I henhold til kravene til gruppevenner, snakk om forståelsen av hurtiglading av litiumbatteri:

Bildet

Bruk dette diagrammet for å illustrere prosessen med batterilading. Abscissen er tid og ordinaten er spenning. Ved det innledende ladestadiet av litiumbatteri vil det være en liten gjeldende forhåndsladingsprosess, nemlig CC pre-charge, som tar sikte på å stabilisere anode- og katodematerialene. Etter det kan batteriet justeres til Lading med høy strøm, nemlig CC Fast Charge, etter at batteriet er stabilt. Til slutt går den inn i konstant spennings lademodus (CV). For litiumbatteri starter systemet konstantspenningslademodus når spenningen når 4.2V, og ladestrømmen avtar gradvis til ladingen avsluttes når spenningen er lavere enn en viss verdi.

Under hele prosessen er det forskjellige standard ladestrømmer for forskjellige batterier. For eksempel, for 3C-produkter, er standard ladestrøm generelt 0.1C-0.5C, mens for batterier med høy effekt er standardladingen vanligvis 1C. Den lave ladestrømmen vurderes også for sikkerheten til batteriet. Så, si til vanlige tider hurtiglading, er det å peke på flere ganger høyere enn standard ladestrøm til titalls ganger.

Noen sier at å lade litiumbatterier er som å helle øl, raskt og fylle øl raskt, men med mye skum. Det er tregt, det er tregt, men det er mye øl, det er solid. Hurtiglading sparer ikke bare ladetid, men skader også selve batteriet. På grunn av polarisasjonsfenomenet i batteriet, vil den maksimale ladestrømmen det kan akseptere redusere med økningen av lade- og utladingssyklusen. Når den kontinuerlige ladingen og ladestrømmen er stor, øker ionekonsentrasjonen ved elektroden og polarisasjonen intensiveres, og batteripolspenningen kan ikke direkte svare til ladningen/energien i lineært forhold. Samtidig vil høy strømlading, økningen av intern motstand føre til forsterket Joule-oppvarmingseffekt (Q=I2Rt), noe som gir sidereaksjoner, som reaksjonsnedbrytning av elektrolytt, gassproduksjon og en rekke problemer, risikofaktoren øker plutselig, har en innvirkning på batterisikkerheten, vil levetiden til ikke-strømbatterier bli kraftig forkortet.

01

Anodematerialet

Den raske ladeprosessen til litiumbatterier er den raske migreringen og innebyggingen av Li+ i anodematerialet. Partikkelstørrelsen til katodematerialet kan påvirke responstiden og diffusjonsbanen til ioner i den elektrokjemiske prosessen til batteriet. I følge studier øker diffusjonskoeffisienten til litiumioner med reduksjonen av kornstørrelsen til materialet. Imidlertid, med reduksjonen av partikkelstørrelsen på materialet, vil det være alvorlig agglomerering av partikler i produksjonen av masse, noe som resulterer i ujevn spredning. Samtidig vil nanopartikler redusere komprimeringstettheten til elektrodearket, og øke kontaktområdet med elektrolytten i prosessen med lading og utladningssidereaksjon, noe som påvirker batteriets ytelse.

Den mer pålitelige metoden er å modifisere det positive elektrodematerialet ved å belegge. For eksempel er ikke selve ledningsevnen til LFP veldig god. Å belegge overflaten på LFP med karbonmateriale eller andre materialer kan forbedre ledningsevnen, noe som bidrar til å forbedre hurtigladeytelsen til batteriet.

02

Anode materialer

Hurtiglading av litiumbatteri betyr at litiumioner raskt kan komme ut og “svømme” til den negative elektroden, noe som krever at katodematerialet har evnen til raskt å bygge inn litium. Anodematerialene som brukes for hurtiglading av litiumbatterier inkluderer karbonmateriale, litiumtitanat og noen andre nye materialer.

For karbonmaterialer er litiumioner fortrinnsvis innebygd i grafitt under konvensjonell ladning fordi potensialet for litiuminnleiring er likt det for litiumutfelling. Imidlertid kan litiumioner utfelles på overflaten og danne dendrittlitium under betingelser med hurtiglading eller lav temperatur. Når dendritlitium punkterte SEI, ble Li+ sekundært tap forårsaket og batterikapasiteten ble redusert. Når litiummetallet når et visst nivå, vil det vokse fra den negative elektroden til membranen, noe som forårsaker risiko for kortslutning av batteriet.

Når det gjelder LTO, tilhører det det oksygenholdige anodematerialet “nullbelastning”, som ikke produserer SEI under batteridrift, og har sterkere bindingsevne med litiumion, som kan oppfylle kravene til hurtiglading og frigjøring. På samme tid, fordi SEI ikke kan dannes, vil anodematerialet direkte komme i kontakt med elektrolytten, noe som fremmer forekomsten av sidereaksjoner. Problemet med LTO-batterigassgenerering kan ikke løses, og kan bare lindres ved overflatemodifisering.

03

Elektrode væske

Som nevnt ovenfor, i prosessen med hurtiglading, på grunn av inkonsekvensen av litiumionmigrasjonshastighet og elektronoverføringshastighet, vil batteriet ha en stor polarisering. Så for å minimere den negative reaksjonen forårsaket av batteripolarisering, er følgende tre punkter nødvendig for å utvikle elektrolytten: 1, elektrolyttsalt med høy dissosiasjon; 2, løsemiddelkompositt – lavere viskositet; 3, grensesnittkontroll – lavere membranimpedans.

