Pagal grupės draugų reikalavimus pakalbėkite apie ličio akumuliatoriaus greitojo įkrovimo supratimą:

Nuotrauka

Naudokite šią diagramą, norėdami parodyti akumuliatoriaus įkrovimo procesą. Abscisė yra laikas, o ordinatės yra įtampa. Pradiniame ličio baterijos įkrovimo etape bus vykdomas nedidelis srovės išankstinio įkrovimo procesas, būtent CC išankstinis įkrovimas, kuriuo siekiama stabilizuoti anodo ir katodo medžiagas. Po to bateriją galima sureguliuoti į „Charge“ su didele srove, būtent „CC Fast Charge“, kai akumuliatorius yra stabilus. Galiausiai jis pereina į nuolatinės įtampos įkrovimo režimą (CV). Ličio akumuliatoriaus atveju sistema pradeda nuolatinės įtampos įkrovimo režimą, kai įtampa pasiekia 4.2 V, o įkrovimo srovė palaipsniui mažėja, kol įkrovimas baigiasi, kai įtampa yra mažesnė už tam tikrą vertę.

Viso proceso metu skirtingų baterijų standartinės įkrovimo srovės yra skirtingos. Pavyzdžiui, 3C gaminių standartinė įkrovimo srovė paprastai yra 0.1C–0.5C, o didelės galios akumuliatorių standartinis įkrovimas paprastai yra 1C. Maža įkrovimo srovė taip pat atsižvelgiama į akumuliatoriaus saugumą. Taigi, tarkime, įprastu metu greitas įkrovimas yra kelis kartus didesnis nei standartinė įkrovimo srovė, dešimtis kartų.

Kai kas sako, kad ličio baterijų įkrovimas yra tarsi alaus pilstymas, greitas ir alaus pripildymas greitai, bet su didele puta. Tai lėtas, tai lėtas, bet tai daug alaus, tai kietas. Greitas įkrovimas ne tik taupo įkrovimo laiką, bet ir gadina patį akumuliatorių. Dėl baterijos poliarizacijos reiškinio, maksimali įkrovimo srovė, kurią jis gali priimti, mažės didėjant įkrovimo ir iškrovimo ciklui. Kai nuolatinis įkrovimas ir įkrovimo srovė yra didelė, jonų koncentracija prie elektrodo didėja ir sustiprėja poliarizacija, o akumuliatoriaus gnybtų įtampa negali tiesiogiai atitikti įkrovimo/energijos tiesine proporcija. Tuo pačiu metu dėl didelės srovės įkrovimo, vidinės varžos padidėjimo sustiprės Džaulio šildymo efektas (Q=I2Rt), sukeldamas šalutinių reakcijų, tokių kaip elektrolito skilimo reakcija, dujų susidarymas ir daugybė problemų, rizikos veiksnys. staiga padidėja, turi įtakos akumuliatoriaus saugai, be maitinimo akumuliatoriaus tarnavimo laikas labai sutrumpės.

01

Anodo medžiaga

Greitas ličio akumuliatoriaus įkrovimo procesas yra greitas Li+ migravimas ir įterpimas į anodo medžiagą. Katodinės medžiagos dalelių dydis gali paveikti jonų reakcijos laiką ir difuzijos kelią akumuliatoriaus elektrocheminiame procese. Remiantis tyrimais, ličio jonų difuzijos koeficientas didėja mažėjant medžiagos grūdelių dydžiui. Tačiau sumažėjus medžiagos dalelių dydžiui, gaminant celiuliozę, dalelės susikaups, todėl pasiskirstymas bus netolygus. Tuo pačiu metu nanodalelės sumažins elektrodo lakšto sutankinimo tankį ir padidins kontakto plotą su elektrolitu įkrovimo ir iškrovimo šoninės reakcijos metu, o tai turės įtakos akumuliatoriaus veikimui.

Patikimesnis būdas yra modifikuoti teigiamo elektrodo medžiagą padengiant. Pavyzdžiui, paties LFP laidumas nėra labai geras. LFP paviršiaus padengimas anglies medžiaga ar kitomis medžiagomis gali pagerinti jo laidumą, o tai padeda pagerinti greito akumuliatoriaus įkrovimo našumą.

