Enligt kraven från gruppvänner, prata om förståelsen av litiumbatteri snabbladdning:

Bilden

Använd detta diagram för att illustrera processen för batteriladdning. Abskissan är tid och ordinatan är spänning. I det inledande laddningsskedet av litiumbatteri kommer det att finnas en liten strömförladdningsprocess, nämligen CC-förladdning, som syftar till att stabilisera anod- och katodmaterialen. Därefter kan batteriet justeras till Charge med hög ström, nämligen CC Fast Charge, efter att batteriet är stabilt. Slutligen går den in i konstantspänningsladdningsläget (CV). För litiumbatterier startar systemet konstant spänningsladdningsläge när spänningen når 4.2V, och laddningsströmmen minskar gradvis tills laddningen avslutas när spänningen är lägre än ett visst värde.

Under hela processen finns det olika standardladdningsströmmar för olika batterier. Till exempel, för 3C-produkter är standardladdningsströmmen vanligtvis 0.1C-0.5C, medan standardladdningen för högeffektsbatterier i allmänhet är 1C. Den låga laddningsströmmen beaktas också för batteriets säkerhet. Så, säg vid vanliga tider snabbladdning, är det att peka på flera gånger högre än standardladdningsström till tiotals gånger.

Vissa säger att att ladda litiumbatterier är som att hälla upp öl, snabbt och fylla öl snabbt, men med mycket skum. Det är långsamt, det är långsamt, men det är mycket öl, det är fast. Snabbladdning sparar inte bara laddningstid, utan skadar också själva batteriet. På grund av polarisationsfenomenet i batteriet kommer den maximala laddningsström som det kan acceptera att minska med ökningen av laddnings- och urladdningscykeln. När den kontinuerliga laddningen och laddningsströmmen är stor ökar jonkoncentrationen vid elektroden och polariseringen intensifieras och batteripolspänningen kan inte direkt motsvara laddningen/energin i linjär proportion. Samtidigt kommer hög strömladdning, ökningen av det interna motståndet att leda till en intensifierad Joule-värmeeffekt (Q=I2Rt), vilket ger sidoreaktioner, såsom reaktionsnedbrytning av elektrolyt, gasproduktion och en rad problem, riskfaktorn ökar plötsligt, har en inverkan på batterisäkerheten, kommer livslängden för icke-strömbatteri att förkortas avsevärt.

01

Anodmaterialet

Den snabba laddningsprocessen för litiumbatterier är den snabba migreringen och inbäddningen av Li+ i anodmaterialet. Katodmaterialets partikelstorlek kan påverka reaktionstiden och diffusionsvägen för joner i batteriets elektrokemiska process. Enligt studier ökar diffusionskoefficienten för litiumjoner med minskningen av materialets kornstorlek. Med minskningen av materialets partikelstorlek kommer det emellertid att uppstå allvarlig agglomerering av partiklar vid framställning av massa, vilket resulterar i ojämn spridning. Samtidigt kommer nanopartiklar att minska komprimeringsdensiteten hos elektrodskiktet och öka kontaktytan med elektrolyten under laddnings- och urladdningssidans reaktion, vilket påverkar batteriets prestanda.

Den mer tillförlitliga metoden är att modifiera det positiva elektrodmaterialet genom beläggning. Till exempel är konduktiviteten för LFP i sig inte särskilt bra. Att belägga ytan på LFP med kolmaterial eller andra material kan förbättra dess ledningsförmåga, vilket bidrar till att förbättra batteriets snabbladdningsprestanda.

02

Anodmaterial

Snabb laddning av litiumbatteri gör att litiumjoner snabbt kan komma ut och “simma” till den negativa elektroden, vilket kräver att katodmaterialet har förmågan att snabbt bädda in litium. Anodmaterialen som används för snabbladdning av litiumbatterier inkluderar kolmaterial, litiumtitanat och några andra nya material.

För kolmaterial är litiumjoner företrädesvis inbäddade i grafit under villkoren för konventionell laddning eftersom potentialen för litiuminbäddning liknar den för litiumutfällning. Men under tillstånd av snabb laddning eller låg temperatur kan litiumjoner fällas ut på ytan och bilda dendritlitium. När dendrit litium punkterade SEI orsakades Li+ sekundär förlust och batterikapaciteten reducerades. När litiummetallen når en viss nivå kommer den att växa från den negativa elektroden till membranet, vilket medför risk för batterikortslutning.

När det gäller LTO tillhör det det syrehaltiga anodmaterialet “zero strain”, som inte producerar SEI under batteridrift, och har starkare bindningsförmåga med litiumjon, som kan uppfylla kraven på snabb laddning och frisättning. Samtidigt, eftersom SEI inte kan bildas, kommer anodmaterialet direkt i kontakt med elektrolyten, vilket främjar uppkomsten av sidoreaktioner. Problemet med LTO-batterigasgenerering kan inte lösas och kan endast lindras genom ytmodifiering.

03

Elektrodvätska

Som nämnts ovan, i processen med snabb laddning, på grund av inkonsekvensen av litiumjonmigreringshastighet och elektronöverföringshastighet, kommer batteriet att ha en stor polarisering. Så för att minimera den negativa reaktionen som orsakas av batteripolarisering behövs följande tre punkter för att utveckla elektrolyten: 1, elektrolytsalt med hög dissociation; 2, lösningsmedelskomposit – lägre viskositet; 3, gränssnittskontroll – lägre membranimpedans.

