Sipas kërkesave të miqve të grupit, flisni për të kuptuarit e karikimit të shpejtë të baterisë së litiumit:

Piktura

Përdoreni këtë diagram për të ilustruar procesin e karikimit të baterisë. Abshisa është koha dhe ordinata është tension. Në fazën fillestare të karikimit të baterisë së litiumit, do të ketë një proces të vogël para-karikimi aktual, përkatësisht para-karikimin CC, i cili synon të stabilizojë materialet e anodës dhe katodës. Pas kësaj, bateria mund të rregullohet në karikimin me rrymë të lartë, përkatësisht CC Fast Charge, pasi bateria të jetë e qëndrueshme. Më në fund, ai hyn në modalitetin e ngarkimit të tensionit konstant (CV). Për bateritë e litiumit, sistemi fillon modalitetin e karikimit të tensionit konstant kur voltazhi arrin 4.2 V dhe rryma e karikimit zvogëlohet gradualisht derisa karikimi të përfundojë kur voltazhi është më i ulët se një vlerë e caktuar.

Gjatë gjithë procesit, ka rryma të ndryshme standarde të karikimit për bateri të ndryshme. Për shembull, për produktet 3C, rryma standarde e karikimit është përgjithësisht 0.1C-0.5C, ndërsa për bateritë me fuqi të lartë, karikimi standard është përgjithësisht 1C. Rryma e ulët e karikimit konsiderohet gjithashtu për sigurinë e baterisë. Pra, le të themi në kohë të zakonshme të ngarkimit të shpejtë, duhet të tregohet disa herë më e lartë se rryma standarde e karikimit në dhjetëra herë.

Disa njerëz thonë se karikimi i baterive të litiumit është si të derdhësh birrën, shpejt dhe të mbushësh birrën shpejt, por me shumë shkumë. Është i ngadalshëm, është i ngadalshëm, por është shumë birrë, është solid. Karikimi i shpejtë jo vetëm që kursen kohën e karikimit, por edhe dëmton vetë baterinë. Për shkak të fenomenit të polarizimit në bateri, rryma maksimale e karikimit që mund të pranojë do të ulet me rritjen e ciklit të ngarkimit dhe shkarkimit. Kur ngarkimi i vazhdueshëm dhe rryma e karikimit është e madhe, përqendrimi i joneve në elektrodë rritet dhe polarizimi intensifikohet, dhe tensioni i terminalit të baterisë nuk mund të korrespondojë drejtpërdrejt me ngarkesën/energjinë në një proporcion linear. Në të njëjtën kohë, ngarkimi i lartë i rrymës, rritja e rezistencës së brendshme do të çojë në intensifikimin e efektit të ngrohjes Joule (Q=I2Rt), duke sjellë reaksione anësore, si dekompozimi i reaksionit të elektrolitit, prodhimi i gazit dhe një sërë problemesh, faktor rreziku. rritet papritmas, ka një ndikim në sigurinë e baterisë, jeta e baterisë pa energji do të shkurtohet shumë.

01

Materiali i anodës

Procesi i shpejtë i karikimit të baterisë së litiumit është migrimi dhe futja e shpejtë e Li+ në materialin anodë. Madhësia e grimcave të materialit katodë mund të ndikojë në kohën e përgjigjes dhe rrugën e difuzionit të joneve në procesin elektrokimik të baterisë. Sipas studimeve, koeficienti i difuzionit të joneve të litiumit rritet me zvogëlimin e madhësisë së kokrrizave të materialit. Megjithatë, me zvogëlimin e madhësisë së grimcave të materialit, do të ketë grumbullim serioz të grimcave në prodhimin e pulpingut, duke rezultuar në shpërndarje të pabarabartë. Në të njëjtën kohë, nanogrimcat do të zvogëlojnë densitetin e ngjeshjes së fletës së elektrodës dhe do të rrisin zonën e kontaktit me elektrolitin në procesin e reagimit anësor të ngarkimit dhe shkarkimit, duke ndikuar në performancën e baterisë.

Metoda më e besueshme është modifikimi i materialit të elektrodës pozitive me veshje. Për shembull, përçueshmëria e vetë LFP nuk është shumë e mirë. Veshja e sipërfaqes së LFP me materiale karboni ose materiale të tjera mund të përmirësojë përçueshmërinë e saj, e cila është e favorshme për përmirësimin e performancës së karikimit të shpejtë të baterisë.

