Sesuai dengan persyaratan teman grup, bicarakan tentang pemahaman tentang pengisian cepat baterai lithium:

Gambar

Gunakan diagram ini untuk menggambarkan proses pengisian baterai. Absis adalah waktu dan ordinat adalah tegangan. Pada tahap awal pengisian baterai lithium akan terjadi proses pre-charge arus kecil yaitu CC pre-charge yang bertujuan untuk menstabilkan material anoda dan katoda. Setelah itu baterai bisa diatur untuk Charge dengan arus tinggi yaitu CC Fast Charge, setelah baterai stabil. Akhirnya, ia memasuki mode pengisian tegangan konstan (CV). Untuk baterai lithium, sistem memulai mode pengisian tegangan konstan ketika tegangan mencapai 4.2V, dan arus pengisian secara bertahap menurun hingga pengisian berakhir ketika tegangan lebih rendah dari nilai tertentu.

Selama seluruh proses, ada arus pengisian standar yang berbeda untuk baterai yang berbeda. Misalnya, untuk produk 3C, arus pengisian standar umumnya 0.1C-0.5C, sedangkan untuk baterai berdaya tinggi, pengisian standar umumnya 1C. Arus pengisian yang rendah juga dipertimbangkan untuk keamanan baterai. Jadi, katakanlah pada waktu pengisian cepat biasa, itu untuk menunjuk ke beberapa kali lebih tinggi dari arus pengisian standar hingga puluhan kali.

Beberapa orang mengatakan bahwa mengisi baterai lithium seperti menuangkan bir, cepat dan mengisi bir dengan cepat, tetapi dengan banyak busa. Lambat, lambat, tapi banyak bir, padat. Pengisian cepat tidak hanya menghemat waktu pengisian, tetapi juga merusak baterai itu sendiri. Karena fenomena polarisasi dalam baterai, arus pengisian maksimum yang dapat diterimanya akan berkurang dengan meningkatnya siklus pengisian dan pengosongan. Ketika pengisian terus menerus dan arus pengisian besar, konsentrasi ion pada elektroda meningkat dan polarisasi meningkat, dan tegangan terminal baterai tidak dapat secara langsung sesuai dengan muatan/energi dalam proporsi linier. Pada saat yang sama, pengisian arus tinggi, peningkatan resistansi internal akan menyebabkan efek pemanasan Joule yang intensif (Q=I2Rt), membawa reaksi samping, seperti dekomposisi reaksi elektrolit, produksi gas dan serangkaian masalah, faktor risiko meningkat tiba-tiba, berdampak pada keamanan baterai, masa pakai baterai non-daya akan sangat dipersingkat.

01

bahan anoda

Proses pengisian cepat baterai lithium adalah migrasi cepat dan penyisipan Li+ dalam bahan anoda. Ukuran partikel bahan katoda dapat mempengaruhi waktu respon dan jalur difusi ion dalam proses elektrokimia baterai. Menurut penelitian, koefisien difusi ion lithium meningkat dengan penurunan ukuran butir material. Namun, dengan penurunan ukuran partikel material, akan terjadi aglomerasi partikel yang serius dalam produksi pulp, menghasilkan dispersi yang tidak merata. Pada saat yang sama, nanopartikel akan mengurangi kepadatan pemadatan lembaran elektroda, dan meningkatkan area kontak dengan elektrolit dalam proses reaksi sisi pengisian dan pengosongan, yang mempengaruhi kinerja baterai.

Metode yang lebih dapat diandalkan adalah dengan memodifikasi bahan elektroda positif dengan pelapisan. Misalnya, konduktivitas LFP itu sendiri tidak terlalu baik. Melapisi permukaan LFP dengan bahan karbon atau bahan lain dapat meningkatkan konduktivitasnya, yang kondusif untuk meningkatkan kinerja pengisian cepat baterai.

