गट मित्रांच्या आवश्यकतांनुसार, लिथियम बॅटरी द्रुत चार्जिंगच्या समजण्याबद्दल बोला:

चित्र

बॅटरी चार्जिंगची प्रक्रिया स्पष्ट करण्यासाठी या आकृतीचा वापर करा. abscissa वेळ आहे आणि ordinate व्होल्टेज आहे. लिथियम बॅटरीच्या सुरुवातीच्या चार्जिंग टप्प्यावर, एक लहान वर्तमान प्री-चार्ज प्रक्रिया असेल, म्हणजे CC प्री-चार्ज, ज्याचा उद्देश एनोड आणि कॅथोड सामग्री स्थिर करणे आहे. त्यानंतर, बॅटरी स्थिर झाल्यानंतर, उच्च प्रवाहासह, म्हणजे CC फास्ट चार्जसह बॅटरी समायोजित केली जाऊ शकते. शेवटी, ते स्थिर व्होल्टेज चार्जिंग मोड (CV) मध्ये प्रवेश करते. लिथियम बॅटरीसाठी, जेव्हा व्होल्टेज 4.2V पर्यंत पोहोचते तेव्हा सिस्टम स्थिर व्होल्टेज चार्जिंग मोड सुरू करते आणि जेव्हा व्होल्टेज एका विशिष्ट मूल्यापेक्षा कमी होते तेव्हा चार्जिंग समाप्त होईपर्यंत चार्जिंग करंट हळूहळू कमी होते.

संपूर्ण प्रक्रियेदरम्यान, वेगवेगळ्या बॅटरीसाठी भिन्न मानक चार्जिंग प्रवाह आहेत. उदाहरणार्थ, 3C उत्पादनांसाठी, मानक चार्जिंग करंट सामान्यतः 0.1C-0.5C असते, तर उच्च-शक्तीच्या बॅटरीसाठी, मानक चार्जिंग सामान्यतः 1C असते. बॅटरीच्या सुरक्षिततेसाठी कमी चार्जिंग करंट देखील विचारात घेतले जाते. तर, सामान्य वेळेस जलद चार्ज म्हणा, ते मानक चार्ज करंटच्या दहापट ते कित्येक पट जास्त आहे.

काही लोक म्हणतात की लिथियम बॅटरी चार्ज करणे म्हणजे बिअर ओतणे, जलद करणे आणि बिअर जलद भरणे, परंतु भरपूर फोम आहे. ते मंद आहे, ते मंद आहे, परंतु ते भरपूर बीअर आहे, ते घन आहे. जलद चार्जिंगमुळे चार्जिंगचा वेळ तर वाचतोच पण बॅटरीचेही नुकसान होते. बॅटरीमधील ध्रुवीकरणाच्या घटनेमुळे, चार्ज आणि डिस्चार्ज सायकलच्या वाढीसह ते स्वीकारू शकणारे जास्तीत जास्त चार्जिंग करंट कमी होईल. जेव्हा सतत चार्जिंग आणि चार्जिंग करंट मोठा असतो, तेव्हा इलेक्ट्रोडवरील आयन एकाग्रता वाढते आणि ध्रुवीकरण तीव्र होते आणि बॅटरी टर्मिनल व्होल्टेज थेट चार्ज/ऊर्जेशी एका रेषीय प्रमाणात जुळू शकत नाही. त्याच वेळी, उच्च वर्तमान चार्जिंग, अंतर्गत प्रतिकार वाढल्याने तीव्र जौल हीटिंग इफेक्ट (Q=I2Rt), साइड रिअॅक्शन आणेल, जसे की इलेक्ट्रोलाइटचे विघटन, गॅस निर्मिती आणि समस्यांची मालिका, जोखीम घटक. अचानक वाढते, बॅटरी सुरक्षिततेवर परिणाम होतो, पॉवर नसलेल्या बॅटरीचे आयुष्य मोठ्या प्रमाणात कमी केले जाईल.

