Grup arkadaşlarının gereksinimlerine göre, lityum pilin hızlı şarjının anlaşılması hakkında konuşun:

Fotoğraf

Pil şarj sürecini göstermek için bu şemayı kullanın. Apsis zaman ve ordinat gerilimdir. Lityum pilin ilk şarj aşamasında, anot ve katot malzemelerini stabilize etmeyi amaçlayan küçük bir akım ön şarj işlemi, yani CC ön şarjı olacaktır. Bundan sonra, pil kararlı hale geldikten sonra pil, yüksek akımla, yani CC Hızlı Şarj ile Şarj olacak şekilde ayarlanabilir. Son olarak sabit voltaj şarj moduna (CV) girer. Lityum pil için, voltaj 4.2V’a ulaştığında sistem sabit voltaj şarj moduna başlar ve voltaj belirli bir değerin altına düştüğünde şarj bitene kadar şarj akımı kademeli olarak azalır.

Tüm süreç boyunca, farklı piller için farklı standart şarj akımları vardır. Örneğin, 3C ürünler için standart şarj akımı genellikle 0.1C-0.5C iken, yüksek güçlü piller için standart şarj genellikle 1C’dir. Düşük şarj akımı da akünün güvenliği için düşünülmüştür. Yani, sıradan zamanlarda hızlı şarj diyelim, onlarca kez standart şarj akımından birkaç kat daha yüksek işaret etmektir.

Bazı insanlar lityum pilleri şarj etmenin bira dökmek gibi olduğunu söylüyor, hızlı ve birayı hızlı doldurmak, ancak çok fazla köpükle. Yavaş, yavaş, ama çok bira, sağlam. Hızlı şarj, yalnızca şarj süresinden tasarruf sağlamakla kalmaz, aynı zamanda pilin kendisine de zarar verir. Aküdeki polarizasyon olgusu nedeniyle, şarj ve deşarj döngüsünün artmasıyla kabul edebileceği maksimum şarj akımı azalacaktır. Sürekli şarj ve şarj akımı büyük olduğunda, elektrottaki iyon konsantrasyonu artar ve polarizasyon yoğunlaşır ve pil terminal voltajı, doğrusal bir oranda şarj/enerjiye doğrudan karşılık gelemez. Aynı zamanda, yüksek akım şarjı, iç direncin artması, yoğun Joule ısıtma etkisine (Q=I2Rt) yol açacak ve elektrolitin reaksiyon ayrışması, gaz üretimi ve bir dizi problem gibi yan reaksiyonları beraberinde getirecek, risk faktörü aniden artar, pil güvenliği üzerinde bir etkisi vardır, elektriksiz pilin ömrü büyük ölçüde kısalır.

01

anot malzemesi

Lityum pilin hızlı şarj işlemi, Li+’nın anot malzemesine hızlı göçü ve gömülmesidir. Katot malzemesinin parçacık boyutu, pilin elektrokimyasal sürecinde iyonların tepki süresini ve difüzyon yolunu etkileyebilir. Yapılan araştırmalara göre malzemenin tane boyutunun küçülmesiyle lityum iyonlarının difüzyon katsayısı artmaktadır. Bununla birlikte, malzeme partikül boyutunun azalmasıyla, kağıt hamuru üretiminde ciddi partikül aglomerasyonu olacak ve bu da düzensiz dağılıma neden olacaktır. Aynı zamanda, nanopartiküller, elektrot tabakasının sıkıştırma yoğunluğunu azaltacak ve pilin performansını etkileyen, şarj ve deşarj yan reaksiyonu sürecinde elektrolit ile temas alanını artıracaktır.

Daha güvenilir yöntem, pozitif elektrot malzemesini kaplama yoluyla modifiye etmektir. Örneğin, LFP’nin iletkenliği çok iyi değildir. LFP’nin yüzeyinin karbon malzeme veya diğer malzemelerle kaplanması, pilin hızlı şarj performansını iyileştirmeye elverişli olan iletkenliğini artırabilir.

