グループの友人の要件に従って、リチウム電池の急速充電の理解について話します。

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この図を使用して、バッテリー充電のプロセスを説明します。 横軸は時間、縦軸は電圧です。 リチウム電池の初期充電段階では、小電流のプリチャージプロセス、つまりCCプリチャージがあります。これは、アノードとカソードの材料を安定させることを目的としています。 その後、バッテリーが安定した後、バッテリーを大電流で充電するように調整できます。つまり、CC FastChargeです。 最後に、定電圧充電モード（CV）に入ります。 リチウム電池の場合、電圧が4.2Vに達すると定電圧充電モードを開始し、電圧が一定値を下回ると充電が終了するまで充電電流は徐々に減少します。

プロセス全体を通して、バッテリーごとに異なる標準充電電流があります。 たとえば、3C製品の場合、標準の充電電流は通常0.1C〜0.5Cですが、高出力バッテリーの場合、標準の充電電流は通常1Cです。 バッテリーの安全性のために、充電電流が少ないことも考慮されています。 したがって、通常の急速充電では、標準の充電電流の数倍から数十倍を指すことになります。

一部の人々は、リチウム電池を充電することは、ビールを注ぐ、速く、ビールを速く満たすようなものですが、泡がたくさんあると言います。 遅い、遅いですが、ビールがたくさんあり、しっかりしています。 急速充電は充電時間を節約するだけでなく、バ​​ッテリー自体にも損傷を与えます。 バッテリーの分極現象により、バッテリーが受け入れることができる最大充電電流は、充電および放電サイクルの増加とともに減少します。 連続充電と充電電流が大きいと、電極でのイオン濃度が高くなり、分極が強くなり、電池の端子電圧が電荷/エネルギーに直線的に直接対応できなくなります。 同時に、大電流充電、内部抵抗の増加は、ジュール熱効果（Q = I2Rt）の強化につながり、電解質の反応分解、ガス生成、および一連の問題、リスク要因などの副次的反応をもたらします急激に増加し、バッテリーの安全性に影響を与えるため、非電源バッテリーの寿命が大幅に短くなります。

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アノード材料

リチウム電池の急速充電プロセスは、アノード材料へのLi +の急速な移動と埋め込みです。 カソード材料の粒子サイズは、バッテリーの電気化学的プロセスにおけるイオンの応答時間と拡散経路に影響を与える可能性があります。 研究によると、リチウムイオンの拡散係数は、材料の粒子サイズが小さくなるにつれて増加します。 しかし、材料の粒度が小さくなると、パルプ化の際に粒子が深刻に凝集し、分散が不均一になります。 同時に、ナノ粒子は電極シートの圧縮密度を低下させ、充電および放電副反応の過程で電解質との接触面積を増加させ、バッテリーの性能に影響を与えます。

The more reliable method is to modify the positive electrode material by coating. For example, the conductivity of LFP itself is not very good. Coating the surface of LFP with carbon material or other materials can improve its conductivity, which is conducive to improving the quick charging performance of the battery.

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アノード材料

リチウム電池の急速充電は、リチウムイオンがすぐに出て負極に「泳ぐ」ことができることを意味します。これには、カソード材料にリチウムを高速で埋め込む能力が必要です。 リチウム電池の急速充電に使用されるアノード材料には、炭素材料、チタン酸リチウム、およびその他のいくつかの新しい材料が含まれます。

For carbon materials, lithium ions are preferentially embedded into graphite under the condition of conventional charging because the potential of lithium embedding is similar to that of lithium precipitation. However, under the condition of fast charging or low temperature, lithium ions may precipitate on the surface and form dendrite lithium. When dendrite lithium punctured SEI, Li+ secondary loss was caused and battery capacity was reduced. When the lithium metal reaches a certain level, it will grow from the negative electrode to the diaphragm, causing the risk of battery short circuit.

