Відповідно до вимог друзів групи, розкажіть про розуміння швидкої зарядки літієвої батареї:

Фото

Скористайтеся цією схемою, щоб проілюструвати процес заряджання акумулятора. По осі абсцис – час, а по ординаті – напруга. На початковому етапі зарядки літієвої батареї буде відбуватися невеликий поточний процес попередньої зарядки, а саме попередня зарядка CC, яка спрямована на стабілізацію матеріалів анода і катода. Після цього акумулятор можна налаштувати на заряджання великим струмом, а саме CC Fast Charge, після того, як батарея стане стабільною. Нарешті він переходить в режим зарядки постійної напруги (CV). Для літієвої батареї система запускає режим зарядки з постійною напругою, коли напруга досягає 4.2 В, і зарядний струм поступово зменшується, поки зарядка не закінчиться, коли напруга стане нижчою за певне значення.

Під час всього процесу існують різні стандартні зарядні струми для різних акумуляторів. Наприклад, для продуктів 3C стандартний зарядний струм зазвичай становить 0.1–0.5 °C, тоді як для акумуляторів високої потужності стандартна зарядка зазвичай становить 1C. Низький зарядний струм також враховується для безпеки акумулятора. Таким чином, скажімо, при звичайній швидкості зарядки, це означає, що струм заряду в кілька разів перевищує стандартний заряд у десятки разів.

Деякі люди кажуть, що заряджання літієвих акумуляторів – це все одно, що наливати пиво швидко і швидко наливати пиво, але з великою кількістю піни. Це повільно, це повільно, але це багато пива, воно тверде. Швидка зарядка не тільки заощаджує час зарядки, але й пошкоджує сам акумулятор. Через явище поляризації в акумуляторі максимальний зарядний струм, який він може прийняти, зменшиться зі збільшенням циклу заряду та розряду. Коли безперервна зарядка і зарядний струм є великими, концентрація іонів на електроді збільшується, а поляризація посилюється, і напруга клеми акумулятора не може безпосередньо відповідати заряду/енергії в лінійній пропорції. У той же час зарядка великим струмом, збільшення внутрішнього опору призведе до посилення ефекту нагріву Джоуля (Q=I2Rt), що призведе до побічних реакцій, таких як реакція розкладання електроліту, утворення газу та ряд проблем, фактор ризику. раптово збільшується, впливає на безпеку акумулятора, термін служби акумулятора без живлення значно скорочується.

01

Матеріал анода

Процес швидкої зарядки літієвої батареї – це швидка міграція та вбудовування Li+ в матеріал анода. Розмір частинок матеріалу катода може впливати на час відгуку та шлях дифузії іонів в електрохімічному процесі батареї. Згідно з дослідженнями, коефіцієнт дифузії іонів літію збільшується зі зменшенням розміру зерен матеріалу. Однак, зі зменшенням розміру частинок матеріалу, буде відбуватися серйозна агломерація частинок у виробництві целюлози, що призведе до нерівномірного розсіювання. У той же час наночастинки зменшать щільність ущільнення електродного листа і збільшать площу контакту з електролітом в процесі побічної реакції заряду та розряду, впливаючи на продуктивність батареї.

Більш надійним методом є модифікація матеріалу позитивного електрода шляхом нанесення покриття. Наприклад, провідність самого LFP не дуже хороша. Покриття поверхні LFP вуглецевим матеріалом або іншими матеріалами може покращити його провідність, що сприяє покращенню швидкості заряджання акумулятора.

02

Анодні матеріали

Швидка зарядка літієвої батареї означає, що іони літію можуть швидко виходити і «підпливати» до негативного електрода, що вимагає, щоб матеріал катода мав здатність швидкого вбудовування літію. Анодні матеріали, які використовуються для швидкого заряду літієвої батареї, включають вуглець, титанат літію та деякі інші нові матеріали.

Для вуглецевих матеріалів іони літію переважно вбудовуються в графіт за умови звичайного заряду, оскільки потенціал вбудовування літію подібний до потенціалу осадження літію. Однак за умови швидкої зарядки або низької температури іони літію можуть випадати в осад на поверхні і утворювати дендритний літій. Коли дендритний літій проколоти SEI, виникли вторинні втрати Li+ і зменшилась ємність акумулятора. Коли метал літію досягає певного рівня, він росте від негативного електрода до діафрагми, викликаючи ризик короткого замикання батареї.

Що стосується LTO, то він відноситься до кисневмісного анодного матеріалу «нульової деформації», який не виробляє SEI під час роботи від батареї, і має більш сильне зв’язування з іонами літію, що може задовольнити вимоги швидкої зарядки та вивільнення. У той же час, оскільки SEI не може бути утворений, матеріал анода буде безпосередньо контактувати з електролітом, що сприяє виникненню побічних реакцій. Проблема генерації газу в акумуляторі LTO не може бути вирішена, а може бути пом’якшена лише модифікацією поверхні.

