Podľa požiadaviek priateľov skupiny hovorte o porozumení rýchleho nabíjania lítiovej batérie:

Obrázok

Tento diagram použite na znázornenie procesu nabíjania batérie. Úsečka je čas a ordináta je napätie. V počiatočnom štádiu nabíjania lítiovej batérie bude prebiehať proces predbežného nabíjania malým prúdom, konkrétne CC predbežné nabíjanie, ktorého cieľom je stabilizovať materiály anódy a katódy. Potom je možné batériu nastaviť na nabíjanie vysokým prúdom, konkrétne CC Fast Charge, keď je batéria stabilná. Nakoniec prejde do režimu nabíjania konštantným napätím (CV). V prípade lítiovej batérie systém spustí režim nabíjania konštantným napätím, keď napätie dosiahne 4.2 V a nabíjací prúd postupne klesá, až kým sa nabíjanie neskončí, keď je napätie nižšie ako určitá hodnota.

Počas celého procesu existujú rôzne štandardné nabíjacie prúdy pre rôzne batérie. Napríklad pre produkty 3C je štandardný nabíjací prúd vo všeobecnosti 0.1 až 0.5 °C, zatiaľ čo pre vysokovýkonné batérie je štandardné nabíjanie všeobecne 1C. Nízky nabíjací prúd je braný do úvahy aj kvôli bezpečnosti batérie. Takže, povedzme pri bežných časoch rýchleho nabíjania, to znamená niekoľkonásobne vyšší ako štandardný nabíjací prúd až niekoľko desiatokkrát.

Niektorí ľudia hovoria, že nabíjanie lítiových batérií je ako nalievanie piva, rýchle a rýchle plnenie piva, ale s veľkou penou. Je to pomalé, je to pomalé, ale je to veľa piva, je to pevné. Rýchle nabíjanie šetrí nielen čas nabíjania, ale poškodzuje aj samotnú batériu. V dôsledku polarizačného javu v batérii sa maximálny nabíjací prúd, ktorý môže akceptovať, zníži so zvyšujúcim sa cyklom nabíjania a vybíjania. Keď je kontinuálne nabíjanie a nabíjací prúd veľký, koncentrácia iónov na elektróde sa zvyšuje a polarizácia sa zintenzívňuje a napätie na svorke batérie nemôže priamo zodpovedať náboju/energii v lineárnom pomere. Súčasne nabíjanie vysokým prúdom, zvýšenie vnútorného odporu povedie k zosilneniu Jouleovho zahrievacieho efektu (Q=I2Rt), čo prináša vedľajšie reakcie, ako je reakčný rozklad elektrolytu, tvorba plynu a rad problémov, rizikový faktor sa náhle zvýši, má vplyv na bezpečnosť batérie, životnosť nenapájacej batérie sa výrazne skráti.

01

Materiál anódy

Proces rýchleho nabíjania lítiovej batérie je rýchla migrácia a vloženie Li+ do materiálu anódy. Veľkosť častíc katódového materiálu môže ovplyvniť čas odozvy a cestu difúzie iónov v elektrochemickom procese batérie. Podľa štúdií sa koeficient difúzie lítiových iónov zvyšuje so znižovaním veľkosti zŕn materiálu. So znižovaním veľkosti častíc materiálu však pri výrobe buničiny dôjde k vážnemu zhlukovaniu častíc, čo má za následok nerovnomernú disperziu. Nanočastice zároveň znížia hustotu zhutnenia elektródového listu a zväčšia kontaktnú plochu s elektrolytom v procese vedľajšej reakcie nabíjania a vybíjania, čo ovplyvní výkon batérie.

Spoľahlivejšou metódou je modifikácia materiálu kladnej elektródy potiahnutím. Napríklad samotná vodivosť LFP nie je príliš dobrá. Potiahnutie povrchu LFP uhlíkovým materiálom alebo inými materiálmi môže zlepšiť jeho vodivosť, čo prispieva k zlepšeniu výkonu rýchleho nabíjania batérie.

