Prema zahtjevima prijatelja grupe, razgovarajte o razumijevanju brzog punjenja litij baterije:

Slika

Koristite ovaj dijagram za ilustraciju procesa punjenja baterije. Apscisa je vrijeme, a ordinata je napon. U početnoj fazi punjenja litijeve baterije, postojat će mali trenutni proces predpunjenja, odnosno CC predpunjenje, čiji je cilj stabilizacija materijala anode i katode. Nakon toga, baterija se može podesiti na Punjenje velikom strujom, odnosno CC Fast Charge, nakon što je baterija stabilna. Konačno, ulazi u način punjenja konstantnog napona (CV). Za litijsku bateriju, sustav pokreće način punjenja konstantnim naponom kada napon dosegne 4.2 V, a struja punjenja postupno se smanjuje sve dok punjenje ne završi kada je napon niži od određene vrijednosti.

Tijekom cijelog procesa postoje različite standardne struje punjenja za različite baterije. Na primjer, za 3C proizvode, standardna struja punjenja je općenito 0.1C-0.5C, dok je za baterije velike snage standardno punjenje općenito 1C. Niska struja punjenja također se uzima u obzir za sigurnost baterije. Dakle, recimo u uobičajenim vremenima brzog punjenja, to je pokazati nekoliko puta veću struju punjenja od standardne struje na desetke puta.

Neki ljudi kažu da je punjenje litij baterija kao točenje piva, brzo i brzo punjenje, ali s puno pjene. Sporo je, sporo je, ali puno je piva, solidno je. Brzo punjenje ne samo da štedi vrijeme punjenja, već i oštećuje samu bateriju. Zbog fenomena polarizacije u bateriji, maksimalna struja punjenja koju može prihvatiti smanjit će se s povećanjem ciklusa punjenja i pražnjenja. Kada je kontinuirano punjenje i struja punjenja veliki, koncentracija iona na elektrodi raste i polarizacija se pojačava, a napon terminala baterije ne može izravno odgovarati naboju/energiji u linearnom omjeru. Istovremeno, punjenje velikom strujom, povećanje unutarnjeg otpora dovest će do pojačanog Joule efekta zagrijavanja (Q=I2Rt), donoseći nuspojave, kao što su reakcijska razgradnja elektrolita, proizvodnja plina i niz problema, faktor rizika naglo povećava, ima utjecaj na sigurnost baterije, život baterije bez napajanja bit će uvelike skraćen.

01

Materijal anode

Brzi proces punjenja litij baterije je brza migracija i ugradnja Li+ u materijal anode. Veličina čestica katodnog materijala može utjecati na vrijeme odziva i put difuzije iona u elektrokemijskom procesu baterije. Prema studijama, koeficijent difuzije litijevih iona raste sa smanjenjem veličine zrna materijala. Međutim, sa smanjenjem veličine čestica materijala, doći će do ozbiljne aglomeracije čestica u proizvodnji pulpe, što će rezultirati neravnomjernom disperzijom. Istodobno, nanočestice će smanjiti gustoću zbijanja elektrodnog lima i povećati površinu kontakta s elektrolitom u procesu nuspojave punjenja i pražnjenja, utječući na performanse baterije.

Pouzdanija metoda je modificiranje materijala pozitivne elektrode premazivanjem. Na primjer, vodljivost samog LFP-a nije baš dobra. Premazivanje površine LFP-a ugljičnim materijalom ili drugim materijalima može poboljšati njegovu vodljivost, što je pogodno za poboljšanje performansi brzog punjenja baterije.

02

Anodni materijali

Brzo punjenje litij baterije znači da litijevi ioni mogu brzo izaći i “plivati” do negativne elektrode, što zahtijeva da materijal katode ima sposobnost brzog ugradnje litija. Anodni materijali koji se koriste za brzo punjenje litij baterije uključuju ugljični materijal, litijev titanat i neke druge nove materijale.

Za ugljične materijale, litijevi ioni se prvenstveno ugrađuju u grafit pod uvjetom konvencionalnog punjenja jer je potencijal ugradnje litija sličan potencijalu taloženja litija. Međutim, pod uvjetima brzog punjenja ili niske temperature, litijevi ioni mogu se taložiti na površini i formirati dendritni litij. Kada je dendritni litij probušio SEI, nastao je sekundarni gubitak Li+ i smanjen je kapacitet baterije. Kada metal litij dosegne određenu razinu, on će narasti od negativne elektrode do dijafragme, uzrokujući rizik od kratkog spoja baterije.

Što se tiče LTO-a, on pripada anodnom materijalu koji sadrži kisik “nulte naprezanja”, koji ne proizvodi SEI tijekom rada baterije, a ima jaču sposobnost vezanja s litij-ionom, što može zadovoljiti zahtjeve brzog punjenja i otpuštanja. Istodobno, budući da se SEI ne može formirati, anodni materijal će izravno kontaktirati s elektrolitom, što potiče pojavu nuspojava. Problem stvaranja plina iz LTO baterija ne može se riješiti, već se može ublažiti samo modifikacijom površine.

03

Tekućina elektrode

Kao što je gore spomenuto, u procesu brzog punjenja, zbog nedosljednosti brzine migracije litijevih iona i brzine prijenosa elektrona, baterija će imati veliku polarizaciju. Dakle, kako bi se minimizirala negativna reakcija uzrokovana polarizacijom baterije, sljedeće tri točke potrebne su za razvoj elektrolita: 1, sol elektrolita visoke disocijacije; 2, kompozit otapala – niži viskozitet; 3, kontrola sučelja – niža impedancija membrane.