02

bahan anoda

Pengisian cepat baterai lithium berarti ion lithium dapat dengan cepat keluar dan “berenang” ke elektroda negatif, yang membutuhkan bahan katoda untuk memiliki kemampuan untuk mengikat lithium dengan cepat. Bahan anoda yang digunakan untuk pengisian cepat baterai lithium termasuk bahan karbon, lithium titanat dan beberapa bahan baru lainnya.

Untuk bahan karbon, ion litium lebih disukai tertanam ke dalam grafit di bawah kondisi pengisian konvensional karena potensi penyematan litium mirip dengan presipitasi litium. Namun, dalam kondisi pengisian cepat atau suhu rendah, ion litium dapat mengendap di permukaan dan membentuk litium dendrit. Ketika dendrit lithium tertusuk SEI, kerugian sekunder Li+ disebabkan dan kapasitas baterai berkurang. Ketika logam lithium mencapai tingkat tertentu, ia akan tumbuh dari elektroda negatif ke diafragma, menyebabkan risiko korsleting baterai.

Adapun LTO, itu milik bahan anoda yang mengandung oksigen “nol strain”, yang tidak menghasilkan SEI selama operasi baterai, dan memiliki kemampuan mengikat yang lebih kuat dengan ion lithium, yang dapat memenuhi persyaratan pengisian dan pelepasan cepat. Pada saat yang sama, karena SEI tidak dapat dibentuk, bahan anoda akan kontak langsung dengan elektrolit, yang mendorong terjadinya reaksi samping. Masalah pembangkitan gas baterai LTO tidak dapat diselesaikan, dan hanya dapat diatasi dengan modifikasi permukaan.

03

cairan elektroda

Seperti disebutkan di atas, dalam proses pengisian cepat, karena ketidakkonsistenan laju migrasi ion lithium dan laju transfer elektron, baterai akan memiliki polarisasi yang besar. Jadi untuk meminimalkan reaksi negatif yang disebabkan oleh polarisasi baterai, tiga poin berikut diperlukan untuk mengembangkan elektrolit: 1, garam elektrolit disosiasi tinggi; 2, komposit pelarut – viskositas lebih rendah; 3, kontrol antarmuka – impedansi membran yang lebih rendah.

04

Hubungan antara teknologi produksi dan pengisian cepat

Sebelumnya, persyaratan dan pengaruh pengisian cepat dianalisis dari tiga bahan utama, seperti bahan elektroda positif dan negatif dan cairan elektroda. Berikut ini adalah desain proses yang memiliki dampak yang relatif besar. Parameter teknologi produksi baterai secara langsung mempengaruhi resistensi migrasi ion lithium di setiap bagian baterai sebelum dan sesudah aktivasi baterai, sehingga parameter teknologi persiapan baterai memiliki pengaruh penting pada kinerja baterai lithium ion.

(1) bubur

Untuk sifat-sifat bubur, di satu sisi, perlu untuk menjaga agar zat konduktif tersebar merata. Karena agen konduktif didistribusikan secara merata di antara partikel-partikel zat aktif, jaringan konduktif yang lebih seragam dapat terbentuk antara zat aktif dan zat aktif dan cairan pengumpul, yang memiliki fungsi mengumpulkan arus mikro, mengurangi resistansi kontak, dan dapat meningkatkan laju pergerakan elektron. Di sisi lain adalah untuk mencegah over-dispersi agen konduktif. Dalam proses pengisian dan pengosongan, struktur kristal bahan anoda dan katoda akan berubah, yang dapat menyebabkan terkelupasnya bahan konduktif, meningkatkan resistansi internal baterai, dan mempengaruhi kinerja.