02

anot malzemeleri

Lityum pilin hızlı şarj edilmesi, lityum iyonlarının hızla dışarı çıkabileceği ve katot malzemesinin lityumu hızlı bir şekilde gömme yeteneğine sahip olmasını gerektiren negatif elektrota “yüzebileceği” anlamına gelir. Lityum pilin hızlı şarjı için kullanılan anot malzemeleri arasında karbon malzeme, lityum titanat ve diğer bazı yeni malzemeler bulunur.

Karbon malzemeler için, lityum iyonları, lityum gömme potansiyeli lityum çökeltme potansiyeline benzer olduğundan, geleneksel şarj koşulu altında tercihen grafite gömülür. Bununla birlikte, hızlı şarj veya düşük sıcaklık koşulları altında, lityum iyonları yüzeyde çökebilir ve dendrit lityum oluşturabilir. Dendrit lityum SEI’yi deldiğinde, Li+ ikincil kaybına neden oldu ve pil kapasitesi azaldı. Lityum metali belirli bir seviyeye ulaştığında, negatif elektrottan diyaframa doğru büyüyerek pilin kısa devre riskine neden olur.

LTO’ya gelince, pil çalışması sırasında SEI üretmeyen ve hızlı şarj ve serbest bırakma gereksinimlerini karşılayabilen lityum iyon ile daha güçlü bağlanma kabiliyetine sahip olan “sıfır gerilim” oksijen içeren anot malzemesine aittir. Aynı zamanda, SEI oluşturulamadığından, anot malzemesi elektrolit ile doğrudan temas edecek ve bu da yan reaksiyonların oluşmasını teşvik edecektir. LTO pil gazı üretimi sorunu çözülemez ve yalnızca yüzey modifikasyonu ile hafifletilebilir.

03

elektrot sıvısı

Yukarıda bahsedildiği gibi, hızlı şarj sürecinde, lityum iyon göç hızı ve elektron transfer hızının tutarsızlığı nedeniyle, pil büyük bir polarizasyona sahip olacaktır. Bu nedenle, pil polarizasyonunun neden olduğu olumsuz reaksiyonu en aza indirmek için elektroliti geliştirmek için aşağıdaki üç noktaya ihtiyaç vardır: 1, yüksek ayrışma elektrolit tuzu; 2, solvent kompozit – daha düşük viskozite; 3, arayüz kontrolü – daha düşük membran empedansı.

04

Üretim teknolojisi ve hızlı dolum ilişkisi

Daha önce, hızlı doldurmanın gereksinimleri ve etkileri, pozitif ve negatif elektrot malzemeleri ve elektrot sıvısı gibi üç temel malzemeden analiz edildi. Aşağıda, nispeten büyük bir etkiye sahip olan süreç tasarımı yer almaktadır. Pil üretiminin teknolojik parametreleri, pil aktivasyonundan önce ve sonra pilin her bir parçasındaki lityum iyonlarının göç direncini doğrudan etkiler, bu nedenle pil hazırlamanın teknolojik parametreleri, lityum iyon pilin performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

(1) bulamaç

Bulamacın özellikleri için bir yandan iletken ajanın eşit olarak dağılmış halde tutulması gerekir. İletken madde etken maddenin tanecikleri arasında eşit olarak dağıldığından, etken madde ile etken madde ve kollektör sıvısı arasında daha düzgün bir iletken ağ oluşturulabilir, bu ağ mikro akımı toplama, temas direncini azaltma işlevine sahiptir, ve elektronların hareket hızını artırabilir. Öte yandan iletken ajanın aşırı dağılmasını önlemektir. Şarj ve deşarj işleminde, anot ve katot malzemelerinin kristal yapısı değişecek, bu da iletken maddenin soyulmasına neden olabilecek, pilin iç direncini artıracak ve performansı etkileyecektir.

