Praat volgens de vereisten van groepsvrienden over het begrip van snel opladen van lithiumbatterijen:

De foto

Gebruik dit diagram om het proces van het opladen van de batterij te illustreren. De abscis is de tijd en de ordinaat is de spanning. In de eerste oplaadfase van de lithiumbatterij zal er een klein stroomvoorlaadproces zijn, namelijk CC-voorladen, dat tot doel heeft de anode- en kathodematerialen te stabiliseren. Daarna kan de batterij worden aangepast om te laden met hoge stroom, namelijk CC Fast Charge, nadat de batterij stabiel is. Ten slotte komt het in de laadmodus met constante spanning (CV). Voor lithiumbatterijen start het systeem de laadmodus met constante spanning wanneer de spanning 4.2 V bereikt, en de laadstroom neemt geleidelijk af totdat het opladen eindigt wanneer de spanning lager is dan een bepaalde waarde.

Tijdens het hele proces zijn er verschillende standaard laadstromen voor verschillende batterijen. Voor 3C-producten is de standaardlaadstroom bijvoorbeeld over het algemeen 0.1C-0.5C, terwijl voor krachtige batterijen de standaardlaadstroom over het algemeen 1C is. De lage laadstroom wordt ook overwogen voor de veiligheid van de batterij. Dus, zeg op gewone tijden snel opladen, het is om tientallen keren hoger te wijzen dan de standaard laadstroom.

Sommige mensen zeggen dat het opladen van lithiumbatterijen is als bier schenken, snel en snel bier vullen, maar met veel schuim. Het is traag, het is traag, maar het is veel bier, het is solide. Snel opladen bespaart niet alleen oplaadtijd, maar beschadigt ook de batterij zelf. Vanwege het polarisatieverschijnsel in de batterij, zal de maximale laadstroom die het kan accepteren afnemen met de toename van de laad- en ontlaadcyclus. Wanneer het continue opladen en de laadstroom groot zijn, neemt de ionenconcentratie aan de elektrode toe en de polarisatie intensiveert, en de spanning van de batterijklem kan niet direct lineair overeenkomen met de lading / energie. Tegelijkertijd zal het opladen met hoge stroom, de toename van de interne weerstand leiden tot een versterkt Joule-verwarmingseffect (Q = I2Rt), waardoor nevenreacties, zoals de reactie-ontleding van elektrolyt, gasproductie en een reeks problemen, de risicofactor zijn neemt plotseling toe, heeft een impact op de veiligheid van de batterij, de levensduur van een niet-stroombatterij zal aanzienlijk worden verkort.

01

Het anodemateriaal:

Het snelle oplaadproces van een lithiumbatterij is de snelle migratie en inbedding van Li+ in het anodemateriaal. De deeltjesgrootte van het kathodemateriaal kan de responstijd en het diffusiepad van ionen in het elektrochemische proces van de batterij beïnvloeden. Volgens studies neemt de diffusiecoëfficiënt van lithiumionen toe met de afname van de korrelgrootte van het materiaal. Met de afname van de deeltjesgrootte van het materiaal zal er echter een ernstige agglomeratie van deeltjes optreden bij de productie van pulp, wat resulteert in een ongelijkmatige dispersie. Tegelijkertijd verminderen nanodeeltjes de verdichtingsdichtheid van de elektrodeplaat en vergroten ze het contactoppervlak met de elektrolyt tijdens het laden en ontladen, wat de prestaties van de batterij beïnvloedt.

De betrouwbaardere methode is om het positieve elektrodemateriaal te modificeren door te coaten. De geleidbaarheid van LFP zelf is bijvoorbeeld niet erg goed. Door het oppervlak van LFP te coaten met koolstofmateriaal of andere materialen, kan de geleidbaarheid worden verbeterd, wat bevorderlijk is voor het verbeteren van de snellaadprestaties van de batterij.

