01

એનોડ સામગ્રી

લિથિયમ બેટરીની ઝડપી ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા એ એનોડ સામગ્રીમાં Li+ નું ઝડપી સ્થળાંતર અને એમ્બેડિંગ છે. કેથોડ સામગ્રીના કણોનું કદ બેટરીની ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયામાં પ્રતિભાવ સમય અને આયનોના પ્રસારના માર્ગને અસર કરી શકે છે. અભ્યાસો અનુસાર, લિથિયમ આયનોનો પ્રસાર ગુણાંક સામગ્રીના અનાજના કદમાં ઘટાડો સાથે વધે છે. જો કે, સામગ્રીના કણોના કદમાં ઘટાડો થવા સાથે, પલ્પિંગના ઉત્પાદનમાં કણોનું ગંભીર એકત્રીકરણ થશે, પરિણામે અસમાન વિખેરાઈ જશે. તે જ સમયે, નેનોપાર્ટિકલ્સ ઇલેક્ટ્રોડ શીટની કોમ્પેક્શન ઘનતાને ઘટાડશે, અને ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ બાજુની પ્રતિક્રિયાની પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે સંપર્ક વિસ્તાર વધારશે, જે બેટરીના પ્રભાવને અસર કરશે.

વધુ વિશ્વસનીય પદ્ધતિ કોટિંગ દ્વારા હકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રીને સંશોધિત કરવાની છે. ઉદાહરણ તરીકે, એલએફપીની વાહકતા પોતે ખૂબ સારી નથી. LFP ની સપાટીને કાર્બન સામગ્રી અથવા અન્ય સામગ્રીઓ સાથે કોટિંગ કરવાથી તેની વાહકતા વધી શકે છે, જે બેટરીના ઝડપી ચાર્જિંગ પ્રદર્શનને સુધારવા માટે અનુકૂળ છે.

02

એનોડ સામગ્રી

લિથિયમ બેટરીના ઝડપી ચાર્જિંગનો અર્થ એ છે કે લિથિયમ આયનો ઝડપથી બહાર આવી શકે છે અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડમાં “તરી” શકે છે, જેના માટે કેથોડ સામગ્રીને ઝડપી એમ્બેડિંગ લિથિયમની ક્ષમતા હોવી જરૂરી છે. લિથિયમ બેટરીના ઝડપી ચાર્જ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી એનોડ સામગ્રીમાં કાર્બન સામગ્રી, લિથિયમ ટાઇટેનેટ અને અન્ય કેટલીક નવી સામગ્રીનો સમાવેશ થાય છે.

કાર્બન સામગ્રીઓ માટે, લિથિયમ આયનોને પરંપરાગત ચાર્જિંગની શરત હેઠળ પ્રાધાન્યપૂર્વક ગ્રેફાઇટમાં એમ્બેડ કરવામાં આવે છે કારણ કે લિથિયમ એમ્બેડિંગની સંભાવના લિથિયમ અવક્ષેપની સમાન હોય છે. જો કે, ઝડપી ચાર્જિંગ અથવા નીચા તાપમાનની સ્થિતિમાં, લિથિયમ આયન સપાટી પર અવક્ષેપિત થઈ શકે છે અને ડેંડ્રાઈટ લિથિયમ બનાવી શકે છે. જ્યારે ડેંડ્રાઈટ લિથિયમ SEI પંચર કરે છે, ત્યારે Li+ ગૌણ નુકશાન થયું હતું અને બેટરીની ક્ષમતામાં ઘટાડો થયો હતો. જ્યારે લિથિયમ મેટલ ચોક્કસ સ્તરે પહોંચે છે, ત્યારે તે નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડથી ડાયાફ્રેમ સુધી વધશે, જેના કારણે બેટરી શોર્ટ સર્કિટનું જોખમ રહે છે.

LTO માટે, તે “શૂન્ય તાણ” ઓક્સિજન-સમાવતી એનોડ સામગ્રીથી સંબંધિત છે, જે બેટરી ઓપરેશન દરમિયાન SEI ઉત્પન્ન કરતું નથી, અને લિથિયમ આયન સાથે મજબૂત બંધન ક્ષમતા ધરાવે છે, જે ઝડપી ચાર્જ અને પ્રકાશનની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે. તે જ સમયે, કારણ કે SEI ની રચના કરી શકાતી નથી, એનોડ સામગ્રી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે સીધો સંપર્ક કરશે, જે બાજુની પ્રતિક્રિયાઓની ઘટનાને પ્રોત્સાહન આપે છે. એલટીઓ બેટરી ગેસ જનરેશનની સમસ્યા હલ કરી શકાતી નથી, અને માત્ર સપાટીના ફેરફાર દ્વારા જ તેને દૂર કરી શકાય છે.