02

Anodo medžiagos

Greitas ličio akumuliatoriaus įkrovimas reiškia, kad ličio jonai gali greitai išeiti ir „plaukti“ prie neigiamo elektrodo, todėl katodo medžiaga turi turėti galimybę greitai įterpti litį. Anodo medžiagos, naudojamos greitam ličio akumuliatoriaus įkrovimui, yra anglies medžiaga, ličio titanatas ir kai kurios kitos naujos medžiagos.

Anglies medžiagoms ličio jonai pirmiausia įterpiami į grafitą įprasto įkrovimo sąlygomis, nes ličio įterpimo potencialas yra panašus į ličio nusodinimo potencialą. Tačiau esant greitam įkrovimui arba žemai temperatūrai, ličio jonai gali nusodinti ant paviršiaus ir sudaryti dendritinį litį. Ličio dendritui pradūrus SEI, atsirado antrinis Li + nuostolis ir sumažėjo akumuliatoriaus talpa. Kai ličio metalas pasiekia tam tikrą lygį, jis nuo neigiamo elektrodo augs iki diafragmos, todėl kyla baterijos trumpojo jungimo pavojus.

Kalbant apie LTO, jis priklauso „nulinės deformacijos“ deguonies turinčiai anodo medžiagai, kuri akumuliatoriaus veikimo metu nesukuria SEI ir turi stipresnę surišimo galimybę su ličio jonais, kurie gali atitikti greito įkrovimo ir atleidimo reikalavimus. Tuo pačiu metu, kadangi SEI negali susidaryti, anodo medžiaga tiesiogiai susisieks su elektrolitu, o tai skatina šalutinių reakcijų atsiradimą. LTO akumuliatoriaus dujų generavimo problemos išspręsti nepavyksta, o ją galima palengvinti tik modifikuojant paviršių.

03

Elektrodo skystis

Kaip minėta aukščiau, greito įkrovimo procese dėl ličio jonų migracijos greičio ir elektronų perdavimo greičio neatitikimo baterija turės didelę poliarizaciją. Taigi, siekiant sumažinti neigiamą akumuliatoriaus poliarizacijos sukeltą reakciją, elektrolitui sukurti reikia šių trijų taškų: 1, didelės disociacijos elektrolito druska; 2, tirpiklio kompozitas – mažesnės klampos; 3, sąsajos valdymas – mažesnė membranos varža.

04

Ryšys tarp gamybos technologijos ir greito užpildymo

Anksčiau greito užpildymo reikalavimai ir įtaka buvo analizuojami iš trijų pagrindinių medžiagų, tokių kaip teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagos ir elektrodų skystis. Toliau pateikiamas gana didelį poveikį turintis proceso planas. Akumuliatoriaus gamybos technologiniai parametrai tiesiogiai įtakoja ličio jonų migracijos atsparumą kiekvienoje akumuliatoriaus dalyje prieš ir po akumuliatoriaus įjungimo, todėl akumuliatoriaus paruošimo technologiniai parametrai turi didelę įtaką ličio jonų akumuliatoriaus veikimui.

(1) srutos

Viena vertus, dėl srutų savybių būtina tolygiai paskirstyti laidžią medžiagą. Kadangi laidus agentas yra tolygiai pasiskirstęs tarp veikliosios medžiagos dalelių, tarp veikliosios medžiagos ir veikliosios medžiagos bei kolektoriaus skysčio gali susidaryti tolygesnis laidus tinklas, kurio funkcija yra surinkti mikro srovę ir sumažinti kontaktinę varžą. ir gali pagerinti elektronų judėjimo greitį. Kita vertus, reikia užkirsti kelią laidžios medžiagos pertekliui. Įkrovimo ir iškrovimo procese pasikeis anodo ir katodo medžiagų kristalinė struktūra, dėl kurios gali nusilupti laidžioji medžiaga, padidėti akumuliatoriaus vidinė varža ir paveikti veikimą.