(2) Son derece kısmi yoğunluk

Teorik olarak, çarpan piller ve yüksek kapasiteli piller uyumsuzdur. Pozitif ve negatif elektrotların polarizasyon yoğunluğu düşük olduğunda, lityum iyonlarının difüzyon hızı arttırılabilir ve iyon ve elektron göç direnci azaltılabilir. Yüzey yoğunluğu ne kadar düşükse, elektrot o kadar incedir ve şarj ve deşarjdaki lityum iyonlarının sürekli olarak eklenmesi ve salınmasının neden olduğu elektrot yapısındaki değişiklik de daha küçüktür. Ancak yüzey yoğunluğunun çok düşük olması durumunda pilin enerji yoğunluğu azalarak maliyeti artacaktır. Bu nedenle, yüzey yoğunluğu kapsamlı olarak düşünülmelidir. Aşağıdaki şekil, 6C’de şarj olan ve 1C’de deşarj olan bir lityum kobalat pil örneğidir.

Fotoğraf

(3) Polar parça kaplama tutarlılığı

Daha önce bir arkadaş sormuştu, aşırı kısmi yoğunluk tutarsızlığı pili etkiler mi? Bu arada, hızlı şarj performansı için ana, anot plakasının tutarlılığıdır. Negatif yüzey yoğunluğu tek tip değilse, canlı malzemenin iç gözenekliliği yuvarlandıktan sonra büyük ölçüde değişecektir. Gözeneklilik farkı, pilin oluşum aşamasında SEI’nin oluşumunu ve performansını etkileyecek ve sonuçta pilin hızlı şarj performansını etkileyecek iç akım dağılımı farkına yol açacaktır.

(4) Kutup sacının sıkıştırma yoğunluğu

Kutupların neden sıkıştırılması gerekiyor? Biri pilin özgül enerjisini iyileştirmek, diğeri ise pilin performansını iyileştirmek. Optimum sıkıştırma yoğunluğu elektrot malzemesine göre değişir. Sıkıştırma yoğunluğunun artmasıyla, elektrot levhasının gözenekliliği ne kadar küçükse, parçacıklar arasındaki bağlantı o kadar yakın ve aynı yüzey yoğunluğu altında elektrot levhasının kalınlığı o kadar küçük olur, böylece Lityum iyonlarının göç yolu azaltılabilir. Sıkıştırma yoğunluğu çok büyük olduğunda, elektrolitin sızma etkisi iyi değildir, bu da malzeme yapısını ve iletken maddenin dağılımını bozabilir ve daha sonra sarım sorunu ortaya çıkar. Benzer şekilde, lityum kobalat pil 6C’de şarj edilir ve 1C’de boşaltılır ve sıkıştırma yoğunluğunun deşarj spesifik kapasite üzerindeki etkisi aşağıdaki gibi gösterilir:

Fotoğraf

05

Formasyon yaşlanması ve diğerleri

Karbon negatif pil için, oluşum – yaşlanma, SEI’nin kalitesini etkileyecek olan lityum pilin temel sürecidir. SEI’nin kalınlığı tek tip değildir veya yapı kararsızdır, bu da pilin hızlı şarj kapasitesini ve çevrim ömrünü etkiler.

Yukarıdaki birkaç önemli faktöre ek olarak, pil, şarj ve deşarj sisteminin üretimi, lityum pilin performansı üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır. Servis süresinin uzatılmasıyla pil şarj hızı orta derecede azaltılmalıdır, aksi takdirde polarizasyon ağırlaşacaktır.

sonuç

Lityum pillerin hızlı şarj edilmesi ve boşaltılmasının özü, lityum iyonlarının anot ve katot malzemeleri arasında hızla çözülebilmesidir. Pillerin malzeme özellikleri, süreç tasarımı ve şarj ve deşarj sistemi, yüksek akım şarjının performansını etkiler. Anot ve anot malzemelerinin yapısal kararlılığı, yapısal çökmeye neden olmadan hızlı delithium işlemine elverişlidir, yüksek akım şarjına dayanmak için malzeme difüzyon hızındaki lityum iyonları daha hızlıdır. İyon göç hızı ve elektron transfer hızı arasındaki uyumsuzluk nedeniyle, şarj ve deşarj işleminde polarizasyon meydana gelecektir, bu nedenle lityum metalinin çökelmesini önlemek ve ömrü etkileme kapasitesini azaltmak için polarizasyon en aza indirilmelidir.