01

एनोड साहित्य

लिथियम बॅटरीची जलद चार्जिंग प्रक्रिया म्हणजे एनोड सामग्रीमध्ये Li+ चे जलद स्थलांतर आणि एम्बेडिंग. कॅथोड सामग्रीचा कण आकार बॅटरीच्या इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रियेतील आयनचा प्रतिसाद वेळ आणि प्रसार मार्ग प्रभावित करू शकतो. अभ्यासानुसार, लिथियम आयनचा प्रसार गुणांक सामग्रीच्या धान्य आकाराच्या घटाने वाढतो. तथापि, भौतिक कणांच्या आकारमानात घट झाल्यामुळे, पल्पिंगच्या निर्मितीमध्ये कणांचे गंभीर एकत्रीकरण होईल, परिणामी असमान फैलाव होईल. त्याच वेळी, नॅनोपार्टिकल्स इलेक्ट्रोड शीटची कॉम्पॅक्शन घनता कमी करतील आणि चार्ज आणि डिस्चार्ज साइड रिअॅक्शनच्या प्रक्रियेत इलेक्ट्रोलाइटसह संपर्क क्षेत्र वाढवतील, ज्यामुळे बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम होईल.

कोटिंगद्वारे सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री सुधारणे ही अधिक विश्वासार्ह पद्धत आहे. उदाहरणार्थ, स्वतः LFP ची चालकता फार चांगली नाही. LFP च्या पृष्ठभागावर कार्बन मटेरियल किंवा इतर मटेरिअल कोटिंग केल्याने त्याची चालकता सुधारू शकते, जी बॅटरीच्या द्रुत चार्जिंग कार्यक्षमतेत सुधारणा करण्यास अनुकूल आहे.

02

एनोड साहित्य

लिथियम बॅटरीच्या जलद चार्जिंगचा अर्थ असा होतो की लिथियम आयन त्वरीत बाहेर येऊ शकतात आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडवर “पोहू” शकतात, ज्यासाठी कॅथोड सामग्रीमध्ये जलद एम्बेडिंग लिथियमची क्षमता असणे आवश्यक आहे. लिथियम बॅटरी जलद चार्ज करण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या एनोड सामग्रीमध्ये कार्बन सामग्री, लिथियम टायटेनेट आणि इतर काही नवीन सामग्री समाविष्ट आहे.

कार्बन सामग्रीसाठी, लिथियम आयन प्राधान्याने पारंपारिक चार्जिंगच्या स्थितीत ग्रेफाइटमध्ये एम्बेड केले जातात कारण लिथियम एम्बेडिंगची क्षमता लिथियम पर्जन्य सारखीच असते. तथापि, जलद चार्जिंग किंवा कमी तापमानाच्या स्थितीत, लिथियम आयन पृष्ठभागावर अवक्षेपित होऊ शकतात आणि डेंड्राइट लिथियम तयार करू शकतात. जेव्हा डेंड्राइट लिथियमने SEI पंक्चर केले तेव्हा Li+ दुय्यम नुकसान झाले आणि बॅटरीची क्षमता कमी झाली. जेव्हा लिथियम धातू एका विशिष्ट स्तरावर पोहोचते, तेव्हा ते नकारात्मक इलेक्ट्रोडपासून डायाफ्रामपर्यंत वाढेल, ज्यामुळे बॅटरी शॉर्ट सर्किटचा धोका निर्माण होईल.

LTO साठी, ते “शून्य ताण” ऑक्सिजन-युक्त एनोड सामग्रीशी संबंधित आहे, जे बॅटरी ऑपरेशन दरम्यान SEI तयार करत नाही, आणि लिथियम आयनसह मजबूत बंधनकारक क्षमता आहे, जी जलद चार्ज आणि रिलीजच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकते. त्याच वेळी, SEI तयार होऊ शकत नसल्यामुळे, एनोड सामग्री थेट इलेक्ट्रोलाइटशी संपर्क साधेल, ज्यामुळे साइड रिअॅक्शन्स होण्यास प्रोत्साहन मिळते. एलटीओ बॅटरी गॅस निर्मितीची समस्या सोडवली जाऊ शकत नाही आणि ती केवळ पृष्ठभागाच्या सुधारणेने कमी केली जाऊ शकते.

03

इलेक्ट्रोड द्रव

वर नमूद केल्याप्रमाणे, जलद चार्जिंगच्या प्रक्रियेत, लिथियम आयन स्थलांतर दर आणि इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर यांच्या विसंगतीमुळे, बॅटरीमध्ये मोठ्या प्रमाणात ध्रुवीकरण होईल. त्यामुळे बॅटरीच्या ध्रुवीकरणामुळे होणारी नकारात्मक प्रतिक्रिया कमी करण्यासाठी, इलेक्ट्रोलाइट विकसित करण्यासाठी खालील तीन मुद्यांची आवश्यकता आहे: 1, उच्च पृथक्करण इलेक्ट्रोलाइट मीठ; 2, सॉल्व्हेंट कंपोजिट – कमी स्निग्धता; 3, इंटरफेस नियंत्रण – कमी पडदा प्रतिबाधा.

