Топ досторунун талаптарына ылайык, литий батареяны тез кубаттоо түшүнүгү жөнүндө сүйлөшкүлө:

Сүрөт

Батареяны заряддоо процессин сүрөттөө үчүн бул диаграмманы колдонуңуз. Абсцисса – убакыт, ордината – чыңалуу. Литий батарейканын баштапкы заряддоо стадиясында анод жана катод материалдарын турукташтырууга багытталган кичинекей токтун алдын ала заряддоо процесси, тактап айтканда CC алдын ала заряддоо процесси болот. Андан кийин, батарея туруктуу болгондон кийин, батареяны жогорку ток менен заряддоого, тактап айтканда, CC Fast Charge режимине тууралоого болот. Акыр-аягы, ал туруктуу чыңалуу кубаттоо режимине (CV) кирет. Литий батарейкасы үчүн система чыңалуу 4.2V жеткенде туруктуу чыңалуу кубаттоо режимин баштайт, ал эми чыңалуу белгилүү бир мааниден төмөн болгондо кубаттоо тогу акырындык менен азаят.

Бүт процесстин жүрүшүндө, ар кандай батарейкалар үчүн ар кандай стандарттык заряддоо агымдары бар. Мисалы, 3C азыктары үчүн стандарттык кубаттоо агымы жалпысынан 0.1C-0.5C, ал эми жогорку кубаттуулуктагы батарейкалар үчүн стандарттык кубаттоо жалпысынан 1С болуп саналат. Төмөн кубаттоо агымы да батареянын коопсуздугу үчүн каралат. Ошентип, кадимки убакта тез заряддоо деп айталы, бул стандарттык заряддын тогун ондогон эсеге чейин бир нече эсе жогору көрсөтүү.

Кээ бир адамдар литий батарейкаларын заряддоо пиво куюп, тез жана пивону тез толтуруу сыяктуу, бирок көбүк көп деп айтышат. Бул жай, жай, бирок сыра көп, катуу. Тез кубаттоо кубаттоо убактысын үнөмдөп эле койбостон, батареянын өзүнө да зыян келтирет. Батареядагы поляризациялык кубулуштан улам, ал кабыл ала турган максималдуу заряддоо агымы заряддын жана разряддын циклинин көбөйүшү менен азаят. Үзгүлтүксүз заряддоо жана заряддоо агымы чоң болгондо, электроддогу иондун концентрациясы жогорулап, поляризация күчөйт, ал эми батареянын терминалынын чыңалышы сызыктуу пропорцияда зарядга/энергияга түз туура келе албайт. Ошол эле учурда жогорку токтун заряды, ички каршылыктын жогорулашы Джоуль ысытуу эффектинин күчөшүнө (Q=I2Rt) алып келет, электролиттин реакциялык ажыроосу, газ өндүрүү жана бир катар көйгөйлөр, тобокелдик фактору сыяктуу терс реакцияларды алып келет. күтүлбөгөн жерден көбөйөт, батареянын коопсуздугуна таасирин тийгизет, кубатсыз батареянын иштөө мөөнөтү абдан кыскарат.

01

Анод материалы

Литий батарейканын тез заряддоо процесси аноддук материалга Li+тын тез миграциясы жана кыстарылышы болуп саналат. Катоддук материалдын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмү батареянын электрохимиялык процессинде иондордун жооп берүү убактысына жана диффузия жолуна таасир этиши мүмкүн. Изилдөөлөргө ылайык, литий иондорунун диффузиялык коэффициенти материалдын бүртүкчөлөрүнүн азайышы менен көбөйөт. Бирок, материалдын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүнүн азайышы менен пульпинг өндүрүшүндө бөлүкчөлөрдүн олуттуу агломерациясы пайда болот, натыйжада бир калыпта эмес дисперсия пайда болот. Ошол эле учурда, нанобөлүкчөлөр электрод барагынын тыгыздалуу тыгыздыгын азайтат жана заряд жана разряд процессинде электролит менен байланыштын аянтын көбөйтүп, батареянын иштешине таасирин тийгизет.

кыйла ишенимдүү ыкмасы каптоо менен оң электрод материалды өзгөртүү болуп саналат. Мисалы, LFP өзү өткөргүчтүк өтө жакшы эмес. LFPдин бетин көмүртек материалы же башка материалдар менен каптоо анын өткөргүчтүгүн жакшыртат, бул батареянын тез кубатталышын жакшыртууга өбөлгө түзөт.

