Saskaņā ar grupas draugu prasībām runājiet par litija akumulatora ātrās uzlādes izpratni:

Bilde

Izmantojiet šo diagrammu, lai ilustrētu akumulatora uzlādes procesu. Abscisa ir laiks, un ordinātas ir spriegums. Litija akumulatora sākotnējās uzlādes stadijā būs neliels strāvas iepriekšējas uzlādes process, proti, CC iepriekšēja uzlāde, kuras mērķis ir stabilizēt anoda un katoda materiālus. Pēc tam akumulatoru var noregulēt uz uzlādi ar lielu strāvu, proti, CC Fast Charge, kad akumulators ir stabils. Beidzot tas nonāk nemainīga sprieguma uzlādes režīmā (CV). Litija akumulatoram sistēma sāk pastāvīga sprieguma uzlādes režīmu, kad spriegums sasniedz 4.2 V, un uzlādes strāva pakāpeniski samazinās, līdz uzlāde beidzas, kad spriegums ir zemāks par noteiktu vērtību.

Visa procesa laikā dažādiem akumulatoriem ir dažādas standarta uzlādes strāvas. Piemēram, 3C produktiem standarta uzlādes strāva parasti ir 0.1 C–0.5 C, savukārt lieljaudas akumulatoriem standarta uzlāde parasti ir 1 C. Akumulatora drošībai tiek ņemta vērā arī zemā uzlādes strāva. Tātad, teiksim, parastā laikā ātrā uzlāde ir desmitiem reižu lielāka nekā standarta uzlādes strāva.

Daži cilvēki saka, ka litija bateriju uzlāde ir kā alus ieliešana, ātra un ātra alus uzpildīšana, bet ar daudz putām. Tas ir lēns, tas ir lēns, bet tas ir daudz alus, tas ir ciets. Ātrā uzlāde ne tikai ietaupa uzlādes laiku, bet arī sabojā pašu akumulatoru. Polarizācijas fenomena dēļ akumulatorā maksimālā uzlādes strāva, ko tā var pieņemt, samazināsies, palielinoties uzlādes un izlādes ciklam. Ja nepārtrauktā uzlāde un lādēšanas strāva ir liela, jonu koncentrācija pie elektroda palielinās un polarizācija pastiprinās, un akumulatora spailes spriegums nevar tieši atbilst lādiņam/enerģijai lineārā proporcijā. Tajā pašā laikā liela strāvas uzlāde, iekšējās pretestības palielināšanās izraisīs pastiprinātu džoula sildīšanas efektu (Q=I2Rt), izraisot blakusparādības, piemēram, elektrolīta sadalīšanās reakcijas, gāzes veidošanos un virkni problēmu, riska faktoru. pēkšņi palielinās, ietekmē akumulatora drošību, bez strāvas akumulatora darbības laiks tiks ievērojami saīsināts.

01

Anoda materiāls

Litija akumulatora ātrā uzlādes process ir ātra Li + migrācija un iegulšana anoda materiālā. Katoda materiāla daļiņu izmērs var ietekmēt reakcijas laiku un jonu difūzijas ceļu akumulatora elektroķīmiskajā procesā. Saskaņā ar pētījumiem litija jonu difūzijas koeficients palielinās, samazinoties materiāla graudu izmēram. Tomēr, samazinoties materiāla daļiņu izmēram, celulozes ražošanā radīsies nopietna daļiņu aglomerācija, kā rezultātā radīsies nevienmērīga izkliede. Tajā pašā laikā nanodaļiņas samazinās elektrodu loksnes blīvēšanas blīvumu un palielinās kontakta laukumu ar elektrolītu uzlādes un izlādes sānu reakcijas procesā, ietekmējot akumulatora veiktspēju.

Uzticamākā metode ir modificēt pozitīvā elektroda materiālu ar pārklājumu. Piemēram, pašas LFP vadītspēja nav ļoti laba. LFP virsmas pārklāšana ar oglekļa materiālu vai citiem materiāliem var uzlabot tā vadītspēju, kas veicina akumulatora ātrās uzlādes veiktspēju.