04

उत्पादन तंत्रज्ञान आणि जलद भरणे यांच्यातील संबंध

यापूर्वी, सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री आणि इलेक्ट्रोड द्रव यासारख्या तीन मुख्य सामग्रीमधून जलद भरण्याच्या आवश्यकता आणि प्रभावांचे विश्लेषण केले गेले होते. खालील प्रक्रिया डिझाइन आहे ज्याचा तुलनेने मोठा प्रभाव आहे. बॅटरीच्या उत्पादनाचे तांत्रिक पॅरामीटर्स बॅटरीच्या सक्रियतेच्या आधी आणि नंतर बॅटरीच्या प्रत्येक भागामध्ये लिथियम आयनच्या स्थलांतरण प्रतिरोधनावर थेट परिणाम करतात, म्हणून बॅटरी तयार करण्याच्या तांत्रिक मापदंडांचा लिथियम आयन बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव असतो.

(1) स्लरी

स्लरीच्या गुणधर्मांसाठी, एकीकडे, प्रवाहकीय एजंटला समान रीतीने विखुरलेले ठेवणे आवश्यक आहे. प्रवाहकीय घटक सक्रिय पदार्थाच्या कणांमध्ये समान रीतीने वितरीत केल्यामुळे, सक्रिय पदार्थ आणि सक्रिय पदार्थ आणि संग्राहक द्रव यांच्यामध्ये अधिक एकसमान प्रवाहकीय नेटवर्क तयार केले जाऊ शकते, ज्यामध्ये सूक्ष्म प्रवाह गोळा करण्याचे कार्य आहे, संपर्क प्रतिकार कमी करणे, आणि इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीचा वेग सुधारू शकतो. दुसरीकडे प्रवाहकीय एजंटच्या अति-पांगापांग रोखण्यासाठी आहे. चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेत, एनोड आणि कॅथोड सामग्रीची क्रिस्टल रचना बदलेल, ज्यामुळे प्रवाहकीय एजंट सोलणे, बॅटरीची अंतर्गत प्रतिकारशक्ती वाढवणे आणि कार्यक्षमतेवर परिणाम होऊ शकतो.

(2) अत्यंत आंशिक घनता

सिद्धांतानुसार, गुणक बॅटरी आणि उच्च-क्षमतेच्या बॅटरी विसंगत आहेत. जेव्हा सकारात्मक आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड्सची ध्रुवीकरण घनता कमी असते, तेव्हा लिथियम आयनचा प्रसार वेग वाढवता येतो आणि आयन आणि इलेक्ट्रॉन स्थलांतरणाचा प्रतिकार कमी करता येतो. पृष्ठभागाची घनता जितकी कमी असेल तितकी इलेक्ट्रोड पातळ असेल आणि चार्ज आणि डिस्चार्जमध्ये लिथियम आयन सतत समाविष्ट केल्यामुळे आणि सोडल्यामुळे इलेक्ट्रोडच्या संरचनेत होणारा बदल देखील कमी असतो. तथापि, पृष्ठभागाची घनता खूप कमी असल्यास, बॅटरीची ऊर्जा घनता कमी होईल आणि खर्च वाढेल. म्हणून, पृष्ठभागाची घनता सर्वसमावेशकपणे विचारात घेतली पाहिजे. खालील आकृती लिथियम कोबालेट बॅटरी 6C वर चार्ज होण्याचे आणि 1C वर डिस्चार्ज करण्याचे उदाहरण आहे.

चित्र

(3) ध्रुवीय तुकडा कोटिंग सुसंगतता

पूर्वी, एका मित्राने विचारले, अत्यंत आंशिक घनतेच्या विसंगतीचा बॅटरीवर परिणाम होईल का? येथे तसे, जलद चार्जिंग कार्यप्रदर्शनासाठी, मुख्य म्हणजे एनोड प्लेटची सुसंगतता. नकारात्मक पृष्ठभागाची घनता एकसमान नसल्यास, रोलिंगनंतर जिवंत सामग्रीची अंतर्गत सच्छिद्रता मोठ्या प्रमाणात बदलते. सच्छिद्रतेच्या फरकामुळे अंतर्गत वर्तमान वितरणामध्ये फरक पडेल, ज्यामुळे बॅटरीच्या निर्मितीच्या टप्प्यात SEI ची निर्मिती आणि कार्यप्रदर्शन प्रभावित होईल आणि शेवटी बॅटरीच्या जलद चार्जिंग कार्यक्षमतेवर परिणाम होईल.