LTOに関しては、バッテリー動作時にSEIを生成せず、リチウムイオンとの結合能力が高い「ゼロひずみ」酸素含有アノード材料に属し、高速充電および放出の要件を満たすことができます。 同時に、SEIが形成されないため、アノード材料が電解質と直​​接接触し、副反応の発生を促進します。 LTO電池のガス発生の問題は解決できず、表面改質によってのみ軽減することができます。

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電極液

前述のように、急速充電の過程では、リチウムイオンの移動速度と電子移動速度の不一致により、バッテリーの分極が大きくなります。 したがって、電池の分極によって引き起こされる負の反応を最小限に抑えるために、電解質を開発するために次の1つのポイントが必要です。 2、溶剤複合材料–低粘度。 3、インターフェース制御–より低い膜インピーダンス。

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生産技術と高速充填の関係

Before, the requirements and influences of fast filling were analyzed from three key materials, such as positive and negative electrode materials and electrode liquid. The following is the process design that has a relatively large impact. The technological parameters of battery production directly affect the migration resistance of lithium ions in each part of the battery before and after battery activation, so the technological parameters of battery preparation have an important influence on the performance of lithium ion battery.

（1）スラリー

スラリーの特性としては、導電剤を均一に分散させる必要があります。 導電剤が活性物質の粒子間に均一に分布しているため、活性物質と活性物質と、微小電流を収集して接触抵抗を低減する機能を有するコレクター流体との間に、より均一な導電性ネットワークを形成することができる。電子の移動速度を向上させることができます。 一方、導電剤の過剰分散を防ぐためです。 充放電プロセスでは、アノードとカソードの材料の結晶構造が変化し、導電性物質の剥離を引き起こし、バッテリーの内部抵抗を増加させ、性能に影響を与える可能性があります。

（2）非常に部分的な密度

理論的には、マルチプライヤーバッテリーと大容量バッテリーは互換性がありません。 正極と負極の分極密度が低い場合、リチウムイオンの拡散速度を上げることができ、イオンと電子の移動抵抗を減らすことができます。 面密度が低いほど電極が薄くなり、充放電中のリチウムイオンの連続的な挿入と放出による電極構造の変化も小さくなります。 ただし、面密度が低すぎると、電池のエネルギー密度が低下し、コストが高くなります。 したがって、面密度を包括的に考慮する必要があります。 次の図は、6Cで充電および1Cで放電するコバレートリチウム電池の例です。

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（3）ポーラーピースコーティングの一貫性

Before, a friend asked, will extremely partial density inconsistency have an impact on the battery? Here by the way, for fast charging performance, the main is the consistency of the anode plate. If the negative surface density is not uniform, the internal porosity of the living material will vary greatly after rolling. The difference of porosity will lead to the difference of internal current distribution, which will affect the formation and performance of SEI in the formation stage of battery, and ultimately affect the fast charging performance of battery.

（4）ポールシートの締固め密度

なぜポールを圧縮する必要があるのですか？ 6つはバッテリーの比エネルギーを改善することであり、もう1つはバッテリーの性能を改善することです。 最適な圧縮密度は、電極の材質によって異なります。 圧縮密度の増加に伴い、電極シートの多孔性が小さくなるほど、粒子間の接続が近くなり、同じ面密度での電極シートの厚さが薄くなるため、リチウムイオンの移動経路を減らすことができます。 圧縮密度が大きすぎると、電解液の浸透効果が悪くなり、材料構造や導電剤の分布が崩れ、後の巻線問題が発生します。 同様に、コバレートリチウム電池はXNUMXCで充電され、XNUMXCで放電され、放電比容量に対する圧縮密度の影響は次のように示されます。

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フォーメーションエイジング等

カーボンネガティブバッテリーの場合、形成–経年劣化はリチウムバッテリーの重要なプロセスであり、SEIの品質に影響を与えます。 SEIの厚さが均一でないか、構造が不安定であるため、急速充電容量とバッテリーのサイクル寿命に影響します。

上記のいくつかの重要な要素に加えて、セル、充電および放電システムの生産は、リチウム電池の性能に大きな影響を与えます。 サービス時間の延長に伴い、バッテリーの充電率を適度に下げる必要があります。そうしないと、分極が悪化します。

結論

The essence of fast charging and discharging of lithium batteries is that lithium ions can be rapidly de-embedded between anode and cathode materials. The material properties, process design and charging and discharging system of batteries all affect the performance of high current charging. The structural stability of anode and anode materials is conducive to the rapid delithium process without causing structural collapse, lithium ions in the material diffusion rate is faster, in order to withstand high current charging. Due to the mismatch between ion migration speed and electron transfer rate, polarization will occur in the charging and discharging process, so polarization should be minimized to prevent the precipitation of lithium metal and reduce the capacity to affect the life.