02

anode materialen

Snel opladen van lithiumbatterijen betekent dat lithiumionen snel naar buiten kunnen komen en naar de negatieve elektrode kunnen “zwemmen”, waarvoor het kathodemateriaal het vermogen moet hebben om lithium snel in te bedden. De anodematerialen die worden gebruikt voor het snel opladen van lithiumbatterijen omvatten koolstofmateriaal, lithiumtitanaat en enkele andere nieuwe materialen.

Voor koolstofmaterialen worden lithiumionen bij voorkeur ingebed in grafiet onder de voorwaarde van conventionele oplading, omdat het potentieel van lithiuminbedding vergelijkbaar is met dat van lithiumprecipitatie. Onder de voorwaarde van snel opladen of lage temperatuur kunnen lithiumionen echter neerslaan op het oppervlak en dendrietlithium vormen. Toen dendrietlithium SEI doorboorde, werd Li+ secundair verlies veroorzaakt en werd de batterijcapaciteit verminderd. Wanneer het lithiummetaal een bepaald niveau bereikt, zal het van de negatieve elektrode naar het diafragma groeien, waardoor het risico op kortsluiting in de batterij ontstaat.

Wat LTO betreft, het behoort tot het “zero strain” zuurstofbevattende anodemateriaal, dat geen SEI produceert tijdens het gebruik van de batterij, en een sterker bindingsvermogen heeft met lithiumion, dat kan voldoen aan de vereisten van snel opladen en loslaten. Tegelijkertijd, omdat SEI niet kan worden gevormd, zal het anodemateriaal direct in contact komen met de elektrolyt, wat het optreden van nevenreacties bevordert. Het probleem van het genereren van LTO-batterijgas kan niet worden opgelost en kan alleen worden verlicht door oppervlaktemodificatie.

03

Elektrode vloeistof

Zoals hierboven vermeld, zal de batterij tijdens het snel opladen, vanwege de inconsistentie van de migratiesnelheid van lithiumionen en de overdrachtssnelheid van elektronen, een grote polarisatie hebben. Dus om de negatieve reactie veroorzaakt door batterijpolarisatie te minimaliseren, zijn de volgende drie punten nodig om de elektrolyt te ontwikkelen: 1, hoge dissociatie elektrolytzout; 2, oplosmiddelcomposiet – lagere viscositeit; 3, interfacecontrole – lagere membraanimpedantie.

04

De relatie tussen productietechnologie en snel vullen

Voorheen werden de vereisten en invloeden van snel vullen geanalyseerd van drie belangrijke materialen, zoals positieve en negatieve elektrodematerialen en elektrodevloeistof. Hieronder volgt het procesontwerp dat relatief veel impact heeft. De technologische parameters van de batterijproductie hebben rechtstreeks invloed op de migratieweerstand van lithiumionen in elk deel van de batterij voor en na de activering van de batterij, dus de technologische parameters van de batterijvoorbereiding hebben een belangrijke invloed op de prestaties van de lithium-ionbatterij.

(1) drijfmest

Voor de eigenschappen van slurry is het enerzijds noodzakelijk om het geleidende middel gelijkmatig te verspreiden. Omdat het geleidende middel gelijkmatig over de deeltjes van de werkzame stof wordt verdeeld, kan een meer uniform geleidend netwerk worden gevormd tussen de werkzame stof en de werkzame stof en de collectorvloeistof, die de functie heeft om microstroom te verzamelen, waardoor de contactweerstand wordt verminderd, en kan de bewegingssnelheid van elektronen verbeteren. Aan de andere kant is om de overmatige verspreiding van geleidend middel te voorkomen. Tijdens het laad- en ontlaadproces zal de kristalstructuur van anode- en kathodematerialen veranderen, waardoor het geleidende middel kan afpellen, de interne weerstand van de batterij kan toenemen en de prestaties kunnen worden beïnvloed.