04

Förhållandet mellan produktionsteknik och snabb fyllning

Tidigare analyserades kraven och påverkan av snabb fyllning från tre nyckelmaterial, såsom positiva och negativa elektrodmaterial och elektrodvätska. Följande är processdesignen som har relativt stor påverkan. De tekniska parametrarna för batteriproduktion påverkar direkt migrationsmotståndet för litiumjoner i varje del av batteriet före och efter batteriaktivering, så de tekniska parametrarna för batteriberedning har en viktig inverkan på prestanda hos litiumjonbatterier.

(1) slurry

För egenskaperna hos slurry är det å ena sidan nödvändigt att hålla det ledande medlet jämnt fördelat. Eftersom det ledande medlet är jämnt fördelat mellan partiklarna av den aktiva substansen, kan ett mer enhetligt ledande nätverk bildas mellan den aktiva substansen och den aktiva substansen och kollektorvätskan, som har funktionen att samla mikroström, vilket minskar kontaktmotståndet, och kan förbättra elektronernas rörelsehastighet. Å andra sidan är att förhindra överspridning av ledande medel. I laddnings- och urladdningsprocessen kommer kristallstrukturen hos anod- och katodmaterial att förändras, vilket kan orsaka att ledande medel lossnar, öka batteriets inre motstånd och påverka prestandan.

(2) Extremt partiell densitet

I teorin är multiplikatorbatterier och högkapacitetsbatterier inkompatibla. När polarisationsdensiteten för de positiva och negativa elektroderna är låg kan diffusionshastigheten för litiumjoner ökas och jon- och elektronmigreringsmotståndet kan minskas. Ju lägre ytdensiteten är, desto tunnare är elektroden, och förändringen av elektrodstrukturen som orsakas av det kontinuerliga införandet och frigörandet av litiumjoner i laddning och urladdning är också mindre. Men om ytdensiteten är för låg kommer batteriets energitäthet att minska och kostnaden kommer att öka. Därför bör ytdensiteten övervägas heltäckande. Följande figur är ett exempel på litiumkobalatbatteri som laddas vid 6C och urladdning vid 1C.

Bilden

(3) Polar piece beläggningskonsistens

Förut, frågade en vän, kommer extremt partiell densitetsinkonsekvens ha en inverkan på batteriet? Här förresten, för snabbladdningsprestanda, är det viktigaste anodplattans konsistens. Om den negativa ytdensiteten inte är enhetlig kommer den inre porositeten hos det levande materialet att variera kraftigt efter valsning. Skillnaden i porositet kommer att leda till skillnaden i intern strömfördelning, vilket kommer att påverka bildandet och prestandan av SEI i batteribildningsstadiet och i slutändan påverka batteriets snabbladdningsprestanda.

(4) Packningsdensitet för polplåt

Varför behöver stolpar packas ihop? Den ena är att förbättra batteriets specifika energi, den andra är att förbättra batteriets prestanda. Den optimala packningsdensiteten varierar med elektrodmaterialet. Med ökningen av packningsdensiteten, ju mindre porositeten hos elektrodskivan är, desto närmare är kopplingen mellan partiklar och desto mindre tjocklek på elektrodskivan under samma ytdensitet, så att migrationsvägen för litiumjoner kan minskas. När packningsdensiteten är för stor är infiltrationseffekten av elektrolyten inte bra, vilket kan förstöra materialstrukturen och fördelningen av ledande medel, och det senare lindningsproblemet kommer att uppstå. På liknande sätt laddas litiumkobalatbatteriet vid 6C och laddas ur vid 1C, och inverkan av packningsdensitet på urladdningsspecifik kapacitet visas enligt följande:

Bilden

05

Formation åldrande och andra

För kolnegativa batterier är bildning – åldring nyckelprocessen för litiumbatterier, vilket kommer att påverka kvaliteten på SEI. Tjockleken på SEI är inte enhetlig eller strukturen är instabil, vilket kommer att påverka batteriets snabbladdningskapacitet och cykellivslängd.

Utöver ovanstående flera viktiga faktorer kommer produktionen av cell-, laddnings- och urladdningssystem att ha stor inverkan på prestanda hos litiumbatterier. Med förlängningen av servicetiden bör batteriladdningshastigheten minskas måttligt, annars förvärras polariseringen.

slutsats

Kärnan i snabb laddning och urladdning av litiumbatterier är att litiumjoner snabbt kan de-inbäddas mellan anod- och katodmaterial. Materialegenskaper, processdesign och laddnings- och urladdningssystem för batterier påverkar alla prestandan för högströmsladdning. Den strukturella stabiliteten hos anod- och anodmaterial bidrar till den snabba delithiumprocessen utan att orsaka strukturell kollaps, litiumjoner i materialets diffusionshastighet är snabbare, för att motstå hög strömladdning. På grund av obalansen mellan jonmigreringshastighet och elektronöverföringshastighet kommer polarisering att inträffa i laddnings- och urladdningsprocessen, så polarisering bör minimeras för att förhindra utfällning av litiummetall och minska kapaciteten att påverka livslängden.