Zgodnie z wymaganiami przyjaciół z grupy porozmawiaj o zrozumieniu szybkiego ładowania baterii litowej:

Zdjęcie

Użyj tego schematu, aby zilustrować proces ładowania akumulatora. Odcięta to czas, a rzędna to napięcie. Na początkowym etapie ładowania baterii litowej, nastąpi proces wstępnego ładowania małym prądem, a mianowicie wstępne ładowanie CC, które ma na celu stabilizację materiałów anodowych i katodowych. Następnie akumulator można ustawić na ładowanie wysokim prądem, czyli CC Fast Charge, po ustabilizowaniu się akumulatora. Wreszcie wchodzi w tryb ładowania stałego napięcia (CV). W przypadku baterii litowej system rozpoczyna ładowanie ze stałym napięciem, gdy napięcie osiągnie 4.2 V, a prąd ładowania stopniowo maleje, aż ładowanie zakończy się, gdy napięcie spadnie poniżej określonej wartości.

Podczas całego procesu obowiązują różne standardowe prądy ładowania dla różnych akumulatorów. Na przykład w przypadku produktów 3C standardowy prąd ładowania wynosi zwykle 0.1C-0.5C, podczas gdy w przypadku akumulatorów o dużej mocy standardowe ładowanie wynosi zwykle 1C. Niski prąd ładowania jest również brany pod uwagę dla bezpieczeństwa akumulatora. Powiedzmy, że w zwykłych czasach szybkie ładowanie ma wskazywać na kilkukrotnie wyższy niż standardowy prąd ładowania do dziesiątek razy.

Niektórzy twierdzą, że ładowanie baterii litowych jest jak nalewanie piwa, szybkie i szybkie napełnianie piwa, ale z dużą ilością piany. Jest powolny, powolny, ale jest dużo piwa, jest solidny. Szybkie ładowanie nie tylko oszczędza czas ładowania, ale także uszkadza samą baterię. Ze względu na zjawisko polaryzacji w akumulatorze, maksymalny prąd ładowania, jaki może przyjąć, będzie się zmniejszał wraz ze wzrostem cyklu ładowania i rozładowania. Gdy ciągłe ładowanie i prąd ładowania są duże, stężenie jonów na elektrodzie wzrasta i polaryzacja intensyfikuje się, a napięcie na zaciskach akumulatora nie może bezpośrednio odpowiadać ładunkowi/energii w proporcji liniowej. Jednocześnie ładowanie dużym prądem, wzrost rezystancji wewnętrznej będzie prowadził do nasilenia efektu cieplnego Joule’a (Q=I2Rt), wywołując reakcje uboczne, takie jak reakcja rozkładu elektrolitu, produkcja gazu oraz szereg problemów, czynnik ryzyka nagle wzrasta, ma wpływ na bezpieczeństwo baterii, żywotność baterii bez zasilania ulegnie znacznemu skróceniu.

01

Materiał anodowy

Szybki proces ładowania baterii litowej to szybka migracja i osadzanie Li+ w materiale anodowym. Rozmiar cząstek materiału katody może wpływać na czas odpowiedzi i ścieżkę dyfuzji jonów w procesie elektrochemicznym akumulatora. Według badań współczynnik dyfuzji jonów litu wzrasta wraz ze spadkiem wielkości ziarna materiału. Jednak wraz ze spadkiem wielkości cząstek materiału, podczas produkcji roztwarzania nastąpi poważna aglomeracja cząstek, co spowoduje nierównomierne rozproszenie. Jednocześnie nanocząstki zmniejszą gęstość zagęszczenia arkusza elektrody i zwiększą powierzchnię kontaktu z elektrolitem w procesie reakcji bocznej ładowania i rozładowania, wpływając na wydajność akumulatora.

Bardziej niezawodną metodą jest modyfikacja materiału elektrody dodatniej przez powlekanie. Na przykład sama przewodność LFP nie jest zbyt dobra. Pokrycie powierzchni LFP materiałem węglowym lub innymi materiałami może poprawić jego przewodność, co sprzyja poprawie wydajności szybkiego ładowania akumulatora.

