Согласно требованиям группы друзей, поговорим о понимании быстрой зарядки литиевых аккумуляторов:

Изображение

Используйте эту диаграмму, чтобы проиллюстрировать процесс зарядки аккумулятора. По оси абсцисс отложено время, а по оси ординат – напряжение. На начальной стадии зарядки литиевой батареи будет происходить процесс предварительной зарядки малым током, а именно предварительная зарядка CC, которая направлена ​​на стабилизацию материалов анода и катода. После этого аккумулятор можно настроить на зарядку сильным током, а именно CC Fast Charge, после того, как аккумулятор станет стабильным. Наконец, он переходит в режим зарядки с постоянным напряжением (CV). Для литиевой батареи система начинает режим зарядки с постоянным напряжением, когда напряжение достигает 4.2 В, и зарядный ток постепенно уменьшается до тех пор, пока зарядка не закончится, когда напряжение станет ниже определенного значения.

В течение всего процесса существуют разные стандартные токи зарядки для разных аккумуляторов. Например, для продуктов 3C стандартный ток зарядки обычно составляет 0.1–0.5 ° C, в то время как для аккумуляторов большой мощности стандартная зарядка обычно составляет 1C. Низкий зарядный ток также важен для безопасности аккумулятора. Так, скажем, при обычной быстрой зарядке, это означает, что ток заряда в несколько раз превышает стандартный ток заряда в десятки раз.

Некоторые люди говорят, что зарядка литиевых батарей похожа на быстрое наливание пива и быстрое наливание пива, но с большим количеством пены. Медленно, медленно, но пива много, крепко. Быстрая зарядка не только экономит время зарядки, но и повреждает сам аккумулятор. Из-за явления поляризации в аккумуляторе максимальный ток зарядки, который он может принимать, будет уменьшаться с увеличением цикла зарядки и разрядки. Когда непрерывная зарядка и зарядный ток большой, концентрация ионов на электроде увеличивается, а поляризация усиливается, и напряжение на клеммах аккумулятора не может прямо соответствовать заряду / энергии в линейной пропорции. В то же время сильноточная зарядка, увеличение внутреннего сопротивления приведет к усилению эффекта джоулева нагрева (Q = I2Rt), вызывая побочные реакции, такие как реакция разложения электролита, образование газа и ряд проблем, фактор риска внезапно увеличивается, влияет на безопасность батареи, срок службы автономной батареи значительно сокращается.

01

Материал анода

Быстрый процесс зарядки литиевой батареи – это быстрое перемещение и внедрение Li + в материал анода. Размер частиц катодного материала может влиять на время отклика и путь диффузии ионов в электрохимическом процессе батареи. Согласно исследованиям, коэффициент диффузии ионов лития увеличивается с уменьшением размера зерна материала. Однако с уменьшением размера частиц материала произойдет серьезная агломерация частиц при производстве целлюлозы, что приведет к неравномерному диспергированию. В то же время наночастицы уменьшают плотность уплотнения электродного листа и увеличивают площадь контакта с электролитом в процессе побочной реакции заряда и разряда, влияя на производительность аккумулятора.

Более надежный метод – модифицировать материал положительного электрода путем нанесения покрытия. Например, у самого LFP не очень хорошая проводимость. Покрытие поверхности LFP углеродным материалом или другими материалами может улучшить его проводимость, что способствует повышению быстродействия аккумулятора.

02

Анодные материалы

Быстрая зарядка литиевой батареи означает, что ионы лития могут быстро выйти и «плыть» к отрицательному электроду, что требует, чтобы материал катода обладал способностью быстро внедрять литий. Анодные материалы, используемые для быстрой зарядки литиевых батарей, включают углеродный материал, титанат лития и некоторые другие новые материалы.

В случае углеродных материалов ионы лития предпочтительно внедряются в графит в условиях обычной зарядки, поскольку потенциал включения лития аналогичен потенциалу осаждения лития. Однако в условиях быстрой зарядки или низкой температуры ионы лития могут осаждаться на поверхности и образовывать дендриты лития. Когда дендрит лития прокалывает SEI, это приводит к вторичным потерям Li + и снижению емкости батареи. Когда металлический литий достигает определенного уровня, он будет расти от отрицательного электрода к диафрагме, вызывая риск короткого замыкания батареи.

Что касается LTO, то он относится к кислородсодержащему анодному материалу с нулевой деформацией, который не производит SEI во время работы от батареи и имеет более сильную связывающую способность с ионами лития, что соответствует требованиям быстрой зарядки и высвобождения. В то же время, поскольку SEI не может быть сформирован, материал анода будет напрямую контактировать с электролитом, что способствует возникновению побочных реакций. Проблема генерации LTO аккумуляторного газа не может быть решена и может быть решена только путем модификации поверхности.

