Theo yêu cầu của các bạn trong nhóm, trao đổi về hiểu biết của việc sạc nhanh pin lithium:

Bức tranh

Sử dụng sơ đồ này để minh họa quá trình sạc pin. Áp suất là thời gian và tọa độ là điện áp. Ở giai đoạn sạc ban đầu của pin lithium, sẽ có một quá trình sạc trước dòng điện nhỏ, cụ thể là sạc trước CC, nhằm mục đích ổn định vật liệu cực dương và cực âm. Sau đó, pin có thể được điều chỉnh để Sạc với dòng điện cao, cụ thể là CC Fast Charge, sau khi pin đã ổn định. Cuối cùng, nó đi vào chế độ sạc điện áp không đổi (CV). Đối với pin lithium, hệ thống bắt đầu chế độ sạc điện áp không đổi khi điện áp đạt 4.2V và dòng sạc giảm dần cho đến khi quá trình sạc kết thúc khi điện áp thấp hơn một giá trị nhất định.

Trong toàn bộ quá trình, có các dòng sạc tiêu chuẩn khác nhau cho các loại pin khác nhau. Ví dụ, đối với các sản phẩm 3C, dòng sạc tiêu chuẩn thường là 0.1C-0.5C, trong khi đối với pin nguồn công suất cao, dòng sạc tiêu chuẩn thường là 1C. Dòng sạc thấp cũng được coi là an toàn của pin. Vì vậy, nói ở thời điểm bình thường sạc nhanh, nó chỉ cao hơn vài lần so với mức sạc tiêu chuẩn đến hàng chục lần.

Một số người nói rằng sạc pin lithium giống như đổ bia, nhanh và đầy bia nhanh nhưng lại có nhiều bọt. Nó chậm, nó chậm, nhưng nhiều bia, nó đặc. Sạc nhanh không chỉ tiết kiệm thời gian sạc mà còn gây hại cho chính pin. Do hiện tượng phân cực trong pin, dòng điện sạc tối đa mà nó có thể chấp nhận sẽ giảm khi chu kỳ sạc và xả tăng lên. Khi sạc liên tục và dòng sạc lớn, nồng độ ion tại điện cực tăng và sự phân cực tăng cường, và điện áp đầu cực của pin không thể tương ứng trực tiếp với điện tích / năng lượng theo tỷ lệ tuyến tính. Đồng thời, dòng điện sạc cao, sự gia tăng của điện trở bên trong sẽ dẫn đến tăng cường hiệu ứng gia nhiệt Joule (Q = I2Rt), mang lại các phản ứng phụ, chẳng hạn như phản ứng phân hủy chất điện phân, sinh khí và một loạt các vấn đề, yếu tố rủi ro. tăng đột ngột, ảnh hưởng đến độ an toàn của pin, tuổi thọ của pin không dùng điện sẽ bị rút ngắn đi rất nhiều.

01

Vật liệu cực dương

Quá trình sạc nhanh của pin lithium là quá trình di chuyển nhanh chóng và nhúng Li + vào vật liệu cực dương. Kích thước hạt của vật liệu làm catốt có thể ảnh hưởng đến thời gian phản ứng và đường khuếch tán của các ion trong quá trình điện hóa của pin. Theo các nghiên cứu, hệ số khuếch tán của các ion liti tăng lên cùng với sự giảm kích thước hạt của vật liệu. Tuy nhiên, với việc giảm kích thước hạt vật liệu, sẽ có sự kết tụ nghiêm trọng của các hạt trong quá trình sản xuất bột giấy, dẫn đến sự phân tán không đồng đều. Đồng thời, các hạt nano sẽ làm giảm mật độ nén của tấm điện cực, và tăng diện tích tiếp xúc với chất điện phân trong quá trình tích điện và phản ứng phụ, ảnh hưởng đến hiệu suất của pin.

Phương pháp đáng tin cậy hơn là sửa đổi vật liệu điện cực dương bằng cách phủ. Ví dụ, độ dẫn điện của bản thân LFP không tốt lắm. Việc phủ lên bề mặt của LFP bằng vật liệu carbon hoặc các vật liệu khác có thể cải thiện độ dẫn điện của nó, giúp cải thiện hiệu suất sạc nhanh của pin.