02

Materialet e anodës

Ngarkimi i shpejtë i baterisë së litiumit do të thotë që jonet e litiumit mund të dalin shpejt dhe të “notojnë” drejt elektrodës negative, gjë që kërkon që materiali i katodës të ketë aftësinë e ngulitjes së shpejtë të litiumit. Materialet anode të përdorura për ngarkimin e shpejtë të baterisë së litiumit përfshijnë materialin e karbonit, titanatin e litiumit dhe disa materiale të tjera të reja.

Për materialet e karbonit, jonet e litiumit futen në mënyrë preferenciale në grafit nën kushtet e karikimit konvencional, sepse potenciali i futjes së litiumit është i ngjashëm me atë të reshjeve të litiumit. Megjithatë, në kushtet e karikimit të shpejtë ose temperaturës së ulët, jonet e litiumit mund të precipitojnë në sipërfaqe dhe të formojnë litium dendrit. Kur litiumi dendrit shpoi SEI, u shkaktua humbja sekondare e Li+ dhe kapaciteti i baterisë u zvogëlua. Kur metali i litiumit arrin një nivel të caktuar, ai do të rritet nga elektroda negative në diafragmë, duke shkaktuar rrezikun e qarkut të shkurtër të baterisë.

Për sa i përket LTO, ai i përket materialit anod me përmbajtje oksigjeni “zero”, i cili nuk prodhon SEI gjatë funksionimit të baterisë dhe ka aftësi më të fortë lidhëse me jonin litium, i cili mund të plotësojë kërkesat e ngarkimit dhe lëshimit të shpejtë. Në të njëjtën kohë, për shkak se SEI nuk mund të formohet, materiali i anodës do të kontaktojë drejtpërdrejt me elektrolitin, gjë që nxit shfaqjen e reaksioneve anësore. Problemi i gjenerimit të gazit të baterive LTO nuk mund të zgjidhet dhe mund të lehtësohet vetëm me modifikimin e sipërfaqes.

03

Lëng elektrodë

Siç u përmend më lart, në procesin e karikimit të shpejtë, për shkak të mospërputhjes së shkallës së migrimit të joneve të litiumit dhe shkallës së transferimit të elektroneve, bateria do të ketë një polarizim të madh. Pra, për të minimizuar reaksionin negativ të shkaktuar nga polarizimi i baterisë, nevojiten tre pikat e mëposhtme për të zhvilluar elektrolitin: 1, kripa e elektrolitit me disociim të lartë; 2, përbërje tretës – viskozitet më i ulët; 3, kontrolli i ndërfaqes – rezistencë më e ulët e membranës.

04

Marrëdhënia midis teknologjisë së prodhimit dhe mbushjes së shpejtë

Më parë, kërkesat dhe ndikimet e mbushjes së shpejtë u analizuan nga tre materiale kryesore, si materialet e elektrodës pozitive dhe negative dhe lëngu i elektrodës. Më poshtë është dizajni i procesit që ka një ndikim relativisht të madh. Parametrat teknologjikë të prodhimit të baterisë ndikojnë drejtpërdrejt në rezistencën e migrimit të joneve të litiumit në secilën pjesë të baterisë para dhe pas aktivizimit të baterisë, kështu që parametrat teknologjikë të përgatitjes së baterisë kanë një ndikim të rëndësishëm në performancën e baterisë së joneve të litiumit.

(1) slurry

Për vetitë e slurit, nga njëra anë, është e nevojshme të mbahet agjenti përcjellës i shpërndarë në mënyrë të barabartë. Për shkak se agjenti përcjellës shpërndahet në mënyrë të barabartë midis grimcave të substancës aktive, mund të krijohet një rrjet përcjellës më uniform midis substancës aktive dhe substancës aktive dhe lëngut kolektor, i cili ka funksionin e mbledhjes së mikrorrymës, duke zvogëluar rezistencën e kontaktit. dhe mund të përmirësojë shpejtësinë e lëvizjes së elektroneve. Nga ana tjetër është për të parandaluar mbi-shpërndarjen e agjentit përçues. Në procesin e karikimit dhe shkarkimit, struktura kristalore e materialeve të anodës dhe katodës do të ndryshojë, gjë që mund të shkaktojë qërimin e agjentit përçues, të rrisë rezistencën e brendshme të baterisë dhe të ndikojë në performancën.