02

Аноддук материалдар

Литий батареясын тез кубаттоо литий иондору тез эле чыгып, терс электродго “сүзө алат” дегенди билдирет, бул катоддук материалдын литийди тез киргизүү жөндөмүнө ээ болушун талап кылат. Литий батареясын тез заряддоо үчүн колдонулган аноддук материалдарга көмүртек материалы, литий титанат жана башка жаңы материалдар кирет.

Көмүртек материалдары үчүн литий иондору кадимки заряддоо шартында графиттин ичине артыкчылыктуу түрдө киргизилет, анткени литийдин кыстаруу потенциалы литийдин жаан-чачынына окшош. Бирок, тез кубаттоо же төмөн температура шартында, литий иондору бетинде чөктүрүшү мүмкүн жана дендрит литий пайда болушу мүмкүн. Дендрит литий SEI тешип кеткенде, Li+ экинчилик жоготууга алып келип, батареянын сыйымдуулугу азайган. Литий металлы белгилүү бир деңгээлге жеткенде, ал терс электроддон диафрагмага чейин өсүп, батареянын кыска туташуу коркунучун жаратат.

LTO келсек, ал “нөлдүк штамм” кычкылтек камтыган аноддук материалга кирет, ал батареянын иштеши учурунда SEI чыгарбайт жана литий иону менен тыгыз байланышуу жөндөмүнө ээ, ал тез заряддоо жана бошотуу талаптарына жооп бере алат. Ошол эле учурда, SEI түзүлүшү мүмкүн эмес болгондуктан, аноддук материал электролит менен түздөн-түз байланышта болот, бул терс реакциялардын пайда болушуна өбөлгө түзөт. LTO батарейка газ өндүрүү көйгөйүн чечүү мүмкүн эмес, жана бир гана беттик өзгөртүү менен жеңилдетүүгө болот.

03

Электрод суюктугу

Жогоруда айтылгандай, тез кубаттоо процессинде, литий ионунун миграциялык ылдамдыгы жана электрондорду өткөрүү ылдамдыгы шайкеш келбегендиктен, батарея чоң поляризацияга ээ болот. Ошентип, батареянын поляризациясынан келип чыккан терс реакцияны азайтуу үчүн электролитти иштеп чыгуу үчүн төмөнкү үч пункт керек: 1, жогорку диссоциациялуу электролит тузу; 2, эриткич курама – төмөнкү илешкектүүлүгү; 3, интерфейс башкаруу – төмөнкү мембраналык импеданс.

04

өндүрүш технологиясы жана тез толтуруу ортосундагы байланыш

Буга чейин, тез толтуруунун талаптары жана таасирлери оң жана терс электрод материалдары жана электрод суюктугу сыяктуу үч негизги материалдан талданган. Төмөндө салыштырмалуу чоң таасир эткен процесс дизайны болуп саналат. Батареяны өндүрүүнүн технологиялык параметрлери батареяны активдештиргенге чейин жана андан кийин батареянын ар бир бөлүгүндөгү литий иондорунун миграциялык туруктуулугуна түздөн-түз таасирин тийгизет, ошондуктан батареяны даярдоонун технологиялык параметрлери литий-иондук батареянын иштешине маанилүү таасир этет.

(1) шлам

Шламдын касиеттери үчүн, бир жагынан, өткөргүчтү бирдей дисперстүү кармап туруу керек. Өткөргүч агент активдүү заттын бөлүкчөлөрү арасында бирдей бөлүштүрүлгөндүктөн, активдүү зат менен активдүү зат менен коллектордук суюктуктун ортосунда бир калыпта өткөргүч тармак түзүлүшү мүмкүн, ал микротокту чогултуу, контакт каршылыгын азайтуу, жана электрондордун кыймыл ылдамдыгын жакшыртат. Башка жагынан алганда, өткөргүч агенттин ашыкча дисперсиясын алдын алуу болуп саналат. Заряддоо жана разряддоо процессинде аноддун жана катоддук материалдардын кристаллдык структурасы өзгөрөт, бул өткөргүчтүн сыйрылышына, батареянын ички каршылыгын жогорулатууга жана иштөөсүнө таасир этиши мүмкүн.