04

Forholdet mellom produksjonsteknologi og rask fylling

Før ble kravene og påvirkningene til hurtigfylling analysert fra tre nøkkelmaterialer, som positive og negative elektrodematerialer og elektrodevæske. Følgende er prosessdesignet som har relativt stor innvirkning. De teknologiske parametrene for batteriproduksjon påvirker direkte migrasjonsmotstanden til litiumioner i hver del av batteriet før og etter batteriaktivering, så de teknologiske parametrene for batteriforberedelse har en viktig innflytelse på ytelsen til litiumionbatterier.

(1) slurry

For egenskapene til slurry, på den ene siden, er det nødvendig å holde det ledende middelet jevnt fordelt. Fordi det ledende middelet er jevnt fordelt mellom partiklene til det aktive stoffet, kan det dannes et mer jevnt ledende nettverk mellom det aktive stoffet og det aktive stoffet og samlervæsken, som har som funksjon å samle mikrostrøm, redusere kontaktmotstanden, og kan forbedre bevegelseshastigheten til elektroner. På den annen side er det å forhindre overspredning av ledende middel. I lade- og utladingsprosessen vil krystallstrukturen til anode- og katodematerialer endres, noe som kan føre til avskalling av ledende middel, øke batteriets indre motstand og påvirke ytelsen.

(2) Ekstremt delvis tetthet

I teorien er multiplikatorbatterier og høykapasitetsbatterier inkompatible. Når polarisasjonstettheten til de positive og negative elektrodene er lav, kan diffusjonshastigheten til litiumioner økes, og ione- og elektronmigrasjonsmotstanden kan reduseres. Jo lavere overflatetettheten er, jo tynnere er elektroden, og endringen i elektrodestrukturen forårsaket av kontinuerlig innsetting og frigjøring av litiumioner i ladning og utladning er også mindre. Men hvis overflatetettheten er for lav, vil energitettheten til batteriet reduseres og kostnadene øke. Derfor bør overflatetettheten vurderes grundig. Følgende figur er et eksempel på litiumkobalatbatteri som lades ved 6C og utlades ved 1C.

Bildet

(3) Polar stykke belegg konsistens

Før, spurte en venn, vil ekstremt delvis tetthetsinkonsekvens ha innvirkning på batteriet? Her forresten, for rask ladeytelse, er det viktigste konsistensen til anodeplaten. Hvis den negative overflatetettheten ikke er jevn, vil den indre porøsiteten til det levende materialet variere sterkt etter valsing. Forskjellen i porøsitet vil føre til forskjellen i intern strømfordeling, noe som vil påvirke dannelsen og ytelsen til SEI i dannelsesstadiet av batteriet, og til slutt påvirke batteriets hurtigladeytelse.

(4) Komprimeringstetthet av polplate

Hvorfor må stolper komprimeres? Den ene er å forbedre den spesifikke energien til batteriet, den andre er å forbedre ytelsen til batteriet. Den optimale komprimeringstettheten varierer med elektrodematerialet. Med økningen av komprimeringstettheten, jo mindre porøsiteten til elektrodeplaten er, desto tettere er forbindelsen mellom partikler, og jo mindre tykkelsen er elektrodeplaten under samme overflatetetthet, slik at migrasjonsbanen til litiumioner kan reduseres. Når komprimeringstettheten er for stor, er infiltrasjonseffekten av elektrolytt ikke god, noe som kan ødelegge materialstrukturen og fordelingen av ledende middel, og det senere viklingsproblemet vil oppstå. På samme måte lades litiumkobalatbatteriet ved 6C og utlades ved 1C, og påvirkningen av komprimeringstetthet på utladningsspesifikk kapasitet vises som følger:

Bildet

05

Formasjon aldring og andre

For karbonnegative batterier er dannelse – aldring nøkkelprosessen til litiumbatterier, som vil påvirke kvaliteten på SEI. Tykkelsen på SEI er ikke ensartet eller strukturen er ustabil, noe som vil påvirke hurtigladekapasiteten og levetiden til batteriet.

I tillegg til de ovennevnte flere viktige faktorene, vil produksjonen av celle-, lade- og utladningssystem ha stor innvirkning på ytelsen til litiumbatterier. Med utvidet servicetid bør batteriladehastigheten reduseres moderat, ellers vil polarisasjonen bli forverret.

konklusjon

Essensen av hurtiglading og utlading av litiumbatterier er at litiumioner raskt kan fjernes mellom anode- og katodematerialer. Materialegenskapene, prosessdesignet og lade- og utladingssystemet til batterier påvirker alle ytelsen til høystrømslading. Den strukturelle stabiliteten til anode- og anodematerialer bidrar til den raske delithiumprosessen uten å forårsake strukturell kollaps, litiumioner i materialets diffusjonshastighet er raskere, for å tåle høy strømlading. På grunn av misforholdet mellom ionemigrasjonshastighet og elektronoverføringshastighet, vil polarisering forekomme i lade- og utladingsprosessen, så polarisering bør minimeres for å forhindre utfelling av litiummetall og redusere kapasiteten til å påvirke levetiden.