02

Vật liệu cực dương

Sạc nhanh pin lithium có nghĩa là các ion lithium có thể nhanh chóng đi ra và “bơi” đến điện cực âm, điều này đòi hỏi vật liệu catốt phải có khả năng nhúng lithium nhanh. Các vật liệu cực dương được sử dụng để sạc nhanh pin lithium bao gồm vật liệu carbon, titanate lithium và một số vật liệu mới khác.

Đối với vật liệu cacbon, các ion liti được ưu tiên nhúng vào than chì trong điều kiện sạc thông thường vì tiềm năng nhúng liti tương tự như khả năng kết tủa liti. Tuy nhiên, trong điều kiện sạc nhanh hoặc nhiệt độ thấp, các ion liti có thể kết tủa trên bề mặt và tạo thành cặn liti. Khi dendrite lithium làm thủng SEI, gây ra hiện tượng mất Li + thứ cấp và giảm dung lượng pin. Khi kim loại lithium đạt đến một mức độ nhất định, nó sẽ phát triển từ điện cực âm đến màng ngăn, gây ra nguy cơ ngắn mạch cho pin.

Đối với LTO, nó thuộc về vật liệu cực dương chứa oxy “không biến dạng”, không tạo ra SEI trong quá trình hoạt động của pin và có khả năng liên kết mạnh hơn với ion lithium, có thể đáp ứng yêu cầu sạc và phóng nhanh. Đồng thời, do không hình thành được SEI nên vật liệu làm anốt sẽ tiếp xúc trực tiếp với chất điện phân, điều này thúc đẩy phản ứng phụ xảy ra. Vấn đề tạo ra khí pin LTO không thể được giải quyết, và chỉ có thể được giảm bớt bằng cách sửa đổi bề mặt.

03

Chất lỏng điện cực

Như đã nói ở trên, trong quá trình sạc nhanh, do tốc độ di chuyển ion lithium và tốc độ truyền electron không đồng nhất nên pin sẽ có độ phân cực lớn. Vì vậy, để giảm thiểu phản ứng tiêu cực gây ra bởi sự phân cực của pin, ba điểm sau đây là cần thiết để phát triển chất điện ly: 1, muối điện ly phân ly cao; 2, hỗn hợp dung môi – độ nhớt thấp hơn; 3, điều khiển giao diện – trở kháng màng thấp hơn.

04

Mối quan hệ giữa công nghệ sản xuất và chiết rót nhanh

Trước đây, các yêu cầu và ảnh hưởng của việc làm đầy nhanh đã được phân tích từ ba vật liệu chính, chẳng hạn như vật liệu điện cực dương và âm và chất lỏng điện cực. Sau đây là thiết kế quy trình có tác động tương đối lớn. Các thông số công nghệ sản xuất pin ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở di chuyển của các ion lithium trong từng bộ phận của pin trước và sau khi kích hoạt pin, vì vậy các thông số công nghệ của quá trình chuẩn bị pin có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất của pin lithium ion.

(1) bùn

Đối với các đặc tính của bùn, một mặt, cần phải giữ cho chất dẫn điện phân tán đồng đều. Do chất dẫn điện phân bố đều giữa các hạt của chất diện hoạt nên có thể hình thành mạng lưới dẫn điện đồng đều hơn giữa chất diện hoạt và chất diện hoạt và chất lỏng thu, có chức năng thu dòng điện vi mô, giảm điện trở tiếp xúc, và có thể cải thiện tốc độ chuyển động của các electron. Mặt khác là để ngăn chặn sự phân tán quá mức của chất dẫn điện. Trong quá trình sạc và phóng điện, cấu trúc tinh thể của vật liệu anốt và catốt sẽ thay đổi, có thể gây bong tróc chất dẫn điện, tăng nội trở của pin và ảnh hưởng đến hiệu suất.

