În conformitate cu cerințele prietenilor grupului, vorbiți despre înțelegerea încărcării rapide a bateriei cu litiu:

Fotografia

Utilizați această diagramă pentru a ilustra procesul de încărcare a bateriei. Abscisa este timpul și ordonata este tensiunea. La etapa inițială de încărcare a bateriei cu litiu, va exista un mic proces de preîncărcare curent, și anume preîncărcare CC, care are ca scop stabilizarea materialelor anodului și catodic. După aceea, bateria poate fi reglată la Încărcare cu curent mare, și anume CC Fast Charge, după ce bateria este stabilă. În cele din urmă, intră în modul de încărcare cu tensiune constantă (CV). Pentru bateria cu litiu, sistemul pornește modul de încărcare cu tensiune constantă când tensiunea atinge 4.2 V, iar curentul de încărcare scade treptat până când încărcarea se termină când tensiunea este mai mică decât o anumită valoare.

Pe parcursul întregului proces, există diferiți curenți de încărcare standard pentru diferite baterii. De exemplu, pentru produsele 3C, curentul standard de încărcare este în general 0.1C-0.5C, în timp ce pentru bateriile de mare putere, încărcarea standard este în general 1C. Curentul de încărcare scăzut este, de asemenea, luat în considerare pentru siguranța bateriei. Deci, să spunem la încărcare rapidă obișnuită, este de a indica de câteva ori mai mare decât curentul de încărcare standard de zeci de ori.

Unii oameni spun că încărcarea bateriilor cu litiu este ca și cum ai turna bere, rapid și a umple berea rapid, dar cu multă spumă. E lent, e lent, dar e multă bere, e solidă. Încărcarea rapidă nu numai că economisește timpul de încărcare, dar deteriorează și bateria în sine. Datorită fenomenului de polarizare din baterie, curentul maxim de încărcare pe care îl poate accepta va scădea odată cu creșterea ciclului de încărcare și descărcare. Când încărcarea continuă și curentul de încărcare este mare, concentrația de ioni la electrod crește și polarizarea se intensifică, iar tensiunea la borna bateriei nu poate corespunde direct cu sarcina/energia într-o proporție liniară. În același timp, încărcarea cu curent ridicat, creșterea rezistenței interne va duce la intensificarea efectului de încălzire Joule (Q=I2Rt), aducând reacții secundare, cum ar fi reacția de descompunere a electrolitului, producția de gaz și o serie de probleme, factorul de risc crește brusc, are un impact asupra siguranței bateriei, durata de viață a bateriei fără putere va fi mult scurtată.

01

Materialul anodului

Procesul de încărcare rapidă a bateriei cu litiu este migrarea rapidă și încorporarea Li+ în materialul anodului. Dimensiunea particulelor materialului catodului poate afecta timpul de răspuns și calea de difuzie a ionilor în procesul electrochimic al bateriei. Conform studiilor, coeficientul de difuzie al ionilor de litiu crește odată cu scăderea granulei materialului. Cu toate acestea, odată cu scăderea dimensiunii particulelor de material, va exista o aglomerare serioasă de particule în producția de pastă, rezultând o dispersie neuniformă. În același timp, nanoparticulele vor reduce densitatea de compactare a foii electrodului și vor crește aria de contact cu electrolitul în procesul de reacție laterală de încărcare și descărcare, afectând performanța bateriei.

Metoda mai fiabilă este modificarea materialului electrodului pozitiv prin acoperire. De exemplu, conductivitatea LFP în sine nu este foarte bună. Acoperirea suprafeței LFP cu material de carbon sau alte materiale poate îmbunătăți conductivitatea acestuia, ceea ce este propice pentru îmbunătățirea performanței de încărcare rapidă a bateriei.

02

Materiale anodice

Încărcarea rapidă a bateriei cu litiu înseamnă că ionii de litiu pot ieși rapid și „înota” către electrodul negativ, ceea ce necesită ca materialul catodic să aibă capacitatea de a încorpora rapid litiu. Materialele anodice utilizate pentru încărcarea rapidă a bateriei cu litiu includ material de carbon, titanat de litiu și alte materiale noi.

Pentru materialele de carbon, ionii de litiu sunt încorporați de preferință în grafit în condițiile încărcării convenționale, deoarece potențialul de încorporare a litiului este similar cu cel al precipitației litiului. Cu toate acestea, în condițiile încărcării rapide sau temperaturii scăzute, ionii de litiu pot precipita la suprafață și pot forma litiu dendrit. Când dendrita litiu a perforat SEI, a fost cauzată pierderea secundară Li+ și capacitatea bateriei a fost redusă. Când metalul de litiu atinge un anumit nivel, acesta va crește de la electrodul negativ la diafragmă, provocând riscul de scurtcircuit al bateriei.

În ceea ce privește LTO, acesta aparține materialului anodic care conține oxigen „zero deformare”, care nu produce SEI în timpul funcționării bateriei și are o capacitate de legare mai puternică cu ionul de litiu, care poate îndeplini cerințele de încărcare și eliberare rapidă. În același timp, deoarece SEI nu se poate forma, materialul anodului va intra direct în contact cu electrolitul, ceea ce favorizează apariția reacțiilor secundare. Problema generării de gaz a bateriei LTO nu poate fi rezolvată și poate fi atenuată doar prin modificarea suprafeței.

03

Electrod lichid

După cum sa menționat mai sus, în procesul de încărcare rapidă, din cauza inconsecvenței ratei de migrare a ionilor de litiu și a ratei de transfer de electroni, bateria va avea o polarizare mare. Deci, pentru a minimiza reacția negativă cauzată de polarizarea bateriei, sunt necesare următoarele trei puncte pentru a dezvolta electrolitul: 1, sare electrolit cu disociere mare; 2, compozit solvent – ​​vâscozitate mai mică; 3, controlul interfeței – impedanță mai mică a membranei.