02

Anódové materiály

Rýchle nabíjanie lítiovej batérie znamená, že lítiové ióny sa môžu rýchlo dostať von a „plávať“ k zápornej elektróde, čo si vyžaduje, aby materiál katódy mal schopnosť rýchlo vložiť lítium. Anódové materiály používané na rýchle nabíjanie lítiovej batérie zahŕňajú uhlíkový materiál, titaničitan lítny a niektoré ďalšie nové materiály.

V prípade uhlíkových materiálov sú lítiové ióny prednostne zabudované do grafitu za podmienok konvenčného nabíjania, pretože potenciál uloženia lítia je podobný ako potenciál zrážania lítia. V podmienkach rýchleho nabíjania alebo nízkej teploty sa však lítiové ióny môžu vyzrážať na povrchu a vytvárať dendritické lítium. Keď dendrit lítium prerazil SEI, spôsobila sa sekundárna strata Li+ a kapacita batérie sa znížila. Keď kov lítia dosiahne určitú úroveň, prerastie zo zápornej elektródy do membrány, čo spôsobí riziko skratu batérie.

Pokiaľ ide o LTO, patrí k anódovému materiálu s „nulovým napätím“ s obsahom kyslíka, ktorý počas prevádzky batérie neprodukuje SEI a má silnejšiu väzbovú schopnosť s lítiovým iónom, ktorý môže spĺňať požiadavky na rýchle nabíjanie a uvoľňovanie. Súčasne, pretože SEI nemožno vytvoriť, materiál anódy bude priamo v kontakte s elektrolytom, čo podporuje výskyt vedľajších reakcií. Problém tvorby plynu z LTO batérie sa nedá vyriešiť a dá sa len zmierniť úpravou povrchu.

03

Elektródová kvapalina

Ako je uvedené vyššie, v procese rýchleho nabíjania bude mať batéria v dôsledku nekonzistentnosti rýchlosti migrácie lítium-iónových a rýchlosti prenosu elektrónov veľkú polarizáciu. Aby sa teda minimalizovala negatívna reakcia spôsobená polarizáciou batérie, na vývoj elektrolytu sú potrebné nasledujúce tri body: 1, soľ elektrolytu s vysokou disociáciou; 2, rozpúšťadlový kompozit – nižšia viskozita; 3, ovládanie rozhrania – nižšia impedancia membrány.

04

Vzťah medzi technológiou výroby a rýchlym plnením

Predtým boli požiadavky a vplyvy rýchleho plnenia analyzované z troch kľúčových materiálov, ako sú pozitívne a negatívne elektródové materiály a elektródová kvapalina. Nasleduje návrh procesu, ktorý má relatívne veľký vplyv. Technologické parametre výroby batérie priamo ovplyvňujú migračný odpor lítiových iónov v každej časti batérie pred a po aktivácii batérie, takže technologické parametre prípravy batérie majú významný vplyv na výkon lítium-iónovej batérie.

(1) kaša

Pre vlastnosti kaše je na jednej strane potrebné udržiavať vodivé činidlo rovnomerne rozptýlené. Pretože je vodivé činidlo rovnomerne rozdelené medzi častice účinnej látky, môže sa medzi účinnou látkou a účinnou látkou a zbernou kvapalinou vytvoriť rovnomernejšia vodivá sieť, ktorá má funkciu zberu mikroprúdu, čím sa znižuje prechodový odpor, a môže zlepšiť rýchlosť pohybu elektrónov. Na druhej strane je to zabrániť nadmernému rozptýleniu vodivého činidla. V procese nabíjania a vybíjania sa kryštálová štruktúra materiálov anódy a katódy zmení, čo môže spôsobiť odlupovanie vodivého činidla, zvýšiť vnútorný odpor batérie a ovplyvniť výkon.