(2) Mật độ riêng phần cực kỳ

Về lý thuyết, pin số nhân và pin dung lượng cao không tương thích với nhau. Khi mật độ phân cực của điện cực dương và điện cực âm thấp, vận tốc khuếch tán của các ion liti có thể được tăng lên, và có thể giảm điện trở di chuyển của ion và điện tử. Mật độ bề mặt càng thấp thì điện cực càng mỏng, và sự thay đổi cấu trúc điện cực do sự chèn và giải phóng liên tục của các ion lithium mang điện và phóng điện cũng nhỏ hơn. Tuy nhiên, nếu mật độ bề mặt quá thấp, mật độ năng lượng của pin sẽ bị giảm và giá thành sẽ tăng lên. Do đó, mật độ bề mặt cần được xem xét một cách toàn diện. Hình dưới đây là một ví dụ về pin lithium coban sạc ở 6C và phóng ra ở 1C.

Bức tranh

(3) Tính nhất quán của lớp phủ mảnh cực

Trước đây, một người bạn đã hỏi, liệu sự không nhất quán về mật độ cục bộ có ảnh hưởng gì đến pin không? Nhân tiện, để có hiệu suất sạc nhanh, yếu tố chính là tính nhất quán của tấm cực dương. Nếu mật độ bề mặt âm không đồng đều, độ xốp bên trong của vật liệu sống sẽ thay đổi rất nhiều sau khi cán. Sự khác biệt của độ xốp sẽ dẫn đến sự khác biệt của sự phân bố dòng điện bên trong, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự hình thành và hiệu suất của SEI trong giai đoạn hình thành của pin, và cuối cùng là ảnh hưởng đến hiệu suất sạc nhanh của pin.

(4) Mật độ nén của tấm cực

Tại sao cọc cừ cần được đầm chặt? Một là để cải thiện năng lượng cụ thể của pin, hai là cải thiện hiệu suất của pin. Mật độ đầm nén tối ưu thay đổi tùy theo vật liệu điện cực. Với sự gia tăng của mật độ nén, độ xốp của tấm điện cực càng nhỏ, liên kết giữa các hạt càng chặt chẽ và độ dày của tấm điện cực dưới cùng một mật độ bề mặt càng nhỏ, do đó có thể giảm đường di chuyển của các ion Lithi. Khi mật độ nén quá lớn, hiệu quả thẩm thấu của chất điện phân không tốt, có thể phá hủy cấu trúc vật liệu và sự phân bố của chất dẫn điện, và sự cố cuộn dây sau này sẽ xảy ra. Tương tự, pin lithium coban được sạc ở 6C và xả ở 1C, và ảnh hưởng của mật độ nén đến dung lượng cụ thể xả được thể hiện như sau:

Bức tranh

05

Sự lão hóa hình thành và những thứ khác

Đối với pin âm carbon, quá trình hình thành – lão hóa là quá trình quan trọng của pin lithium, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của SEI. Độ dày của SEI không đồng đều hoặc cấu trúc không ổn định sẽ ảnh hưởng đến khả năng sạc nhanh và vòng đời của pin.

Ngoài một số yếu tố quan trọng trên, việc sản xuất tế bào, hệ thống sạc và xả sẽ có tác động lớn đến hiệu suất của pin lithium. Với việc kéo dài thời gian sử dụng, tốc độ sạc pin nên được giảm vừa phải, nếu không, sự phân cực sẽ trở nên trầm trọng hơn.

phần kết luận

Bản chất của việc sạc và xả nhanh pin lithium là các ion lithium có thể được khử nhanh chóng giữa các vật liệu cực dương và cực âm. Các đặc tính vật liệu, thiết kế quy trình và hệ thống sạc và xả của pin đều ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình sạc dòng điện cao. Sự ổn định cấu trúc của vật liệu cực dương và cực dương có lợi cho quá trình delithium nhanh chóng mà không gây ra sự sụp đổ cấu trúc, các ion lithium trong vật liệu có tốc độ khuếch tán nhanh hơn, để chịu được dòng điện sạc cao. Do sự không phù hợp giữa tốc độ di chuyển ion và tốc độ truyền điện tử nên sẽ xảy ra hiện tượng phân cực trong quá trình nạp và phóng điện, vì vậy cần giảm thiểu sự phân cực để tránh kết tủa kim loại liti và giảm dung lượng ảnh hưởng đến tuổi thọ.