03

Электродная жидкость

Как упоминалось выше, в процессе быстрой зарядки из-за несоответствия скорости миграции ионов лития и скорости переноса электронов батарея будет иметь большую поляризацию. Таким образом, чтобы свести к минимуму отрицательную реакцию, вызванную поляризацией батареи, для выработки электролита необходимы следующие три точки: 1, соль электролита с высокой диссоциацией; 2, композит на основе растворителя – более низкая вязкость; 3, интерфейс управления – нижнее сопротивление мембраны.

04

Взаимосвязь технологии производства и быстрого розлива

Ранее требования и влияние быстрого заполнения были проанализированы с использованием трех основных материалов, таких как материалы положительных и отрицательных электродов и электродная жидкость. Ниже приводится структура процесса, которая имеет относительно большое влияние. Технологические параметры производства аккумуляторов напрямую влияют на сопротивление миграции ионов лития в каждой части аккумулятора до и после активации аккумулятора, поэтому технологические параметры подготовки аккумулятора имеют важное влияние на характеристики литий-ионного аккумулятора.

(1) суспензия

Для обеспечения свойств суспензии, с одной стороны, необходимо, чтобы проводящий агент был равномерно распределен. Поскольку проводящий агент равномерно распределен между частицами активного вещества, между активным веществом и активным веществом и собирающей жидкостью может быть сформирована более однородная проводящая сеть, которая выполняет функцию сбора микротока, уменьшая контактное сопротивление, и может улучшить скорость движения электронов. С другой стороны, это предотвращает чрезмерное диспергирование проводящего агента. В процессе зарядки и разрядки кристаллическая структура материалов анода и катода изменится, что может вызвать отслоение проводящего агента, увеличить внутреннее сопротивление батареи и повлиять на характеристики.

(2) Чрезвычайно частичная плотность

Теоретически аккумуляторы-умножители и аккумуляторы большой емкости несовместимы. Когда плотность поляризации положительного и отрицательного электродов низкая, скорость диффузии ионов лития может быть увеличена, а сопротивление миграции ионов и электронов может быть уменьшено. Чем ниже поверхностная плотность, тем тоньше электрод, и изменение структуры электрода, вызванное непрерывным введением и высвобождением ионов лития при заряде и разряде, также меньше. Однако, если поверхностная плотность слишком мала, удельная энергия батареи будет уменьшена, а стоимость увеличится. Поэтому следует всесторонне учитывать поверхностную плотность. На следующем рисунке показан пример зарядки литий-кобалатной батареи при 6 ° C и разрядки при 1 ° C.

Изображение

(3) Консистенция покрытия полярной детали

Раньше друг спросил, не повлияет ли крайне частичное несоответствие плотности на батарею? Здесь, кстати, для быстрой зарядки главное – это консистенция анодной пластины. Если отрицательная поверхностная плотность неоднородна, внутренняя пористость живого материала будет сильно изменяться после прокатки. Разница в пористости приведет к разнице внутреннего распределения тока, что повлияет на формирование и производительность SEI на стадии формирования батареи и, в конечном итоге, повлияет на характеристики быстрой зарядки батареи.

(4) Плотность уплотнения полюсного листа

Зачем нужно уплотнять столбы? Первый – повысить удельную энергию батареи, другой – повысить производительность батареи. Оптимальная плотность уплотнения зависит от материала электрода. С увеличением плотности уплотнения, чем меньше пористость электродного листа, тем теснее соединение между частицами и тем меньше толщина электродного листа при одинаковой поверхностной плотности, поэтому путь миграции ионов лития может быть сокращен. Когда плотность уплотнения слишком велика, эффект инфильтрации электролита не является хорошим, что может нарушить структуру материала и распределение проводящего агента, и позже возникнет проблема намотки. Точно так же литий-кобалатная батарея заряжается при 6 ° C и разряжается при 1 ° C, а влияние плотности уплотнения на удельную емкость разряда показано следующим образом:

Изображение

05

Формовочное старение и др.

Для углеродно-отрицательной батареи формирование – старение является ключевым процессом литиевой батареи, который влияет на качество SEI. Толщина SEI неоднородна или структура нестабильна, что повлияет на емкость быстрой зарядки и срок службы аккумулятора.

В дополнение к нескольким вышеупомянутым важным факторам, производство элементов, системы зарядки и разрядки будет иметь большое влияние на характеристики литиевой батареи. При продлении срока службы следует умеренно снизить скорость зарядки аккумулятора, иначе поляризация усилится.

заключение

Суть быстрой зарядки и разрядки литиевых батарей заключается в том, что ионы лития могут быстро удаляться между материалами анода и катода. Свойства материала, технологический процесс и система зарядки и разрядки аккумуляторов – все это влияет на характеристики сильноточной зарядки. Структурная стабильность анодных и анодных материалов способствует быстрому делитиевому процессу, не вызывая структурного коллапса, ионы лития в материале скорость диффузии выше, чтобы выдерживать сильноточную зарядку. Из-за несоответствия между скоростью миграции ионов и скоростью переноса электронов в процессе зарядки и разрядки будет происходить поляризация, поэтому поляризация должна быть минимизирована, чтобы предотвратить осаждение металлического лития и снизить способность влиять на срок службы.