Топтық достардың талаптарына сәйкес, литий батареяларын жылдам зарядтау туралы түсінік туралы сөйлесіңіз:

Сурет

Батареяны зарядтау процесін суреттеу үшін осы диаграмманы пайдаланыңыз. Абцисса – уақыт, ордината – кернеу. Литий аккумуляторын зарядтаудың бастапқы сатысында анод пен катодтық материалдарды тұрақтандыруға бағытталған шағын токтың алдын ала зарядтау процесі, атап айтқанда CC алдын ала зарядтау процесі болады. Осыдан кейін батарея тұрақты болғаннан кейін батареяны жоғары токпен зарядтау режиміне, атап айтқанда CC Fast Charge режиміне реттеуге болады. Соңында ол тұрақты кернеуді зарядтау режиміне (CV) енеді. Литий батареясы үшін кернеу 4.2 В жеткенде жүйе тұрақты кернеуді зарядтау режимін бастайды және кернеу белгілі бір мәннен төмен болғанда зарядтау аяқталғанша зарядтау тогы бірте-бірте азаяды.

Бүкіл процесс барысында әртүрлі батареялар үшін әртүрлі стандартты зарядтау токтары бар. Мысалы, 3C өнімдері үшін стандартты зарядтау тогы әдетте 0.1C-0.5C, ал жоғары қуатты батареялар үшін стандартты зарядтау әдетте 1С құрайды. Төмен зарядтау тогы аккумулятордың қауіпсіздігі үшін де қарастырылады. Мәселен, қарапайым уақытта жылдам зарядтауды айталық, бұл стандартты зарядтау токынан бірнеше есе жоғары, ондаған есеге дейін көрсетеді.

Кейбіреулер литий батареяларын зарядтау сыраны құю, жылдам және сыраны тез толтыру сияқты, бірақ көбік көп дейді. Бұл баяу, ол баяу, бірақ бұл көп сыра, ол қатты. Жылдам зарядтау зарядтау уақытын үнемдеп қана қоймайды, сонымен қатар батареяның өзін де зақымдайды. Батареядағы поляризация құбылысына байланысты ол қабылдай алатын максималды зарядтау тогы зарядтау және разряд циклінің ұлғаюымен азаяды. Үздіксіз зарядтау және зарядтау тогы үлкен болғанда, электродтағы ион концентрациясы артады және поляризация күшейеді, ал батарея терминалының кернеуі сызықтық пропорцияда заряд/энергияға тікелей сәйкес келе алмайды. Бұл ретте жоғары ток заряды, ішкі кедергінің артуы Джоуль қыздыру эффектісін (Q=I2Rt) күшейтеді, электролиттің ыдырау реакциясы, газдың түзілуі және бірқатар мәселелер, қауіп факторы сияқты жанама реакцияларды тудырады. кенеттен артады, батарея қауіпсіздігіне әсер етеді, қуатсыз батареяның қызмет ету мерзімі айтарлықтай қысқарады.

01

Анод материалы

Литий батареясын жылдам зарядтау процесі Li+-тің анодтық материалға жылдам көшуі және енуі болып табылады. Катодтық материалдың бөлшектерінің мөлшері батареяның электрохимиялық процесінде иондардың әсер ету уақытына және диффузиялық жолына әсер етуі мүмкін. Зерттеулерге сәйкес, литий иондарының диффузиялық коэффициенті материалдың түйіршігі мөлшерінің азаюымен жоғарылайды. Дегенмен, материал бөлшектерінің өлшемі азайған кезде, целлюлоза өндірісінде бөлшектердің елеулі агломерациясы болады, бұл біркелкі емес дисперсияға әкеледі. Сонымен қатар, нанобөлшектер электрод парағының нығыздалу тығыздығын төмендетеді және зарядтау мен разрядтың жанама реакциясы процесінде электролитпен жанасу аймағын арттырады, бұл аккумулятордың жұмысына әсер етеді.

Неғұрлым сенімді әдіс – оң электрод материалын жабу арқылы өзгерту. Мысалы, LFP өткізгіштігінің өзі өте жақсы емес. LFP бетін көміртекті материалмен немесе басқа материалдармен қаптау оның өткізгіштігін жақсартады, бұл батареяның жылдам зарядтау өнімділігін жақсартуға ықпал етеді.