04

Relația dintre tehnologia de producție și umplerea rapidă

Înainte, cerințele și influențele umplerii rapide au fost analizate din trei materiale cheie, cum ar fi materialele pentru electrozi pozitivi și negativi și lichidul pentru electrozi. Următorul este designul procesului care are un impact relativ mare. Parametrii tehnologici ai producției bateriei afectează în mod direct rezistența la migrare a ionilor de litiu în fiecare parte a bateriei înainte și după activarea bateriei, astfel încât parametrii tehnologici ai pregătirii bateriei au o influență importantă asupra performanței bateriei cu ioni de litiu.

(1) șlam

Pentru proprietățile șlamului, pe de o parte, este necesar să se mențină dispersarea uniformă a agentului conductor. Deoarece agentul conductor este distribuit uniform între particulele substanței active, se poate forma o rețea conductivă mai uniformă între substanța activă și substanța activă și fluidul colector, care are funcția de a colecta microcurent, reducând rezistența de contact, și poate îmbunătăți viteza de mișcare a electronilor. Pe de altă parte, este de a preveni supra-dispersia agentului conductor. În procesul de încărcare și descărcare, structura cristalină a materialelor anodului și catodic se va schimba, ceea ce poate cauza decojirea agentului conductor, crește rezistența internă a bateriei și poate afecta performanța.

(2) Densitate extrem de parțială

În teorie, bateriile multiplicatoare și bateriile de mare capacitate sunt incompatibile. Când densitatea de polarizare a electrozilor pozitivi și negativi este scăzută, viteza de difuzie a ionilor de litiu poate fi crescută, iar rezistența la migrarea ionilor și electronilor poate fi redusă. Cu cât densitatea suprafeței este mai mică, cu atât electrodul este mai subțire, iar modificarea structurii electrodului cauzată de introducerea și eliberarea continuă a ionilor de litiu în sarcină și descărcare este, de asemenea, mai mică. Cu toate acestea, dacă densitatea suprafeței este prea mică, densitatea de energie a bateriei va fi redusă și costul va crește. Prin urmare, densitatea suprafeței trebuie luată în considerare cuprinzător. Următoarea figură este un exemplu de încărcare a bateriei cu cobalat de litiu la 6C și descărcare la 1C.

Fotografia

(3) Consistența acoperirii piesei polare

Înainte, a întrebat un prieten, inconsistența extrem de parțială a densității va avea un impact asupra bateriei? Aici, apropo, pentru performanța de încărcare rapidă, principalul este consistența plăcii anodului. Dacă densitatea negativă a suprafeței nu este uniformă, porozitatea internă a materialului viu va varia foarte mult după rulare. Diferența de porozitate va duce la diferența de distribuție internă a curentului, care va afecta formarea și performanța SEI în stadiul de formare a bateriei și, în cele din urmă, va afecta performanța de încărcare rapidă a bateriei.

(4) Densitatea de compactare a foii de stâlp

De ce stâlpii trebuie compactați? Una este de a îmbunătăți energia specifică a bateriei, cealaltă este de a îmbunătăți performanța bateriei. Densitatea optimă de compactare variază în funcție de materialul electrodului. Odată cu creșterea densității de compactare, cu cât porozitatea foii electrodului este mai mică, cu atât conexiunea dintre particule este mai strânsă și grosimea foii electrodului sub aceeași densitate a suprafeței este mai mică, astfel încât calea de migrare a ionilor de litiu poate fi redusă. Când densitatea de compactare este prea mare, efectul de infiltrare al electrolitului nu este bun, ceea ce poate distruge structura materialului și distribuția agentului conductiv și va apărea o problemă ulterioară a înfășurării. În mod similar, bateria cu litiu cobalat este încărcată la 6C și descărcată la 1C, iar influența densității de compactare asupra capacității specifice de descărcare este prezentată după cum urmează:

Fotografia

05

Îmbătrânirea formării și altele

Pentru bateriile cu carbon negativ, formarea – îmbătrânirea este procesul cheie al bateriei cu litiu, care va afecta calitatea SEI. Grosimea SEI nu este uniformă sau structura este instabilă, ceea ce va afecta capacitatea de încărcare rapidă și durata de viață a bateriei.

În plus față de cei mai mulți factori importanți de mai sus, producția de celule, sistemul de încărcare și descărcare va avea un impact mare asupra performanței bateriei cu litiu. Odată cu prelungirea timpului de serviciu, rata de încărcare a bateriei ar trebui redusă moderat, altfel polarizarea va fi agravată.

concluzie

Esența încărcării și descărcării rapide a bateriilor cu litiu este aceea că ionii de litiu pot fi dezintegrați rapid între materialele anodului și catodic. Proprietățile materialului, proiectarea procesului și sistemul de încărcare și descărcare ale bateriilor afectează toate performanța încărcării cu curent ridicat. Stabilitatea structurală a materialelor anodului și anodului este favorabilă procesului rapid de delitiu fără a provoca colaps structural, ionii de litiu în rata de difuzie a materialului este mai rapidă, pentru a rezista la încărcarea cu curent ridicat. Datorită nepotrivirii dintre viteza de migrare a ionilor și rata de transfer de electroni, polarizarea va avea loc în procesul de încărcare și descărcare, astfel încât polarizarea ar trebui să fie redusă la minimum pentru a preveni precipitarea metalului de litiu și pentru a reduce capacitatea de a afecta viața.