(2) Extreem partiële dichtheid

In theorie zijn multiplier-batterijen en batterijen met hoge capaciteit niet compatibel. Wanneer de polarisatiedichtheid van de positieve en negatieve elektroden laag is, kan de diffusiesnelheid van lithiumionen worden verhoogd en kan de ion- en elektronenmigratieweerstand worden verminderd. Hoe lager de oppervlaktedichtheid, hoe dunner de elektrode, en de verandering van de elektrodestructuur veroorzaakt door het continu inbrengen en vrijgeven van lithiumionen in lading en ontlading is ook kleiner. Als de oppervlaktedichtheid echter te laag is, zal de energiedichtheid van de batterij afnemen en zullen de kosten stijgen. Daarom moet de oppervlaktedichtheid uitgebreid worden beschouwd. De volgende afbeelding is een voorbeeld van het opladen van lithiumcobalaatbatterijen bij 6C en ontladen bij 1C.

De foto

(3) Consistentie van de coating van polaire stukken

Voorheen, vroeg een vriend, zal een inconsistentie van een extreem gedeeltelijke dichtheid invloed hebben op de batterij? Trouwens, voor snelle oplaadprestaties is de belangrijkste de consistentie van de anodeplaat. Als de negatieve oppervlaktedichtheid niet uniform is, zal de interne porositeit van het levende materiaal sterk variëren na het walsen. Het verschil in porositeit zal leiden tot het verschil in interne stroomverdeling, wat de vorming en prestaties van SEI in de vormingsfase van de batterij zal beïnvloeden, en uiteindelijk de snelle oplaadprestaties van de batterij zal beïnvloeden.

(4) Verdichtingsdichtheid van poolblad

Waarom moeten palen worden verdicht? Een daarvan is om de specifieke energie van de batterij te verbeteren, de andere is om de prestaties van de batterij te verbeteren. De optimale verdichtingsdichtheid varieert met het elektrodemateriaal. Met de toename van de verdichtingsdichtheid, hoe kleiner de porositeit van de elektrodeplaat, hoe dichter de verbinding tussen deeltjes en hoe kleiner de dikte van de elektrodeplaat onder dezelfde oppervlaktedichtheid, zodat het migratiepad van lithiumionen kan worden verminderd. Wanneer de verdichtingsdichtheid te groot is, is het infiltratie-effect van elektrolyt niet goed, wat de materiaalstructuur en de distributie van geleidend middel kan vernietigen, en het latere wikkelprobleem zal optreden. Evenzo wordt de lithiumcobalaatbatterij opgeladen bij 6C en ontladen bij 1C, en de invloed van de verdichtingsdichtheid op de ontladingsspecifieke capaciteit wordt als volgt weergegeven:

De foto

05

Vorming veroudering en anderen

Voor koolstofnegatieve batterijen is vorming – veroudering het belangrijkste proces van lithiumbatterijen, wat de kwaliteit van SEI zal beïnvloeden. De dikte van SEI is niet uniform of de structuur is onstabiel, wat de snelle oplaadcapaciteit en levensduur van de batterij beïnvloedt.

Naast de bovengenoemde verschillende belangrijke factoren, zal de productie van het cel-, laad- en ontlaadsysteem een ​​grote invloed hebben op de prestaties van lithiumbatterijen. Met de verlenging van de servicetijd moet de oplaadsnelheid van de batterij enigszins worden verlaagd, anders wordt de polarisatie verergerd.

conclusie

De essentie van snel opladen en ontladen van lithiumbatterijen is dat lithiumionen snel kunnen worden losgemaakt tussen anode- en kathodematerialen. De materiaaleigenschappen, het procesontwerp en het laad- en ontlaadsysteem van batterijen hebben allemaal invloed op de prestaties van laden met hoge stroomsterkte. De structurele stabiliteit van anode- en anodematerialen is bevorderlijk voor het snelle delithiumproces zonder structurele ineenstorting te veroorzaken, lithiumionen in de materiaaldiffusiesnelheid zijn sneller om hoge stroomladingen te weerstaan. Vanwege de mismatch tussen ionmigratiesnelheid en elektronenoverdrachtssnelheid, zal polarisatie optreden in het laad- en ontlaadproces, dus polarisatie moet worden geminimaliseerd om de precipitatie van lithiummetaal te voorkomen en het vermogen om de levensduur te beïnvloeden te verminderen.