(2) Өтө жарым-жартылай тыгыздык

Теорияда мультипликатордук батарейкалар менен жогорку сыйымдуулуктагы батарейкалар бири-бирине шайкеш келбейт. Оң жана терс электроддордун поляризация тыгыздыгы төмөн болгондо, литий иондорунун диффузия ылдамдыгын жогорулатып, ион менен электрондун миграциялык каршылыгын азайтууга болот. Жер бетинин тыгыздыгы канчалык төмөн болсо, электрод ошончолук ичке болот жана заряддагы жана разряддагы литий иондорунун үзгүлтүксүз киришинен жана бошотулушунан улам электроддун структурасынын өзгөрүшү да азыраак болот. Бирок, бетинин тыгыздыгы өтө төмөн болсо, батареянын энергия тыгыздыгы азаят жана баасы жогорулайт. Ошондуктан, бетинин тыгыздыгы комплекстүү каралышы керек. Төмөнкү сүрөттө литий кобалаты батареясынын 6Ста кубатталып, 1Сте разряддалышынын мисалы келтирилген.

Сүрөт

(3) Полярдык бөлүгү каптоо консистенциясы

Буга чейин, бир досум сурады, өтө жарым-жартылай тыгыздык дал келбөө батареяга таасирин тийгизет? Баса, бул жерде, тез кубаттоо аткаруу үчүн, негизги анод плитасынын ырааттуулугу болуп саналат. Терс бетинин тыгыздыгы бирдей эмес болсо, тирүү материалдын ички көзөнөктүүлүгү жылдырып кийин абдан өзгөрөт. Көзөнөктүүлүктүн айырмасы ички токтун бөлүштүрүлүшүнүн айырмасына алып келет, бул батареянын калыптануу стадиясында SEIнин түзүлүшүнө жана иштешине таасирин тийгизет жана акырында батареянын тез кубатталышына таасир этет.

(4) Уюл баракчасынын тыгыздыгы

Эмне үчүн мамыларды ныкташ керек? Бири аккумулятордун өзгөчө энергиясын жакшыртуу, экинчиси батареянын иштөөсүн жакшыртуу. Оптималдуу тыгыздык тыгыздыгы электрод материалына жараша өзгөрөт. Тығыздоо тыгыздыгынын өсүшү менен электрод барактын көзөнөктүүлүгү канчалык аз болсо, бөлүкчөлөр ортосундагы байланыш ошончолук жакыныраак жана ошол эле беттик тыгыздыкта электрод барактын калыңдыгы ошончолук аз болот, ошондуктан литий иондорунун миграциялык жолу кыскарышы мүмкүн. Кысуу тыгыздыгы өтө чоң болгондо, электролиттин инфильтрациялык эффектиси жакшы эмес, бул материалдык түзүлүштү жана өткөргүч агенттин бөлүштүрүлүшүн бузуп, кийинчерээк орогуч көйгөйү пайда болот. Ошо сыяктуу эле, литий кобалат аккумулятору 6Сте заряддалып, 1Сте разряддалат жана разряддын өзгөчө кубаттуулугуна тыгыздалуу тыгыздыгынын таасири төмөнкүчө чагылдырылган:

Сүрөт

05

Картаюунун калыптанышы жана башкалар

Көмүртек терс батарейка үчүн, пайда болуу – литий батареясынын негизги процесси, ал SEI сапатына таасир этет. SEI калыңдыгы бирдей эмес же түзүмү туруксуз, бул батареянын тез кубаттоо мүмкүнчүлүгүнө жана циклинин иштөө мөөнөтүнө таасирин тийгизет.

Жогорудагы бир нече маанилүү факторлордон тышкары, клетканын, заряддын жана разряд системасынын өндүрүшү литий батареясынын иштешине чоң таасирин тийгизет. Тейлөө мөөнөтүн узартуу менен батарейканын заряддоо ылдамдыгы бир аз төмөндөтүлүшү керек, антпесе поляризация күчөйт.

жыйынтыктоо

Литий батарейкаларын тез заряддоонун жана разряддоонун маңызы литий иондорунун анод менен катоддук материалдардын ортосуна тез сиңип кетиши мүмкүн. Батареялардын материалдык касиеттери, процессинин дизайны жана заряддоо жана разряддоо системасы жогорку токтун кубаттоо иштешине таасир этет. Аноддун жана аноддук материалдардын структуралык туруктуулугу структуралык кыйроого алып келбестен тез делитий процессине шарт түзөт, литий иондору жогорку токтун зарядына туруштук берүү үчүн материалдык диффузия ылдамдыгы тезирээк болот. Улам ион миграция ылдамдыгы жана электрон берүү ылдамдыгы ортосундагы дал келбегендиктен, поляризация заряддоо жана разряд жараянында пайда болот, ошондуктан поляризация литий металлдын чөгүшүн алдын алуу жана жашоого таасир этүү мүмкүнчүлүгүн азайтуу үчүн минимумга чейин болушу керек.