02

Materiały anodowe

Szybkie ładowanie baterii litowej oznacza, że ​​jony litu mogą szybko wydostać się i „dopłynąć” do elektrody ujemnej, co wymaga, aby materiał katody miał zdolność szybkiego osadzania litu. Materiały anodowe stosowane do szybkiego ładowania baterii litowej obejmują materiał węglowy, tytanian litu i kilka innych nowych materiałów.

W przypadku materiałów węglowych jony litu są preferencyjnie osadzane w graficie pod warunkiem konwencjonalnego ładowania, ponieważ potencjał osadzania litu jest podobny do wytrącania litu. Jednak w warunkach szybkiego ładowania lub niskiej temperatury jony litu mogą wytrącać się na powierzchni i tworzyć dendryt litu. Gdy dendryt litowy przebił SEI, nastąpiła wtórna strata Li+ i zmniejszyła się pojemność baterii. Gdy metaliczny lit osiągnie określony poziom, wzrośnie od elektrody ujemnej do membrany, powodując ryzyko zwarcia akumulatora.

Jeśli chodzi o LTO, należy on do materiału anodowego zawierającego tlen „zero naprężeń”, który nie wytwarza SEI podczas pracy bateryjnej i ma silniejszą zdolność wiązania z jonem litu, który może spełnić wymagania szybkiego ładowania i uwalniania. Jednocześnie, ponieważ SEI nie może powstać, materiał anodowy będzie bezpośrednio stykał się z elektrolitem, co sprzyja występowaniu reakcji ubocznych. Problemu wytwarzania gazu akumulatorowego LTO nie da się rozwiązać i można go złagodzić jedynie poprzez modyfikację powierzchni.

03

Ciecz elektrody

Jak wspomniano powyżej, w procesie szybkiego ładowania, ze względu na niespójność szybkości migracji jonów litu i szybkości przenoszenia elektronów, akumulator będzie miał dużą polaryzację. Tak więc, aby zminimalizować negatywną reakcję spowodowaną polaryzacją akumulatora, do opracowania elektrolitu potrzebne są następujące trzy punkty: 1, sól elektrolitu o wysokiej dysocjacji; 2, kompozyt rozpuszczalnikowy – niższa lepkość; 3, kontrola interfejsu – niższa impedancja membrany.

04

Związek między technologią produkcji a szybkim napełnianiem

Wcześniej analizowano wymagania i wpływy szybkiego napełniania z trzech kluczowych materiałów, takich jak materiały elektrod dodatnich i ujemnych oraz ciecz elektrodowa. Poniżej przedstawiono projekt procesu, który ma stosunkowo duży wpływ. Parametry technologiczne produkcji baterii bezpośrednio wpływają na odporność na migrację jonów litu w każdej części baterii przed i po uruchomieniu baterii, dlatego parametry technologiczne przygotowania baterii mają istotny wpływ na wydajność baterii litowo-jonowej.

(1) gnojowica

Z jednej strony ze względu na właściwości szlamu konieczne jest równomierne rozprowadzenie środka przewodzącego. Ponieważ środek przewodzący jest równomiernie rozłożony pomiędzy cząsteczkami substancji czynnej, może powstać bardziej jednorodna sieć przewodząca pomiędzy substancją czynną a substancją czynną i płynem kolektora, która pełni funkcję zbierania mikroprądu, zmniejszając rezystancję styku, i może poprawić szybkość ruchu elektronów. Z drugiej strony ma zapobiegać nadmiernemu rozproszeniu czynnika przewodzącego. W procesie ładowania i rozładowywania struktura krystaliczna materiałów anodowych i katodowych ulegnie zmianie, co może spowodować oderwanie się środka przewodzącego, zwiększyć rezystancję wewnętrzną akumulatora i wpłynąć na wydajność.

