Γρήγορη φόρτιση μπαταρίας λιθίου

Δανειστείτε αυτό το σχήμα για να δείξετε τη διαδικασία φόρτισης της μπαταρίας, η τετμημένη είναι η ώρα και η τεταγμένη είναι η τάση. Θα υπάρξει μια μικρή τρέχουσα διαδικασία προφόρτισης στην αρχή της φόρτισης της μπαταρίας λιθίου, δηλαδή, η προφόρτιση CC, ο σκοπός είναι η σταθεροποίηση των θετικών και αρνητικών υλικών. Μετά από αυτό, αφού η κατάσταση της μπαταρίας είναι σταθερή, μπορεί να ρυθμιστεί σε υψηλή τρέχουσα φόρτιση, δηλαδή, CC Fast Charge. Τέλος, εισέλθετε στη λειτουργία φόρτισης σταθερής τάσης (CV). Για μπαταρίες λιθίου, το σύστημα ξεκινά τη λειτουργία φόρτισης σταθερής τάσης αφού εντοπίσει ότι η τάση φτάνει τα 4.2V, το ρεύμα φόρτισης μειώνεται σταδιακά και η φόρτιση τελειώνει όταν είναι μικρότερη από μια συγκεκριμένη τιμή.

Σε όλη τη διαδικασία, διαφορετικές μπαταρίες έχουν διαφορετικά τυπικά ρεύματα φόρτισης. Για παράδειγμα, το πρότυπο μπαταρίας για προϊόντα 3C είναι γενικά 0,1C-0,5C, και για μπαταρίες υψηλής ισχύος, η τυπική φόρτιση είναι γενικά 1C. Η επιλογή χαμηλότερου ρεύματος φόρτισης λαμβάνει επίσης υπόψη την ασφάλεια της μπαταρίας. Επομένως, η συνήθης γρήγορη φόρτιση αναφέρεται στο ρεύμα φόρτισης που είναι αρκετές φορές έως δεκάδες φορές υψηλότερο από το τυπικό ρεύμα φόρτισης.

Μερικοί άνθρωποι λένε ότι η φόρτιση μιας μπαταρίας λιθίου είναι σαν να ρίχνεις μπύρα. Είναι&# 39 γρήγορα και γεμίζει με μπύρα, αλλά έχει πολύ αφρό. Το χύσιμο είναι αργό και αργό, αλλά υπάρχει πολύ μπύρα, η οποία είναι πολύ πραγματική. Ενώ η γρήγορη φόρτιση εξοικονομεί χρόνο φόρτισης, θα προκαλέσει επίσης μεγαλύτερη ζημιά στην ίδια την μπαταρία. Λόγω του φαινομένου της πόλωσης της μπαταρίας, το μέγιστο ρεύμα φόρτισης που μπορεί να αποδεχθεί θα μειωθεί με την αύξηση του κύκλου φόρτισης και εκφόρτισης. Όταν η φόρτιση συνεχίζεται και το ρεύμα φόρτισης είναι μεγάλο, η συγκέντρωση ιόντων στο ηλεκτρόδιο θα αυξηθεί και η πόλωση θα αυξηθεί. Η τάση του τερματικού δεν μπορεί να είναι άμεσα γραμμική ανάλογη με τη φορτισμένη ισχύ / ενέργεια. Ταυτόχρονα, κατά τη φόρτιση με υψηλό ρεύμα, η αύξηση της εσωτερικής αντίστασης θα αυξήσει το φαινόμενο θέρμανσης Joule (Q=I2Rt) και θα προκαλέσει παρενέργειες, όπως η αποσύνθεση της αντίδρασης του ηλεκτρολύτη, η παραγωγή αερίου και μια σειρά προβλημάτων. Ο παράγοντας κινδύνου αυξάνεται ξαφνικά, κάτι που θα επηρεάσει την ασφάλεια της μπαταρίας. Επιρροή, η διάρκεια ζωής των μη ηλεκτρικών στηλών μπαταριών θα μειωθεί αναπόφευκτα.

01 υλικό καθόδου

Η διαδικασία της γρήγορης φόρτισης των μπαταριών λιθίου είναι η διαδικασία ταχείας μετεγκατάστασης του Li + στο θετικό ηλεκτρόδιο υλικό στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Το μέγεθος σωματιδίων του θετικού υλικού ηλεκτροδίου μπορεί να επηρεάσει το χρόνο απόκρισης της ηλεκτροχημικής διαδικασίας της μπαταρίας, τη διαδρομή διάχυσης των ιόντων κ.λπ. Σύμφωνα με έρευνα, καθώς το μέγεθος κόκκου του υλικού μειώνεται, αυξάνεται ο συντελεστής διάχυσης των ιόντων λιθίου. Ωστόσο, καθώς το μέγεθος σωματιδίων του υλικού μειώνεται, θα υπάρξει σοβαρή συσσωμάτωση σωματιδίων στην παραγωγή χαρτοπολτού, με αποτέλεσμα άνιση διασπορά. Ταυτόχρονα, τα νανοσωματίδια θα μειώσουν την πυκνότητα συμπίεσης των τεμαχίων πόλων και θα έρθουν σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης και εκφόρτισης. Η περιοχή αυξάνεται και οι παρενέργειες επηρεάζουν την απόδοση της μπαταρίας.