(2) Mimoriadne čiastočná hustota

Teoreticky sú multiplikačné batérie a vysokokapacitné batérie nekompatibilné. Keď je hustota polarizácie kladných a záporných elektród nízka, rýchlosť difúzie lítiových iónov sa môže zvýšiť a odpor migrácie iónov a elektrónov sa môže znížiť. Čím nižšia je povrchová hustota, tým je elektróda tenšia a zmena štruktúry elektródy spôsobená kontinuálnym vkladaním a uvoľňovaním lítiových iónov pri nabíjaní a vybíjaní je tiež menšia. Ak je však povrchová hustota príliš nízka, hustota energie batérie sa zníži a náklady sa zvýšia. Preto treba plošnú hustotu posudzovať komplexne. Nasledujúci obrázok je príkladom nabíjania lítium-kobalátovej batérie pri 6 °C a vybíjania pri 1 °C.

Obrázok

(3) Konzistencia povlaku s polárnym kúskom

Predtým sa priateľ pýtal, bude mať extrémne čiastočná nekonzistentnosť hustoty vplyv na batériu? Mimochodom, pre výkon rýchleho nabíjania je hlavná konzistencia anódovej platne. Ak negatívna povrchová hustota nie je rovnomerná, vnútorná pórovitosť živého materiálu sa po valcovaní značne zmení. Rozdiel v pórovitosti povedie k rozdielu vo vnútornej distribúcii prúdu, čo ovplyvní tvorbu a výkon SEI vo fáze tvorby batérie a v konečnom dôsledku ovplyvní výkon rýchleho nabíjania batérie.

(4) Hustota zhutnenia pólového plechu

Prečo je potrebné zhutňovať stĺpy? Jedným je zlepšenie špecifickej energie batérie, druhým je zlepšenie výkonu batérie. Optimálna hustota zhutnenia sa mení v závislosti od materiálu elektródy. So zvyšujúcou sa hustotou zhutnenia, čím menšia je pórovitosť elektródového plátu, tým užšie je spojenie medzi časticami a tým menšia je hrúbka elektródového plátu pri rovnakej povrchovej hustote, takže migračná dráha lítiových iónov sa môže znížiť. Keď je hustota zhutnenia príliš veľká, infiltračný účinok elektrolytu nie je dobrý, čo môže zničiť štruktúru materiálu a distribúciu vodivého činidla a neskôr sa objaví problém s navíjaním. Podobne sa lítium-kobalátová batéria nabíja pri 6 °C a vybíja pri 1 °C a vplyv hustoty zhutnenia na špecifickú kapacitu vybíjania je znázornený nasledovne:

Obrázok

05

Starnutie formácie a iné

Pre uhlíkovú zápornú batériu je tvorba – starnutie kľúčovým procesom lítiovej batérie, ktorý ovplyvní kvalitu SEI. Hrúbka SEI nie je rovnomerná alebo štruktúra je nestabilná, čo ovplyvní kapacitu rýchleho nabíjania a životnosť batérie.

Okrem vyššie uvedených niekoľkých dôležitých faktorov bude mať výroba článku, systému nabíjania a vybíjania veľký vplyv na výkon lítiovej batérie. S predĺžením servisného času by sa mala rýchlosť nabíjania batérie mierne znížiť, inak sa polarizácia zhorší.

záver

Podstatou rýchleho nabíjania a vybíjania lítiových batérií je, že lítiové ióny môžu byť rýchlo de-zabudované medzi anódové a katódové materiály. Vlastnosti materiálu, dizajn procesu a systém nabíjania a vybíjania batérií, to všetko ovplyvňuje výkon nabíjania vysokým prúdom. Štrukturálna stabilita materiálov anódy a anódy prispieva k rýchlemu procesu delítia bez toho, aby spôsobila štrukturálny kolaps, lítiové ióny v rýchlosti difúzie materiálu sú rýchlejšie, aby odolali nabíjaniu vysokým prúdom. V dôsledku nesúladu medzi rýchlosťou migrácie iónov a rýchlosťou prenosu elektrónov dôjde k polarizácii v procese nabíjania a vybíjania, takže polarizácia by mala byť minimalizovaná, aby sa zabránilo zrážaniu kovového lítia a znížila sa schopnosť ovplyvniť životnosť.