03

ઇલેક્ટ્રોડ પ્રવાહી

ઉપર સૂચવ્યા મુજબ, ઝડપી ચાર્જિંગની પ્રક્રિયામાં, લિથિયમ આયન સ્થળાંતર દર અને ઇલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટની અસંગતતાને કારણે, બેટરીમાં મોટા ધ્રુવીકરણ થશે. તેથી બેટરીના ધ્રુવીકરણને કારણે થતી નકારાત્મક પ્રતિક્રિયાને ઘટાડવા માટે, ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વિકસાવવા માટે નીચેના ત્રણ મુદ્દાઓની જરૂર છે: 1, ઉચ્ચ વિયોજન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મીઠું; 2, દ્રાવક સંયુક્ત – ઓછી સ્નિગ્ધતા; 3, ઇન્ટરફેસ નિયંત્રણ – નીચલા પટલ અવબાધ.

04

ઉત્પાદન તકનીક અને ઝડપી ભરણ વચ્ચેનો સંબંધ

પહેલાં, ઝડપી ભરણની જરૂરિયાતો અને પ્રભાવોનું ત્રણ મુખ્ય સામગ્રીઓમાંથી વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું, જેમ કે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી અને ઇલેક્ટ્રોડ પ્રવાહી. નીચેની પ્રક્રિયા ડિઝાઇન છે જે પ્રમાણમાં મોટી અસર ધરાવે છે. બેટરીના ઉત્પાદનના તકનીકી પરિમાણો બેટરીના સક્રિયકરણ પહેલા અને પછી બેટરીના દરેક ભાગમાં લિથિયમ આયનોના સ્થળાંતર પ્રતિકારને સીધી અસર કરે છે, તેથી બેટરીની તૈયારીના તકનીકી પરિમાણો લિથિયમ આયન બેટરીના પ્રદર્શન પર મહત્વપૂર્ણ પ્રભાવ ધરાવે છે.

(1) સ્લરી

સ્લરીના ગુણધર્મો માટે, એક તરફ, વાહક એજન્ટને સમાનરૂપે વિખેરવું જરૂરી છે. કારણ કે વાહક એજન્ટ સક્રિય પદાર્થના કણો વચ્ચે સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે, સક્રિય પદાર્થ અને સક્રિય પદાર્થ અને સંગ્રાહક પ્રવાહી વચ્ચે વધુ સમાન વાહક નેટવર્ક રચી શકાય છે, જે સૂક્ષ્મ પ્રવાહ એકત્રિત કરવાનું કાર્ય ધરાવે છે, સંપર્ક પ્રતિકાર ઘટાડે છે, અને ઇલેક્ટ્રોનની હિલચાલ દર સુધારી શકે છે. બીજી બાજુ વાહક એજન્ટના વધુ પડતા વિક્ષેપને અટકાવવાનું છે. ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયામાં, એનોડ અને કેથોડ સામગ્રીનું ક્રિસ્ટલ માળખું બદલાશે, જે વાહક એજન્ટને છાલવાનું કારણ બની શકે છે, બેટરીના આંતરિક પ્રતિકારમાં વધારો કરી શકે છે અને પ્રભાવને અસર કરી શકે છે.

(2) અત્યંત આંશિક ઘનતા

સિદ્ધાંતમાં, ગુણક બેટરી અને ઉચ્ચ-ક્ષમતા ધરાવતી બેટરીઓ અસંગત છે. જ્યારે સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડની ધ્રુવીકરણ ઘનતા ઓછી હોય છે, ત્યારે લિથિયમ આયનોના પ્રસાર વેગને વધારી શકાય છે, અને આયન અને ઇલેક્ટ્રોન સ્થળાંતર પ્રતિકાર ઘટાડી શકાય છે. સપાટીની ઘનતા જેટલી ઓછી છે, ઇલેક્ટ્રોડ પાતળું છે, અને ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જમાં લિથિયમ આયનોના સતત નિવેશ અને પ્રકાશનને કારણે ઇલેક્ટ્રોડની રચનામાં ફેરફાર પણ ઓછો છે. જો કે, જો સપાટીની ઘનતા ખૂબ ઓછી હોય, તો બેટરીની ઊર્જા ઘનતા ઓછી થશે અને ખર્ચમાં વધારો થશે. તેથી, સપાટીની ઘનતાને વ્યાપકપણે ધ્યાનમાં લેવી જોઈએ. નીચેનો આંકડો લિથિયમ કોબાલેટ બેટરી 6C પર ચાર્જ થવાનું અને 1C પર ડિસ્ચાર્જ થવાનું ઉદાહરણ છે.