02

Anoda materiāli

Litija akumulatora ātra uzlāde nozīmē, ka litija joni var ātri izplūst un “piepeldēt” līdz negatīvajam elektrodam, kas prasa, lai katoda materiāls spētu ātri iestrādāt litiju. Litija akumulatora ātrai uzlādēšanai izmantotie anoda materiāli ietver oglekļa materiālu, litija titanātu un dažus citus jaunus materiālus.

Oglekļa materiāliem litija jonus labāk iestrādāt grafītā parastās uzlādes apstākļos, jo litija iegulšanas potenciāls ir līdzīgs litija nokrišņu potenciālam. Tomēr ātras uzlādes vai zemas temperatūras apstākļos litija joni var nogulsnēties uz virsmas un veidot dendrīta litiju. Kad litija dendrīts caurdurja SEI, tika izraisīts Li + sekundārais zudums un samazināta akumulatora jauda. Kad litija metāls sasniedz noteiktu līmeni, tas izaugs no negatīvā elektroda līdz diafragmai, radot akumulatora īssavienojuma risku.

Kas attiecas uz LTO, tas pieder pie “nulles deformācijas” skābekli saturoša anoda materiāla, kas akumulatora darbības laikā nerada SEI, un tam ir spēcīgāka saistīšanās spēja ar litija jonu, kas var atbilst ātras uzlādes un atbrīvošanas prasībām. Tajā pašā laikā, tā kā SEI nevar izveidot, anoda materiāls tieši saskarsies ar elektrolītu, kas veicina blakusreakciju rašanos. LTO akumulatoru gāzes ģenerēšanas problēmu nevar atrisināt, un to var atvieglot tikai virsmas modifikācijas.

03

Elektrodu šķidrums

Kā minēts iepriekš, ātrās uzlādes procesā litija jonu migrācijas ātruma un elektronu pārneses ātruma neatbilstības dēļ akumulatoram būs liela polarizācija. Tātad, lai samazinātu akumulatora polarizācijas izraisīto negatīvo reakciju, elektrolīta izstrādei ir nepieciešami šādi trīs punkti: 1, augstas disociācijas elektrolīta sāls; 2, šķīdinātāja kompozīts – zemāka viskozitāte; 3, saskarnes vadība – zemāka membrānas pretestība.

04

Saistība starp ražošanas tehnoloģiju un ātru pildīšanu

Iepriekš ātrās uzpildīšanas prasības un ietekmes tika analizētas no trim galvenajiem materiāliem, piemēram, pozitīvo un negatīvo elektrodu materiāliem un elektrodu šķidruma. Tālāk ir aprakstīts procesa dizains, kam ir salīdzinoši liela ietekme. Akumulatoru ražošanas tehnoloģiskie parametri tieši ietekmē litija jonu migrācijas pretestību katrā akumulatora daļā pirms un pēc akumulatora aktivizēšanas, tāpēc akumulatora sagatavošanas tehnoloģiskajiem parametriem ir būtiska ietekme uz litija jonu akumulatora darbību.

(1) virca

No vienas puses, vircas īpašībām ir nepieciešams, lai vadošais līdzeklis būtu vienmērīgi izkliedēts. Tā kā vadošais līdzeklis ir vienmērīgi sadalīts starp aktīvās vielas daļiņām, starp aktīvo vielu un aktīvo vielu un kolektora šķidrumu var izveidoties vienmērīgāks vadošs tīkls, kura funkcija ir savākt mikrostrāvu, samazinot kontakta pretestību, un var uzlabot elektronu kustības ātrumu. No otras puses, ir novērst vadošā līdzekļa pārmērīgu izkliedi. Uzlādes un izlādes procesā mainīsies anoda un katoda materiālu kristāliskā struktūra, kas var izraisīt vadoša līdzekļa nolobīšanos, palielināt akumulatora iekšējo pretestību un ietekmēt veiktspēju.

