그룹 친구의 요구 사항에 따라 리튬 배터리 급속 충전에 대한 이해에 대해 이야기하십시오.

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이 도표를 사용하여 배터리 충전 과정을 설명하십시오. 가로축은 시간이고 세로축은 전압입니다. 리튬 배터리의 초기 충전 단계에서 양극 및 음극 재료를 안정화시키는 것을 목표로 하는 소전류 사전 충전 프로세스, 즉 CC 사전 충전이 있습니다. 그 후 배터리가 안정되면 고전류 충전, 즉 CC Fast Charge로 배터리를 조정할 수 있습니다. 마지막으로 정전압 충전 모드(CV)로 진입합니다. 리튬 배터리의 경우 전압이 4.2V에 도달하면 시스템이 정전압 충전 모드를 시작하고 전압이 특정 값보다 낮으면 충전이 종료될 때까지 충전 전류가 점차 감소합니다.

전체 프로세스 동안 배터리마다 표준 충전 전류가 다릅니다. 예를 들어 3C 제품의 경우 표준 충전 전류는 일반적으로 0.1C-0.5C인 반면 고전력 배터리의 경우 표준 충전 전류는 일반적으로 1C입니다. 낮은 충전 전류도 배터리의 안전을 위해 고려됩니다. 그래서 평상시 급속충전시에는 표준충전전류의 몇배에서 수십배를 가리키고 있습니다.

어떤 사람들은 리튬 배터리를 충전하는 것이 맥주를 붓고 빨리 채우고 빠르게 채우지만 거품이 많이 나는 것과 같다고 말합니다. 느리다, 느리다, 하지만 맥주가 많다, 튼실하다. 급속 충전은 충전 시간을 절약할 뿐만 아니라 배터리 자체를 손상시킵니다. 배터리의 분극 현상으로 인해 배터리가 수용할 수 있는 최대 충전 전류는 충전 및 방전 주기가 증가함에 따라 감소합니다. 연속 충전 및 충전 전류가 크면 전극의 이온 농도가 증가하고 분극이 심화되어 배터리 단자 전압이 전하/에너지에 선형 비율로 직접 대응할 수 없습니다. 동시에, 고전류 충전, 내부 저항의 증가는 줄 가열 효과(Q=I2Rt)를 강화하여 전해질의 반응 분해, 가스 생성 및 일련의 문제와 같은 부반응을 가져오고, 위험 요소 갑자기 증가하여 배터리 안전에 영향을 미치며 무전원 배터리의 수명이 크게 단축됩니다.

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양극재

리튬 배터리의 급속 충전 과정은 양극 물질에서 Li+의 급속한 이동 및 매립입니다. 양극재의 입자크기는 전지의 전기화학적 공정에서 반응시간과 이온의 확산경로에 영향을 미칠 수 있다. 연구에 따르면 리튬 이온의 확산 계수는 재료의 입자 크기가 감소함에 따라 증가합니다. 그러나 재료 입자 크기가 감소함에 따라 펄프 생산 시 입자 덩어리가 심각하게 발생하여 분산이 고르지 않게 됩니다. 동시에 나노 입자는 전극 시트의 압축 밀도를 감소시키고 충방전 부반응 과정에서 전해질과의 접촉 면적을 증가시켜 배터리 성능에 영향을 미칩니다.

보다 확실한 방법은 양극재를 코팅하여 개질하는 것이다. 예를 들어, LFP 자체의 전도도는 그다지 좋지 않습니다. 탄소 재료 또는 기타 재료로 LFP의 표면을 코팅하면 전도성이 향상되어 배터리의 급속 충전 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

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양극재

리튬 배터리의 고속 충전은 리튬 이온이 빠르게 빠져나와 음극으로 “유영”할 수 있음을 의미하며, 이를 위해서는 양극 물질이 리튬을 빠르게 내장할 수 있어야 합니다. 리튬 배터리의 급속 충전에 사용되는 음극 재료에는 탄소 재료, 리튬 티타네이트 및 기타 새로운 재료가 포함됩니다.

탄소재료의 경우 기존의 충전 조건에서 리튬 이온이 흑연에 우선적으로 매립되는데, 이는 리튬 매립의 가능성이 리튬 석출의 가능성과 유사하기 때문이다. 그러나 급속 충전 또는 저온 조건에서는 리튬 이온이 표면에 석출되어 덴드라이트 리튬을 형성할 수 있습니다. 덴드라이트 리튬이 SEI를 천공하면 Li+ XNUMX차 손실이 발생하여 배터리 용량이 감소합니다. 리튬 금속이 일정 수준에 도달하면 음극에서 다이어프램으로 성장하여 배터리 단락의 위험이 있습니다.

LTO의 경우 배터리 작동 중에 SEI를 생성하지 않는 “제로 변형”산소 함유 양극 재료에 속하며 리튬 이온과의 결합 능력이 강하여 빠른 충전 및 방출 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 동시에 SEI를 형성할 수 없기 때문에 음극 물질이 전해질과 직접 접촉하여 부반응의 발생을 촉진합니다. LTO 배터리 가스 발생 문제는 해결할 수 없으며 표면 개질을 통해서만 완화될 수 있다.

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전극액

위에서 언급한 바와 같이 급속 충전 과정에서 리튬 이온의 이동 속도와 전자 전달 속도의 불일치로 인해 배터리는 큰 극성을 갖게 됩니다. 따라서 배터리 분극으로 인한 부정적인 반응을 최소화하려면 전해질을 개발하기 위해 다음 세 가지 사항이 필요합니다. 1, 높은 해리 전해질 염; 2, 용매 합성물 – 낮은 점도; 3, 인터페이스 제어 – 낮은 멤브레인 임피던스.