(4) पोल शीटची कॉम्पॅक्शन घनता

पोल कॉम्पॅक्ट करणे का आवश्यक आहे? एक म्हणजे बॅटरीची विशिष्ट ऊर्जा सुधारणे, दुसरे म्हणजे बॅटरीचे कार्यप्रदर्शन सुधारणे. इलेक्ट्रोड सामग्रीसह इष्टतम कॉम्पॅक्शन घनता बदलते. कॉम्पॅक्शन घनतेच्या वाढीसह, इलेक्ट्रोड शीटची सच्छिद्रता जितकी लहान असेल, कणांमधील जोडणी जितकी जवळ येईल आणि त्याच पृष्ठभागाच्या घनतेखाली इलेक्ट्रोड शीटची जाडी कमी होईल, त्यामुळे लिथियम आयनचा स्थलांतर मार्ग कमी केला जाऊ शकतो. जेव्हा कॉम्पॅक्शन घनता खूप मोठी असते, तेव्हा इलेक्ट्रोलाइटचा घुसखोरी प्रभाव चांगला नसतो, ज्यामुळे सामग्रीची रचना आणि प्रवाहकीय घटकांचे वितरण नष्ट होऊ शकते आणि नंतर वळणाची समस्या उद्भवू शकते. त्याचप्रमाणे, लिथियम कोबालेट बॅटरी 6C वर चार्ज होते आणि 1C वर डिस्चार्ज होते आणि डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमतेवर कॉम्पॅक्शन घनतेचा प्रभाव खालीलप्रमाणे दर्शविला जातो:

चित्र

05

निर्मिती वृद्धत्व आणि इतर

कार्बन निगेटिव्ह बॅटरीसाठी, निर्मिती – वृद्धत्व ही लिथियम बॅटरीची मुख्य प्रक्रिया आहे, जी SEI च्या गुणवत्तेवर परिणाम करेल. SEI ची जाडी एकसमान नाही किंवा संरचना अस्थिर आहे, ज्यामुळे बॅटरीच्या जलद चार्जिंग क्षमतेवर आणि सायकलच्या आयुष्यावर परिणाम होईल.

वरील अनेक महत्त्वाच्या घटकांव्यतिरिक्त, सेल, चार्ज आणि डिस्चार्ज सिस्टमचे उत्पादन लिथियम बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर खूप प्रभाव पाडेल. सेवा वेळेच्या विस्तारासह, बॅटरी चार्जिंग दर माफक प्रमाणात कमी केला पाहिजे, अन्यथा ध्रुवीकरण वाढेल.

निष्कर्ष

लिथियम बॅटरीच्या जलद चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंगचे सार हे आहे की एनोड आणि कॅथोड सामग्रीमध्ये लिथियम आयन वेगाने डी-एम्बेड केले जाऊ शकतात. बॅटरीचे भौतिक गुणधर्म, प्रक्रिया डिझाइन आणि चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग सिस्टम या सर्व गोष्टी उच्च वर्तमान चार्जिंगच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करतात. एनोड आणि एनोड सामग्रीची संरचनात्मक स्थिरता स्ट्रक्चरल कोसळल्याशिवाय जलद डेलिथियम प्रक्रियेसाठी अनुकूल आहे, उच्च विद्युत् विद्युत् चार्जिंगला तोंड देण्यासाठी, सामग्रीच्या प्रसार दरामध्ये लिथियम आयन जलद आहे. आयन स्थलांतराचा वेग आणि इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर यांच्यात जुळत नसल्यामुळे, चार्जिंग आणि डिस्चार्जिंग प्रक्रियेत ध्रुवीकरण होईल, म्हणून लिथियम धातूचा वर्षाव रोखण्यासाठी आणि जीवनावर परिणाम करण्याची क्षमता कमी करण्यासाठी ध्रुवीकरण कमी केले पाहिजे.