02

Анодтық материалдар

Литий аккумуляторын жылдам зарядтау литий иондарының тез шығып, теріс электродқа «жүзе» алатындығын білдіреді, бұл катодтық материалдың литийді жылдам енгізу қабілетіне ие болуын талап етеді. Литий батареясын жылдам зарядтау үшін қолданылатын анодтық материалдар көміртекті материалды, литий титанатты және басқа да жаңа материалдарды қамтиды.

Көміртекті материалдар үшін литий иондары кәдімгі зарядтау шартында графитке артықшылықты түрде кірістіріледі, өйткені литийді енгізу әлеуеті литий жауын-шашынына ұқсас. Бірақ жылдам зарядтау немесе төмен температура жағдайында литий иондары бетінде тұнбаға түсіп, дендритті литий түзуі мүмкін. Дендрит литий SEI тесіп кеткенде, Li+ қайталама жоғалту орын алып, батарея сыйымдылығы төмендеді. Литий металы белгілі бір деңгейге жеткенде, ол теріс электродтан диафрагмаға дейін өседі, бұл батареяның қысқа тұйықталу қаупін тудырады.

LTO-ға келетін болсақ, ол «нөлдік штамм» оттегі бар анодты материалға жатады, ол батареямен жұмыс істеу кезінде SEI шығармайды және жылдам зарядтау және босату талаптарына жауап бере алатын литий ионымен күшті байланыстыру қабілетіне ие. Сонымен қатар, SEI түзілмейтіндіктен, анодтық материал электролитпен тікелей байланыста болады, бұл жанама реакциялардың пайда болуына ықпал етеді. LTO батареясының газын өндіру мәселесін шешу мүмкін емес және оны тек беттік модификациялау арқылы жеңілдетуге болады.

03

Электродты сұйықтық

Жоғарыда айтылғандай, жылдам зарядтау процесінде литий иондарының миграция жылдамдығы мен электрондарды беру жылдамдығының сәйкес келмеуі салдарынан аккумулятор үлкен поляризацияға ие болады. Сонымен, аккумулятордың поляризациясынан туындайтын теріс реакцияны азайту үшін электролиттің дамуы үшін келесі үш нүкте қажет: 1, жоғары диссоциацияланатын электролит тұзы; 2, еріткіш композит – төмен тұтқырлық; 3, интерфейсті басқару – төменгі мембраналық кедергі.

04

Өндіріс технологиясы мен жылдам толтыру арасындағы байланыс

Бұған дейін оң және теріс электродтық материалдар және электрод сұйықтығы сияқты үш негізгі материалдан жылдам толтырудың талаптары мен әсерлері талданған. Төменде салыстырмалы түрде үлкен әсер ететін процесс дизайны берілген. Аккумуляторды өндірудің технологиялық параметрлері аккумуляторды іске қосқанға дейін және одан кейін аккумулятордың әрбір бөлігіндегі литий иондарының миграциялық кедергісіне тікелей әсер етеді, сондықтан аккумуляторды дайындаудың технологиялық параметрлері литий-ионды аккумулятордың жұмысына маңызды әсер етеді.

(1) суспензия

Шламның қасиеттері үшін, бір жағынан, өткізгіш агентті біркелкі дисперсті күйде ұстау қажет. Өткізгіш агент әсер етуші заттың бөлшектері арасында біркелкі бөлінгендіктен, әсер етуші зат пен әсер етуші зат пен коллекторлық сұйықтық арасында біркелкі өткізгіш тор түзілуі мүмкін, ол микро токты жинау, контактіге қарсылықты азайту, және электрондардың қозғалыс жылдамдығын жақсарта алады. Екінші жағынан, өткізгіш агенттің шамадан тыс дисперсиясын болдырмау болып табылады. Зарядтау және разрядтау процесінде анод пен катодты материалдардың кристалдық құрылымы өзгереді, бұл өткізгіш агенттің қабыршақтануын тудыруы мүмкін, аккумулятордың ішкі кедергісін арттырады және өнімділікке әсер етеді.