04

Odnos tehnologije proizvodnje i brzog punjenja

Prethodno su zahtjevi i utjecaji brzog punjenja analizirani iz tri ključna materijala, kao što su materijali pozitivnih i negativnih elektroda i elektrodna tekućina. Slijedi dizajn procesa koji ima relativno velik utjecaj. Tehnološki parametri proizvodnje baterija izravno utječu na otpor migracije litij iona u svakom dijelu baterije prije i nakon aktivacije baterije, tako da tehnološki parametri pripreme baterije imaju važan utjecaj na rad litij ionske baterije.

(1) kaša

Za svojstva kaše, s jedne strane, potrebno je održavati vodljivo sredstvo ravnomjerno raspršenim. Budući da je vodljivo sredstvo ravnomjerno raspoređeno među česticama djelatne tvari, između djelatne tvari i djelatne tvari i kolektorske tekućine može se formirati ujednačenija vodljiva mreža koja ima funkciju prikupljanja mikrostruja, smanjujući kontaktni otpor, i može poboljšati brzinu kretanja elektrona. S druge strane je spriječiti prekomjernu disperziju vodljivog sredstva. U procesu punjenja i pražnjenja, kristalna struktura anodnog i katodnog materijala će se promijeniti, što može uzrokovati ljuštenje vodljivog sredstva, povećati unutarnji otpor baterije i utjecati na performanse.

(2) Izuzetno djelomična gustoća

U teoriji, množiteljske baterije i baterije velikog kapaciteta nisu kompatibilne. Kada je gustoća polarizacije pozitivne i negativne elektrode niska, brzina difuzije litijevih iona može se povećati, a otpor migracije iona i elektrona može se smanjiti. Što je površinska gustoća manja, to je elektroda tanja, a manja je i promjena strukture elektrode uzrokovana kontinuiranim umetanjem i otpuštanjem litijevih iona u naboju i pražnjenju. Međutim, ako je površinska gustoća preniska, gustoća energije baterije će se smanjiti i trošak će se povećati. Stoga, površinsku gustoću treba razmotriti sveobuhvatno. Sljedeća slika je primjer punjenja litij kobalatne baterije pri 6C i pražnjenja pri 1C.

Slika

(3) Konzistencija premaza polarnog komada

Prije je prijatelj upitao, hoće li izrazito djelomična nedosljednost gustoće utjecati na bateriju? Usput, ovdje je za brzo punjenje glavna konzistencija anodne ploče. Ako negativna površinska gustoća nije ujednačena, unutarnja poroznost živog materijala će jako varirati nakon valjanja. Razlika u poroznosti će dovesti do razlike unutarnje raspodjele struje, što će utjecati na formiranje i performanse SEI u fazi formiranja baterije, te u konačnici utjecati na performanse brzog punjenja baterije.

(4) Gustoća zbijanja stupnog lima

Zašto je stupove potrebno zbijati? Jedan je za poboljšanje specifične energije baterije, a drugi za poboljšanje performansi baterije. Optimalna gustoća zbijanja ovisi o materijalu elektrode. S povećanjem gustoće zbijanja, što je manja poroznost elektrodnog lima, to je bliža veza između čestica i manja je debljina elektrodnog lima pod istom površinskom gustoćom, pa se put migracije litijevih iona može smanjiti. Kada je gustoća zbijanja prevelika, učinak infiltracije elektrolita nije dobar, što može uništiti strukturu materijala i raspodjelu vodljivog sredstva, a kasnije će se pojaviti problem namota. Slično, litij kobalatna baterija se puni pri 6C i prazni pri 1C, a utjecaj gustoće zbijanja na specifični kapacitet pražnjenja prikazan je na sljedeći način:

Slika

05

Formacijsko starenje i drugi

Za ugljične negativne baterije, formiranje – starenje je ključni proces litij baterije, koji će utjecati na kvalitetu SEI. Debljina SEI nije ujednačena ili je struktura nestabilna, što će utjecati na kapacitet brzog punjenja i životni vijek baterije.

Osim gore navedenih nekoliko važnih čimbenika, proizvodnja ćelije, sustav punjenja i pražnjenja imat će veliki utjecaj na performanse litij baterije. Produženjem radnog vremena potrebno je umjereno smanjiti brzinu punjenja baterije, inače će se polarizacija pogoršati.

zaključak

Bit brzog punjenja i pražnjenja litijevih baterija je da se litijevi ioni mogu brzo odvojiti između anodnog i katodnog materijala. Svojstva materijala, dizajn procesa i sustav punjenja i pražnjenja baterija utječu na izvedbu punjenja velikom strujom. Strukturna stabilnost anodnih i anodnih materijala pogoduje brzom procesu delitija bez izazivanja strukturnog kolapsa, litijevi ioni u materijalnoj brzini difuzije su brži, kako bi izdržali visoko strujno punjenje. Zbog neusklađenosti između brzine migracije iona i brzine prijenosa elektrona, polarizacija će se pojaviti u procesu punjenja i pražnjenja, tako da polarizaciju treba minimizirati kako bi se spriječilo taloženje metala litija i smanjila sposobnost utjecaja na životni vijek.