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생산 기술과 빠른 충전의 관계

이전에는 양극재 및 음극재, 전극액 등 XNUMX가지 핵심 재료에서 급속 충전의 요구 사항 및 영향을 분석했습니다. 다음은 상대적으로 큰 영향을 미치는 프로세스 설계입니다. 배터리 생산의 기술적 매개변수는 배터리 활성화 전후에 배터리의 각 부분에서 리튬 이온의 이동 저항에 직접적인 영향을 미치므로 배터리 준비의 기술적 매개변수는 리튬 이온 배터리의 성능에 중요한 영향을 미칩니다.

(1) 슬러리

한편, 슬러리의 특성을 위해서는 도전제가 균일하게 분산되도록 유지하는 것이 필요하다. 전도성 물질이 활성물질의 입자 사이에 고르게 분포되어 있기 때문에 활성물질과 활성물질 사이에 보다 균일한 전도성 네트워크를 형성할 수 있고, 미세전류를 포집하는 기능을 갖는 집전액, 접촉저항을 감소시켜, 전자의 이동 속도를 향상시킬 수 있습니다. 한편, 도전제의 과분산을 방지하기 위함이다. 충방전 과정에서 양극 및 음극 재료의 결정 구조가 변경되어 도전제가 벗겨지고 배터리의 내부 저항이 증가하여 성능에 영향을 줄 수 있습니다.

(2) 극도의 부분 밀도

이론적으로 배율기 배터리와 고용량 배터리는 호환되지 않습니다. 양극 및 음극의 분극 밀도가 낮을 ​​때 리튬 이온의 확산 속도가 빨라질 수 있고 이온 및 전자 이동 저항이 감소할 수 있다. 표면 밀도가 낮을수록 전극이 얇아지고, 충방전에서 리튬 이온의 지속적인 삽입과 방출로 인한 전극 구조의 변화도 작아집니다. 그러나 표면 밀도가 너무 낮으면 배터리의 에너지 밀도가 감소하고 비용이 증가합니다. 따라서 표면 밀도를 종합적으로 고려해야 합니다. 다음 그림은 6C에서 충전하고 1C에서 방전하는 리튬 코발레이트 배터리의 예입니다.

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(3) 극성편 코팅 일관성

전에 친구가 극도로 부분적인 밀도 불일치가 배터리에 영향을 줍니까? 그건 그렇고, 빠른 충전 성능을 위해 주된 것은 양극판의 일관성입니다. 음의 표면 밀도가 균일하지 않으면 압연 후 생체 재료의 내부 다공성이 크게 달라집니다. 기공률의 차이는 내부 전류 분포의 차이로 이어지며, 이는 배터리 형성 단계에서 SEI의 형성 및 성능에 영향을 미치고 궁극적으로 배터리의 급속 충전 성능에 영향을 미칩니다.

(4) 폴 시트의 다짐 밀도

기둥을 압축해야 하는 이유는 무엇입니까? 하나는 배터리의 비에너지를 향상시키는 것이고, 다른 하나는 배터리의 성능을 향상시키는 것입니다. 최적의 압축 밀도는 전극 재료에 따라 다릅니다. 압축 밀도가 증가함에 따라 전극 시트의 기공도가 작을수록 입자 간의 연결이 더 가깝고 동일한 표면 밀도에서 전극 시트의 두께가 작아 지므로 리튬 이온의 이동 경로를 줄일 수 있습니다. 압축 밀도가 너무 크면 전해질의 침투 효과가 좋지 않아 재료 구조와 도전제의 분포가 파괴 될 수 있으며 나중에 권취 문제가 발생할 수 있습니다. 유사하게, 리튬 코발레이트 배터리는 6C에서 충전되고 1C에서 방전되며, 방전 비용량에 대한 압축 밀도의 영향은 다음과 같이 표시됩니다.

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형성 노화 및 기타

탄소 음극 배터리의 경우 형성 – 노화는 SEI의 품질에 영향을 미치는 리튬 배터리의 핵심 프로세스입니다. SEI의 두께가 균일하지 않거나 구조가 불안정하여 급속 충전 용량 및 배터리 수명에 영향을 미칩니다.

위의 몇 가지 중요한 요소 외에도 셀, 충전 및 방전 시스템의 생산은 리튬 배터리의 성능에 큰 영향을 미칩니다. 서비스 시간이 연장되면 배터리 충전 속도를 적당히 줄여야 합니다. 그렇지 않으면 극성이 악화됩니다.

결론

리튬 배터리의 급속 충방전의 본질은 리튬 이온이 양극과 음극 물질 사이에서 빠르게 탈착될 수 있다는 것입니다. 배터리의 재료 특성, 공정 설계 및 충방전 시스템은 모두 고전류 충전 성능에 영향을 미칩니다. 양극 및 양극 재료의 구조적 안정성은 구조적 붕괴를 일으키지 않고 신속한 탈리튬 공정에 도움이 되며, 고전류 충전을 견디기 위해 재료 확산 속도의 리튬 이온이 더 빠릅니다. 이온 이동 속도와 전자 전달 속도의 불일치로 인해 충방전 과정에서 분극이 발생하므로 분극을 최소화하여 리튬 금속의 석출을 방지하고 수명에 영향을 미치는 용량을 줄여야 합니다.