(2) Kepadatan sangat parsial

Secara teori, baterai multiplier dan baterai berkapasitas tinggi tidak kompatibel. Ketika kepadatan polarisasi elektroda positif dan negatif rendah, kecepatan difusi ion lithium dapat ditingkatkan, dan resistensi migrasi ion dan elektron dapat dikurangi. Semakin rendah kerapatan permukaan, semakin tipis elektroda, dan perubahan struktur elektroda yang disebabkan oleh penyisipan dan pelepasan ion litium yang terus menerus dalam muatan dan pelepasan juga lebih kecil. Namun, jika densitas permukaan terlalu rendah, densitas energi baterai akan berkurang dan biaya akan meningkat. Oleh karena itu, kerapatan permukaan harus dipertimbangkan secara komprehensif. Gambar berikut adalah contoh pengisian baterai lithium cobalate pada 6C dan pengosongan pada 1C.

Gambar

(3) Konsistensi lapisan bagian kutub

Sebelumnya, seorang teman bertanya, apakah inkonsistensi kepadatan parsial akan berdampak pada baterai? Omong-omong, untuk kinerja pengisian cepat, yang utama adalah konsistensi pelat anoda. Jika kerapatan permukaan negatif tidak seragam, porositas internal bahan hidup akan sangat bervariasi setelah penggulungan. Perbedaan porositas akan menyebabkan perbedaan distribusi arus internal, yang akan mempengaruhi pembentukan dan kinerja SEI pada tahap pembentukan baterai, dan pada akhirnya mempengaruhi kinerja pengisian cepat baterai.

(4) Kepadatan pemadatan lembaran tiang

Mengapa tiang perlu dipadatkan? Salah satunya adalah untuk meningkatkan energi spesifik baterai, yang lainnya adalah untuk meningkatkan kinerja baterai. Kepadatan pemadatan optimum bervariasi dengan bahan elektroda. Dengan meningkatnya kepadatan pemadatan, semakin kecil porositas lembaran elektroda, semakin dekat hubungan antar partikel, dan semakin kecil ketebalan lembaran elektroda di bawah kepadatan permukaan yang sama, sehingga jalur migrasi ion Lithium dapat dikurangi. Ketika kepadatan pemadatan terlalu besar, efek infiltrasi elektrolit tidak baik, yang dapat merusak struktur material dan distribusi agen konduktif, dan masalah belitan selanjutnya akan terjadi. Demikian pula, baterai lithium cobalate diisi pada 6C dan dikosongkan pada 1C, dan pengaruh kepadatan pemadatan pada kapasitas spesifik debit ditunjukkan sebagai berikut:

Gambar

05

Penuaan formasi dan lainnya

Untuk baterai karbon negatif, pembentukan – penuaan adalah proses utama baterai lithium, yang akan mempengaruhi kualitas SEI. Ketebalan SEI tidak seragam atau strukturnya tidak stabil, yang akan mempengaruhi kapasitas pengisian cepat dan masa pakai baterai.

Selain beberapa faktor penting di atas, produksi sel, sistem pengisian dan pengosongan akan berdampak besar pada kinerja baterai lithium. Dengan perpanjangan waktu layanan, tingkat pengisian baterai harus dikurangi secara moderat, jika tidak polarisasi akan diperparah.

kesimpulan

Inti dari pengisian cepat dan pengosongan baterai lithium adalah bahwa ion lithium dapat dengan cepat dilepaskan antara bahan anoda dan katoda. Sifat material, desain proses dan sistem pengisian dan pengosongan baterai semuanya mempengaruhi kinerja pengisian arus tinggi. Stabilitas struktural bahan anoda dan anoda kondusif untuk proses delithium yang cepat tanpa menyebabkan keruntuhan struktural, ion lithium dalam laju difusi material lebih cepat, untuk menahan pengisian arus tinggi. Karena ketidaksesuaian antara kecepatan migrasi ion dan laju transfer elektron, polarisasi akan terjadi dalam proses pengisian dan pengosongan, sehingga polarisasi harus diminimalkan untuk mencegah pengendapan logam lithium dan mengurangi kapasitas untuk mempengaruhi kehidupan.