(2) Ārkārtīgi daļējs blīvums

Teorētiski multiplikatora akumulatori un lieljaudas akumulatori nav savietojami. Ja pozitīvo un negatīvo elektrodu polarizācijas blīvums ir zems, var palielināt litija jonu difūzijas ātrumu un samazināt jonu un elektronu migrācijas pretestību. Jo mazāks ir virsmas blīvums, jo plānāks ir elektrods, un mazāka ir arī elektroda struktūras maiņa, ko izraisa nepārtraukta litija jonu ievietošana un atbrīvošanās uzlādēšanai un izlādei. Tomēr, ja virsmas blīvums ir pārāk zems, akumulatora enerģijas blīvums tiks samazināts un izmaksas palielināsies. Tāpēc virsmas blīvums ir jāapsver vispusīgi. Nākamajā attēlā ir parādīts piemērs litija kobalāta akumulatora uzlādei 6C temperatūrā un izlādei 1C temperatūrā.

Bilde

(3) Polārā gabala pārklājuma konsistence

Iepriekš draugs jautāja, vai ārkārtīgi daļēja blīvuma neatbilstība ietekmēs akumulatoru? Šeit, starp citu, ātrai uzlādes veiktspējai galvenais ir anoda plāksnes konsistence. Ja negatīvais virsmas blīvums nav vienmērīgs, dzīvā materiāla iekšējā porainība pēc velmēšanas ievērojami mainīsies. Porainības atšķirība novedīs pie iekšējās strāvas sadalījuma atšķirības, kas ietekmēs SEI veidošanos un darbību akumulatora veidošanās stadijā un galu galā ietekmēs akumulatora ātrās uzlādes veiktspēju.

(4) Polu loksnes blīvēšanas blīvums

Kāpēc stabi ir jāsablīvē? Viens ir uzlabot akumulatora īpatnējo enerģiju, otrs ir uzlabot akumulatora veiktspēju. Optimālais blīvēšanas blīvums mainās atkarībā no elektroda materiāla. Palielinoties blīvējuma blīvumam, jo ​​mazāka ir elektrodu loksnes porainība, jo ciešāks savienojums starp daļiņām un mazāks ir elektrodu loksnes biezums ar tādu pašu virsmas blīvumu, tādējādi var samazināt litija jonu migrācijas ceļu. Ja blīvēšanas blīvums ir pārāk liels, elektrolīta infiltrācijas efekts nav labs, kas var sabojāt materiāla struktūru un vadošā līdzekļa sadalījumu, kā arī vēlāk radīsies tinuma problēma. Līdzīgi litija kobalāta akumulators tiek uzlādēts pie 6C un izlādēts pie 1C, un blīvējuma blīvuma ietekme uz izlādes īpatnējo jaudu tiek parādīta šādi:

Bilde

05

Veidošanās novecošana un citi

Oglekļa negatīvajam akumulatoram litija akumulatora galvenais process ir veidošanās – novecošanās, kas ietekmēs SEI kvalitāti. SEI biezums nav vienmērīgs vai struktūra ir nestabila, kas ietekmēs akumulatora ātrās uzlādes jaudu un cikla kalpošanas laiku.

Papildus iepriekš minētajiem vairākiem svarīgiem faktoriem, šūnu, uzlādes un izlādes sistēmas ražošanai būs liela ietekme uz litija akumulatora veiktspēju. Pagarinot kalpošanas laiku, akumulatora uzlādes ātrums ir mēreni jāsamazina, pretējā gadījumā tiks saasināta polarizācija.

secinājums

Litija akumulatoru ātrās uzlādes un izlādes būtība ir tāda, ka litija jonus var ātri atdalīt starp anoda un katoda materiāliem. Materiāla īpašības, procesa dizains un akumulatoru uzlādes un izlādes sistēma ietekmē lielas strāvas uzlādes veiktspēju. Anoda un anoda materiālu strukturālā stabilitāte veicina ātru delīta procesu, neizraisot struktūras sabrukumu, litija jonu materiāla difūzijas ātrums ir ātrāks, lai izturētu lielu strāvas uzlādi. Jonu migrācijas ātruma un elektronu pārneses ātruma neatbilstības dēļ uzlādes un izlādes procesā notiks polarizācija, tāpēc polarizācija ir jāsamazina, lai novērstu litija metāla nogulsnēšanos un samazinātu spēju ietekmēt dzīvi.