(2) Өте жартылай тығыздық

Теориялық тұрғыдан көбейткіш батареялар мен сыйымдылығы жоғары батареялар үйлеспейді. Оң және теріс электродтардың поляризация тығыздығы төмен болған кезде литий иондарының диффузия жылдамдығын арттыруға болады, ал иондар мен электрондардың миграциялық кедергісін азайтуға болады. Бетінің тығыздығы неғұрлым төмен болса, электрод соғұрлым жұқа болады және заряд пен разрядтағы литий иондарының үздіксіз енгізілуі мен босатылуынан туындаған электрод құрылымының өзгеруі де аз болады. Дегенмен, бетінің тығыздығы тым төмен болса, батареяның энергия тығыздығы азайып, құны артады. Сондықтан бетінің тығыздығы жан-жақты қарастырылуы керек. Төмендегі суретте литий кобалаты батареясының 6С-та зарядталуы және 1С-та зарядсыздануының мысалы келтірілген.

Сурет

(3) Полярлық бөлік жабынының консистенциясы

Бұрын досым сұрады, өте ішінара тығыздықтың сәйкессіздігі батареяға әсер ете ме? Айтпақшы, жылдам зарядтау өнімділігі үшін ең бастысы – анод пластинасының консистенциясы. Теріс беттің тығыздығы біркелкі болмаса, домалаудан кейін тірі материалдың ішкі кеуектілігі айтарлықтай өзгереді. Кеуектіліктің айырмашылығы ішкі токты бөлудің айырмашылығына әкеледі, бұл аккумулятордың қалыптасу сатысында SEI қалыптасуына және өнімділігіне әсер етеді және сайып келгенде батареяның жылдам зарядтау өнімділігіне әсер етеді.

(4) Полюс парағының тығыздалу тығыздығы

Неліктен тіректерді тығыздау керек? Біреуі аккумулятордың меншікті энергиясын жақсарту, екіншісі батареяның жұмысын жақсарту. Оңтайлы тығыздау тығыздығы электрод материалына байланысты өзгереді. Тығыздау тығыздығының жоғарылауымен электрод парағының кеуектілігі неғұрлым аз болса, бөлшектер арасындағы байланыс соғұрлым тығыз болады және бірдей беттік тығыздықта электрод парағының қалыңдығы аз болады, сондықтан литий иондарының миграциялық жолын азайтуға болады. Тығыздау тығыздығы тым үлкен болғанда, электролиттің инфильтрациялық әсері жақсы болмайды, бұл материал құрылымын және өткізгіш агенттің таралуын бұзуы мүмкін, ал кейінірек орама мәселесі пайда болады. Сол сияқты, литий кобалат аккумуляторы 6С-та зарядталады және 1С-та разрядталады, ал тығыздау тығыздығының разрядтың меншікті сыйымдылығына әсері келесідей көрсетіледі:

Сурет

05

Қалыптасу қартаюы және т.б

Көміртекті теріс батарея үшін қалыптасу – қартаю SEI сапасына әсер ететін литий батареясының негізгі процесі болып табылады. SEI қалыңдығы біркелкі емес немесе құрылымы тұрақсыз, бұл батареяның жылдам зарядтау сыйымдылығына және циклінің қызмет ету мерзіміне әсер етеді.

Жоғарыда аталған бірнеше маңызды факторлардан басқа, ұяшықты, зарядтауды және разрядтық жүйені өндіру литий батареясының жұмысына үлкен әсер етеді. Қызмет көрсету уақытының ұзаруымен аккумуляторды зарядтау жылдамдығын қалыпты түрде азайту керек, әйтпесе поляризация күшейеді.

қорытынды

Литий батареяларын жылдам зарядтау мен зарядсыздандырудың мәні литий иондарының анод пен катодты материалдар арасында тез сіңуі мүмкін. Материалдық қасиеттер, технологиялық дизайн және аккумуляторлардың зарядтау және разрядтау жүйесі жоғары токпен зарядтау өнімділігіне әсер етеді. Анодтық және анодтық материалдардың құрылымдық тұрақтылығы құрылымдық коллапсты тудырмай тез делитий процесіне ықпал етеді, жоғары ток зарядына төтеп беру үшін материалдағы литий иондарының диффузия жылдамдығы жылдамырақ. Иондардың көшу жылдамдығы мен электронды тасымалдау жылдамдығы арасындағы сәйкессіздікке байланысты зарядтау және разрядтау процесінде поляризация орын алады, сондықтан литий металының тұнбасын болдырмау және өмірге әсер ету қабілетін азайту үшін поляризацияны азайту керек.