(2) Itin didelis dalinis tankis

Teoriškai daugiklio baterijos ir didelės talpos baterijos yra nesuderinamos. Kai teigiamų ir neigiamų elektrodų poliarizacijos tankis mažas, galima padidinti ličio jonų difuzijos greitį, sumažinti jonų ir elektronų migracijos pasipriešinimą. Kuo mažesnis paviršiaus tankis, tuo plonesnis elektrodas, o elektrodo struktūros pokytis, atsirandantis dėl nuolatinio įkrovimo ir iškrovimo ličio jonų įterpimo ir išleidimo, taip pat yra mažesnis. Tačiau jei paviršiaus tankis yra per mažas, akumuliatoriaus energijos tankis sumažės, o kaina padidės. Todėl paviršiaus tankis turėtų būti vertinamas visapusiškai. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas ličio kobalato akumuliatoriaus įkrovimo 6C ir iškrovimo 1C temperatūroje pavyzdys.

Nuotrauka

(3) Polinės dalies dangos konsistencija

Prieš tai draugas klausė, ar itin dalinis tankio nenuoseklumas turės įtakos akumuliatoriui? Čia, beje, norint greitai įkrauti, svarbiausia yra anodo plokštės konsistencija. Jei neigiamas paviršiaus tankis nėra vienodas, po valcavimo gyvosios medžiagos vidinis poringumas labai skirsis. Akytumo skirtumas lems vidinio srovės pasiskirstymo skirtumą, o tai turės įtakos SEI formavimuisi ir veikimui akumuliatoriaus formavimosi stadijoje ir galiausiai turės įtakos greito akumuliatoriaus įkrovimo veikimui.

(4) Poliaus lakšto sutankinimo tankis

Kodėl polius reikia tankinti? Viena – pagerinti specifinę akumuliatoriaus energiją, kita – pagerinti akumuliatoriaus veikimą. Optimalus tankinimo tankis skiriasi priklausomai nuo elektrodo medžiagos. Didėjant tankinimo tankiui, kuo mažesnis elektrodo lakšto poringumas, tuo glaudesnis ryšys tarp dalelių ir mažesnis elektrodo lakšto storis esant tokiam pačiam paviršiaus tankiui, todėl ličio jonų migracijos kelias gali būti sumažintas. Kai sutankinimo tankis yra per didelis, elektrolito įsiskverbimo poveikis nėra geras, o tai gali sugadinti medžiagos struktūrą ir laidžiosios medžiagos pasiskirstymą, o vėliau atsiras apvijų problema. Panašiai ličio kobalato akumuliatorius įkraunamas esant 6C ir iškraunamas esant 1C, o tankinimo tankio įtaka specifinei iškrovimo talpai parodyta taip:

Nuotrauka

05

Formavimosi senėjimas ir kt

Anglies neigiamo akumuliatoriaus susidarymas – senėjimas yra pagrindinis ličio akumuliatoriaus procesas, kuris turės įtakos SEI kokybei. SEI storis nėra vienodas arba struktūra nestabili, o tai turės įtakos greito įkrovimo pajėgumui ir akumuliatoriaus ciklo trukmei.

Be minėtų kelių svarbių veiksnių, elementų, įkrovimo ir iškrovimo sistemos gamyba turės didelę įtaką ličio baterijos veikimui. Prailginus tarnavimo laiką, akumuliatoriaus įkrovimo greitis turėtų būti vidutiniškai sumažintas, kitaip poliarizacija padidės.

išvada

Greito ličio baterijų įkrovimo ir iškrovimo esmė yra ta, kad ličio jonus galima greitai pašalinti tarp anodo ir katodo medžiagų. Medžiagų savybės, proceso konstrukcija ir akumuliatorių įkrovimo bei iškrovimo sistema turi įtakos didelės srovės įkrovimui. Anodo ir anodo medžiagų struktūrinis stabilumas yra palankus greitam deličio procesui, nesukeliant struktūros žlugimo, ličio jonai medžiagos difuzijos greitis yra greitesnis, kad atlaikytų didelį srovės įkrovimą. Dėl neatitikimo tarp jonų migracijos greičio ir elektronų perdavimo greičio, įkrovimo ir iškrovimo procese įvyks poliarizacija, todėl poliarizacija turėtų būti sumažinta, kad būtų išvengta ličio metalo nusodinimo ir sumažėtų gebėjimas paveikti gyvenimą.