(2) Niezwykle częściowa gęstość

Teoretycznie akumulatory powielacza i akumulatory o dużej pojemności są niekompatybilne. Gdy gęstość polaryzacji elektrod dodatnich i ujemnych jest niska, można zwiększyć prędkość dyfuzji jonów litu i zmniejszyć opór migracji jonów i elektronów. Im mniejsza jest gęstość powierzchniowa, tym elektroda jest cieńsza, a zmiana struktury elektrody spowodowana ciągłym wprowadzaniem i uwalnianiem jonów litu podczas ładowania i rozładowywania jest również mniejsza. Jeśli jednak gęstość powierzchniowa jest zbyt niska, gęstość energii akumulatora zostanie zmniejszona, a koszt wzrośnie. Dlatego gęstość powierzchniową należy rozpatrywać kompleksowo. Poniższy rysunek jest przykładem ładowania baterii litowo-kobaltowej w 6C i rozładowywania w 1C.

Zdjęcie

(3) Konsystencja powłoki kawałka polarnego

Wcześniej, zapytał znajomy, czy skrajna niespójność częściowej gęstości będzie miała wpływ na baterię? Tutaj, nawiasem mówiąc, dla szybkiego ładowania, najważniejsza jest konsystencja płyty anodowej. Jeśli ujemna gęstość powierzchniowa nie jest jednolita, wewnętrzna porowatość żywego materiału będzie się znacznie zmieniać po walcowaniu. Różnica porowatości doprowadzi do różnicy w rozkładzie prądu wewnętrznego, co wpłynie na tworzenie i wydajność SEI na etapie tworzenia akumulatora, a ostatecznie wpłynie na wydajność szybkiego ładowania akumulatora.

(4) Gęstość zagęszczenia arkusza biegunowego

Dlaczego słupy trzeba zagęszczać? Jednym z nich jest poprawa specyficznej energii baterii, drugim jest poprawa wydajności baterii. Optymalna gęstość zagęszczenia zmienia się w zależności od materiału elektrody. Wraz ze wzrostem gęstości zagęszczenia im mniejsza porowatość arkusza elektrody, tym bliższe połączenie między cząstkami i mniejsza grubość arkusza elektrody przy tej samej gęstości powierzchniowej, dzięki czemu droga migracji jonów litu może zostać skrócona. Gdy gęstość zagęszczenia jest zbyt duża, efekt infiltracji elektrolitu nie jest dobry, co może zniszczyć strukturę materiału i rozkład czynnika przewodzącego, a później pojawi się problem z uzwojeniem. Podobnie bateria litowo-kobaltowa jest ładowana w temperaturze 6C i rozładowywana w temperaturze 1C, a wpływ gęstości zagęszczenia na pojemność właściwą rozładowania pokazano w następujący sposób:

Zdjęcie

05

Starzenie się formacji i inne

W przypadku akumulatora z ujemnym węglem, formowanie – starzenie jest kluczowym procesem akumulatora litowego, który wpłynie na jakość SEI. Grubość SEI nie jest jednolita lub struktura jest niestabilna, co wpływa na zdolność szybkiego ładowania i żywotność baterii.

Oprócz powyższych kilku ważnych czynników, duży wpływ na wydajność baterii litowej będzie miała produkcja ogniwa, układu ładowania i rozładowania. Wraz z wydłużaniem się czasu pracy należy umiarkowanie zmniejszyć szybkość ładowania akumulatora, w przeciwnym razie polaryzacja ulegnie pogorszeniu.

konkluzja

Istotą szybkiego ładowania i rozładowywania akumulatorów litowych jest to, że jony litu można szybko usunąć między materiałami anodowymi i katodowymi. Właściwości materiału, konstrukcja procesu oraz system ładowania i rozładowywania akumulatorów mają wpływ na wydajność ładowania wysokoprądowego. Stabilność strukturalna materiałów anodowych i anodowych sprzyja szybkiemu procesowi delitu bez powodowania załamania strukturalnego, jony litu w szybkości dyfuzji materiału są szybsze, aby wytrzymać ładowanie wysokim prądem. Ze względu na niedopasowanie między szybkością migracji jonów a szybkością przenoszenia elektronów, w procesie ładowania i rozładowywania wystąpi polaryzacja, dlatego należy zminimalizować polaryzację, aby zapobiec wytrącaniu metalicznego litu i zmniejszyć zdolność wpływania na żywotność.