(2) Dendësi jashtëzakonisht e pjesshme

Në teori, bateritë e shumëzuesit dhe bateritë me kapacitet të lartë janë të papajtueshme. Kur densiteti i polarizimit të elektrodave pozitive dhe negative është i ulët, shpejtësia e difuzionit të joneve të litiumit mund të rritet dhe rezistenca e migrimit të joneve dhe elektroneve mund të reduktohet. Sa më i ulët të jetë densiteti i sipërfaqes, aq më e hollë është elektroda, dhe ndryshimi i strukturës së elektrodës i shkaktuar nga futja dhe lirimi i vazhdueshëm i joneve të litiumit në ngarkim dhe shkarkim është gjithashtu më i vogël. Megjithatë, nëse densiteti i sipërfaqes është shumë i ulët, densiteti i energjisë së baterisë do të reduktohet dhe kostoja do të rritet. Prandaj, dendësia e sipërfaqes duhet të merret parasysh në mënyrë gjithëpërfshirëse. Figura e mëposhtme është një shembull i ngarkimit të baterisë së kobalatit të litiumit në 6C dhe shkarkimit në 1C.

Piktura

(3) Konsistenca e veshjes së pjesës polare

Më parë, një mik pyeti, a do të ketë një ndikim në baterinë mospërputhja jashtëzakonisht e pjesshme e densitetit? Këtu nga rruga, për performancën e ngarkimit të shpejtë, kryesorja është konsistenca e pllakës së anodës. Nëse dendësia negative e sipërfaqes nuk është uniforme, poroziteti i brendshëm i materialit të gjallë do të ndryshojë shumë pas rrotullimit. Dallimi i porozitetit do të çojë në diferencën e shpërndarjes së brendshme të rrymës, e cila do të ndikojë në formimin dhe performancën e SEI në fazën e formimit të baterisë dhe në fund do të ndikojë në performancën e karikimit të shpejtë të baterisë.

(4) Dendësia e ngjeshjes së fletës së shtyllës

Pse shtyllat duhet të kompaktohen? Njëra është të përmirësoni energjinë specifike të baterisë, tjetra është të përmirësoni performancën e baterisë. Dendësia optimale e ngjeshjes ndryshon me materialin e elektrodës. Me rritjen e densitetit të ngjeshjes, sa më i vogël të jetë poroziteti i fletës së elektrodës, aq më e ngushtë është lidhja midis grimcave dhe aq më e vogël është trashësia e fletës së elektrodës nën të njëjtën densitet sipërfaqësor, kështu që rruga e migrimit të joneve të litiumit mund të reduktohet. Kur densiteti i ngjeshjes është shumë i madh, efekti i infiltrimit të elektrolitit nuk është i mirë, gjë që mund të shkatërrojë strukturën e materialit dhe shpërndarjen e agjentit përçues dhe do të ndodhë problemi i mëvonshëm i mbështjelljes. Në mënyrë të ngjashme, bateria e kobalatit të litiumit ngarkohet në 6C dhe shkarkohet në 1C, dhe ndikimi i densitetit të ngjeshjes në kapacitetin specifik të shkarkimit tregohet si më poshtë:

Piktura

05

Formimi i plakjes dhe të tjerët

Për bateritë negative të karbonit, formimi – plakja është procesi kryesor i baterisë së litiumit, i cili do të ndikojë në cilësinë e SEI. Trashësia e SEI nuk është uniforme ose struktura është e paqëndrueshme, gjë që do të ndikojë në kapacitetin e ngarkimit të shpejtë dhe jetën e ciklit të baterisë.

Përveç disa faktorëve të rëndësishëm të mësipërm, prodhimi i qelizave, sistemit të karikimit dhe shkarkimit do të ketë një ndikim të madh në performancën e baterisë së litiumit. Me zgjatjen e kohës së shërbimit, shkalla e karikimit të baterisë duhet të ulet mesatarisht, përndryshe polarizimi do të përkeqësohet.

përfundim

Thelbi i karikimit dhe shkarkimit të shpejtë të baterive të litiumit është se jonet e litiumit mund të zhyten me shpejtësi midis materialeve të anodës dhe katodës. Karakteristikat e materialit, dizajni i procesit dhe sistemi i karikimit dhe shkarkimit të baterive ndikojnë të gjitha në performancën e karikimit me rrymë të lartë. Stabiliteti strukturor i materialeve të anodës dhe anodës është i favorshëm për procesin e shpejtë të delitiumit pa shkaktuar kolaps strukturor, jonet e litiumit në shkallën e difuzionit të materialit janë më të shpejta, në mënyrë që t’i rezistojnë ngarkimit të lartë të rrymës. Për shkak të mospërputhjes midis shpejtësisë së migrimit të joneve dhe shkallës së transferimit të elektroneve, polarizimi do të ndodhë në procesin e ngarkimit dhe shkarkimit, kështu që polarizimi duhet të minimizohet për të parandaluar reshjet e metalit të litiumit dhe për të zvogëluar kapacitetin për të ndikuar në jetë.