03

Рідина для електродів

Як зазначалося вище, в процесі швидкої зарядки, через невідповідність швидкості міграції іонів літію і швидкості передачі електронів, акумулятор буде мати велику поляризацію. Отже, щоб мінімізувати негативну реакцію, викликану поляризацією батареї, для вироблення електроліту необхідні наступні три точки: 1, електролітна сіль з високою дисоціацією; 2, розчинник композит – менша в’язкість; 3, управління інтерфейсом – нижній опір мембрани.

04

Взаємозв’язок технології виробництва і швидкого наповнення

Раніше вимоги та вплив швидкого заповнення були проаналізовані з трьох ключових матеріалів, таких як позитивні та негативні електродні матеріали та електродна рідина. Нижче наведено проект процесу, який має відносно великий вплив. Технологічні параметри виробництва батареї безпосередньо впливають на стійкість до міграції іонів літію в кожній частині батареї до і після включення батареї, тому технологічні параметри підготовки батареї мають важливий вплив на продуктивність літій-іонної батареї.

(1) суспензія

Для властивостей суспензії, з одного боку, необхідно, щоб струмопровідний агент був рівномірно диспергованим. Оскільки провідний агент рівномірно розподілений між частинками активної речовини, між активною речовиною та активною речовиною та колекторною рідиною може утворюватися більш однорідна провідна мережа, яка виконує функцію збору мікроструму, зменшуючи контактний опір, і може покращити швидкість руху електронів. З іншого боку, це запобігання надмірного розсіювання провідного агента. У процесі заряджання та розрядки кристалічна структура матеріалів анода та катода змінюється, що може призвести до відшаровування провідного агента, збільшення внутрішнього опору батареї та вплинути на продуктивність.

(2) Надзвичайно часткова щільність

Теоретично мультиплікаційні батареї та акумулятори великої ємності несумісні. Коли щільність поляризації позитивного та негативного електродів низька, швидкість дифузії іонів літію може бути збільшена, а опір міграції іонів та електронів може бути знижено. Чим нижча поверхнева щільність, тим тонший електрод, і зміна структури електрода, викликана безперервним введенням і вивільненням іонів літію в заряді та розряді, також менша. Однак, якщо поверхнева щільність занадто низька, щільність енергії батареї зменшиться, а вартість зросте. Тому поверхневу щільність слід розглядати комплексно. На наступному малюнку наведено приклад заряджання літій-кобалатної батареї при 6°C і розрядки при 1°C.

Фото

(3) Консистенція покриття полярного шматка

Раніше друг запитав, чи вплине на акумулятор надзвичайно часткова невідповідність щільності? Тут, до речі, для швидкої зарядки головне – це консистенція анодної пластини. Якщо від’ємна поверхнева щільність не є рівномірною, внутрішня пористість живого матеріалу буде сильно змінюватися після прокатки. Різниця в пористості призведе до різниці внутрішнього розподілу струму, що вплине на формування та продуктивність SEI на стадії формування батареї та в кінцевому підсумку вплине на продуктивність швидкої зарядки батареї.

(4) Щільність ущільнення опорного листа

Чому стовпи потрібно ущільнювати? Одна полягає в покращенні питомої енергії батареї, інша – для покращення продуктивності батареї. Оптимальна щільність ущільнення залежить від матеріалу електрода. Зі збільшенням щільності ущільнення, чим менша пористість електродного листа, тим тісніше з’єднання між частинками, і менша товщина електродного листа при тій самій поверхневій щільності, тому шлях міграції іонів літію може бути зменшений. Коли щільність ущільнення занадто велика, ефект просочування електроліту не є хорошим, що може зруйнувати структуру матеріалу та розподіл провідного агента, і пізніше виникне проблема обмотки. Аналогічно, літій-кобалатний акумулятор заряджається при 6°C і розряджається при 1°C, і вплив щільності ущільнення на питому ємність розряду показано наступним чином:

Фото

05

Формаційне старіння та інші

Для вуглецевої негативної батареї формування – старіння є ключовим процесом літієвої батареї, який вплине на якість SEI. Товщина SEI неоднорідна або структура нестабільна, що вплине на швидку зарядку та термін служби акумулятора.

На додаток до перерахованих вище кількох важливих факторів, виробництво елемента, системи заряду та розряду матиме великий вплив на продуктивність літієвої батареї. При продовженні терміну служби швидкість заряду акумулятора повинна бути помірно знижена, інакше поляризація посилиться.

висновок

Суть швидкої зарядки та розрядки літієвих акумуляторів полягає в тому, що іони літію можуть швидко розлучатися між матеріалами анода і катода. Властивості матеріалу, конструкція процесу та система зарядки та розрядки батарей впливають на продуктивність високострумної зарядки. Структурна стабільність анодних та анодних матеріалів сприяє швидкому процесу делітію, не викликаючи структурного колапсу, іони літію у швидкості дифузії матеріалу швидше, щоб витримувати заряд високого струму. Через невідповідність між швидкістю міграції іонів та швидкістю передачі електронів, поляризація буде відбуватися в процесі зарядки та розряду, тому поляризацію слід звести до мінімуму, щоб запобігти випаданню металу літію та зменшити здатність впливати на термін служби.