ચિત્ર

(3) ધ્રુવીય ભાગ કોટિંગ સુસંગતતા

પહેલાં, એક મિત્રે પૂછ્યું, શું અત્યંત આંશિક ઘનતાની અસંગતતા બેટરી પર અસર કરશે? અહીં માર્ગ દ્વારા, ઝડપી ચાર્જિંગ પ્રદર્શન માટે, મુખ્ય એ એનોડ પ્લેટની સુસંગતતા છે. જો નકારાત્મક સપાટીની ઘનતા એકસરખી ન હોય, તો જીવંત સામગ્રીની આંતરિક છિદ્રાળુતા રોલિંગ પછી મોટા પ્રમાણમાં બદલાશે. છિદ્રાળુતાનો તફાવત આંતરિક વર્તમાન વિતરણના તફાવત તરફ દોરી જશે, જે બેટરીના નિર્માણના તબક્કામાં SEI ની રચના અને કામગીરીને અસર કરશે અને આખરે બેટરીના ઝડપી ચાર્જિંગ પ્રદર્શનને અસર કરશે.

(4) પોલ શીટની કોમ્પેક્શન ડેન્સિટી

શા માટે ધ્રુવો કોમ્પેક્ટેડ કરવાની જરૂર છે? એક બેટરીની ચોક્કસ ઉર્જા સુધારવા માટે છે, બીજું બેટરીના પ્રદર્શનને સુધારવા માટે છે. ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી સાથે મહત્તમ કોમ્પેક્શન ઘનતા બદલાય છે. કોમ્પેક્શન ડેન્સિટી વધવા સાથે, ઇલેક્ટ્રોડ શીટની છિદ્રાળુતા જેટલી ઓછી થશે, કણો વચ્ચેનું જોડાણ જેટલું નજીક છે અને સમાન સપાટીની ઘનતા હેઠળ ઇલેક્ટ્રોડ શીટની જાડાઈ ઓછી થશે, તેથી લિથિયમ આયનોના સ્થળાંતરનો માર્ગ ઘટાડી શકાય છે. જ્યારે કોમ્પેક્શન ઘનતા ખૂબ મોટી હોય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ઘૂસણખોરી અસર સારી નથી, જે સામગ્રીની રચના અને વાહક એજન્ટના વિતરણને નષ્ટ કરી શકે છે, અને પછીથી વિન્ડિંગ સમસ્યા ઊભી થશે. એ જ રીતે, લિથિયમ કોબાલેટ બેટરી 6C પર ચાર્જ થાય છે અને 1C પર ડિસ્ચાર્જ થાય છે, અને ડિસ્ચાર્જ ચોક્કસ ક્ષમતા પર કોમ્પેક્શન ડેન્સિટીનો પ્રભાવ નીચે મુજબ દર્શાવેલ છે:

ચિત્ર

05

રચના વૃદ્ધત્વ અને અન્ય

કાર્બન નેગેટિવ બેટરી માટે, રચના – વૃદ્ધત્વ એ લિથિયમ બેટરીની મુખ્ય પ્રક્રિયા છે, જે SEI ની ગુણવત્તાને અસર કરશે. SEI ની જાડાઈ એકસમાન નથી અથવા માળખું અસ્થિર છે, જે બેટરીની ઝડપી ચાર્જિંગ ક્ષમતા અને સાયકલ લાઈફને અસર કરશે.

ઉપરોક્ત ઘણા મહત્વપૂર્ણ પરિબળો ઉપરાંત, સેલ, ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ સિસ્ટમનું ઉત્પાદન લિથિયમ બેટરીના પ્રદર્શન પર મોટી અસર કરશે. સેવા સમયના વિસ્તરણ સાથે, બેટરી ચાર્જિંગ દર સાધારણ ઘટાડવો જોઈએ, અન્યથા ધ્રુવીકરણ વધુ તીવ્ર બનશે.

વિચાર કર્યા પછી કાઢેલો નિષ્કર્ષ; સારાંશ

લિથિયમ બેટરીના ઝડપી ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગનો સાર એ છે કે લિથિયમ આયનોને એનોડ અને કેથોડ સામગ્રી વચ્ચે ઝડપથી ડી-એમ્બેડ કરી શકાય છે. મટીરીયલ પ્રોપર્ટીઝ, પ્રોસેસ ડીઝાઇન અને બેટરીની ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ સિસ્ટમ આ બધું ઉચ્ચ વર્તમાન ચાર્જિંગના પ્રભાવને અસર કરે છે. એનોડ અને એનોડ સામગ્રીની માળખાકીય સ્થિરતા માળખાકીય પતન કર્યા વિના ઝડપી ડેલિથિયમ પ્રક્રિયા માટે અનુકૂળ છે, ઉચ્ચ વર્તમાન ચાર્જિંગનો સામનો કરવા માટે, સામગ્રીના પ્રસાર દરમાં લિથિયમ આયન ઝડપી છે. આયન સ્થળાંતર ગતિ અને ઈલેક્ટ્રોન ટ્રાન્સફર રેટ વચ્ચે મેળ ન હોવાને કારણે, ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયામાં ધ્રુવીકરણ થશે, તેથી લિથિયમ ધાતુના અવક્ષેપને રોકવા અને જીવનને અસર કરવાની ક્ષમતા ઘટાડવા માટે ધ્રુવીકરણ ઓછું કરવું જોઈએ.