Μια πιο αξιόπιστη μέθοδος είναι η επίστρωση και η τροποποίηση του θετικού υλικού ηλεκτροδίου. Για παράδειγμα, η αγωγιμότητα του ίδιου του LFP δεν είναι πολύ καλή. Αφού η επιφάνεια επικαλυφθεί με υλικό άνθρακα ή άλλα υλικά, η αγωγιμότητά της μπορεί να βελτιωθεί, κάτι που είναι ευεργετικό για τη βελτίωση της γρήγορης φόρτισης της μπαταρίας. εκτέλεση.

02 Υλικό ανόδου

Η γρήγορη φόρτιση των μπαταριών λιθίου σημαίνει ότι τα ιόντα λιθίου εξάγονται γρήγορα και&«κολύμβηση GG»; στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Προς το παρόν, το αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου πρέπει να έχει την ικανότητα να εισάγει γρήγορα λίθιο. Τα υλικά ανόδου που χρησιμοποιούνται για γρήγορη φόρτιση μπαταριών λιθίου περιλαμβάνουν υλικά άνθρακα, τιτανικό λίθιο και άλλα νέα υλικά.

Για υλικά άνθρακα, δεδομένου ότι το δυναμικό εισαγωγής λιθίου είναι παρόμοιο με το δυναμικό καταβύθισης λιθίου, στην περίπτωση συμβατικής φόρτισης, τα ιόντα λιθίου γενικά κατά προτίμηση εισάγονται σε γραφίτη, αλλά υπό συνθήκες γρήγορης φόρτισης ή χαμηλής θερμοκρασίας, ιόντα λιθίου μπορεί να καθιζάνουν επιφάνεια για να σχηματίσει δενδριτικό λίθιο. Το Dendrite lithium διαπερνά το SEI, προκαλώντας δευτερογενή απώλεια Li + και μείωση της χωρητικότητας της μπαταρίας. Όταν το μέταλλο λιθίου φτάσει σε μια ορισμένη ποσότητα, θα αναπτυχθεί από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στον διαχωριστή, προκαλώντας τον κίνδυνο βραχυκυκλώματος της μπαταρίας.

Για το LTO, είναι ένα&«μηδενικό στέλεχος GG». αρνητικό ηλεκτρόδιο που περιέχει οξυγόνο, το οποίο δεν παράγει SEI όταν λειτουργεί η μπαταρία και έχει ισχυρότερη ικανότητα σύνδεσης με ιόντα λιθίου, τα οποία μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις της γρήγορης φόρτισης και της γρήγορης εκφόρτισης Ταυτόχρονα, ακριβώς επειδή το SEI δεν μπορεί να σχηματιστεί, το αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου θα έρθει απευθείας σε επαφή με τον ηλεκτρολύτη, ο οποίος προάγει την εμφάνιση παρενεργειών. Το πρόβλημα παραγωγής αερίου των μπαταριών LTO δεν μπορεί να επιλυθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και μπορεί να μετριαστεί μόνο με τροποποίηση της επιφάνειας.

03 λύση ηλεκτροδίου

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, λόγω της ασυνέπειας της ταχύτητας μετανάστευσης ιόντων λιθίου και του ρυθμού μετάδοσης ηλεκτρονίων κατά τη γρήγορη φόρτιση, η μπαταρία θα έχει μεγαλύτερη πόλωση. Έτσι, για να ελαχιστοποιηθεί η αρνητική αντίδραση που προκαλείται από την πόλωση της μπαταρίας, τα ακόλουθα τρία σημεία θα είναι η κατεύθυνση της έρευνας και ανάπτυξης ηλεκτρολυτών: 1. Υψηλός βαθμός αποσύνδεσης άλας ηλεκτρολύτη. 2. Ανασυνδυασμός διαλύτη - χαμηλότερο ιξώδες. 3. Αντίσταση διεπαφής ελέγχου-μεμβράνης Χαμηλότερη.

04 Η σχέση μεταξύ τεχνολογίας παραγωγής και γρήγορης φόρτισης

Προηγουμένως, οι απαιτήσεις και τα αποτελέσματα της γρήγορης φόρτισης αναλύθηκαν από τρία βασικά υλικά, όπως θετικά και αρνητικά υλικά ηλεκτροδίων και υγρό ηλεκτροδίων. Το παρακάτω είναι ένα σχέδιο διεργασιών που έχει σχετικά μεγάλο αντίκτυπο. Οι παράμετροι της διαδικασίας κατασκευής της μπαταρίας επηρεάζουν άμεσα την αντίσταση μετανάστευσης των ιόντων λιθίου σε διάφορα μέρη της μπαταρίας πριν και μετά την ενεργοποίηση της μπαταρίας, έτσι οι παράμετροι της διαδικασίας κατασκευής της μπαταρίας έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση της μπαταρίας ιόντων λιθίου.

(1) πολτός

Όσον αφορά τις ιδιότητες του πολτού, μία άποψη είναι η διατήρηση ομοιόμορφης διασποράς του αγώγιμου παράγοντα. Επειδή ο αγώγιμος παράγοντας κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ των σωματιδίων του ενεργού υλικού, μπορεί να σχηματιστεί ένα σχετικά ομοιόμορφο αγώγιμο δίκτυο μεταξύ των δραστικών υλικών και μεταξύ του δραστικού υλικού και του τρέχοντος συλλέκτη, ο οποίος έχει τη λειτουργία της συλλογής μικρο ρευμάτων, της μείωσης της αντίστασης επαφής και της αύξησης η ταχύτητα των ηλεκτρονίων. . Η άλλη άποψη είναι να αποφευχθεί η υπερβολική διασπορά του αγώγιμου παράγοντα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισης και εκφόρτισης, η κρυσταλλική δομή των θετικών και αρνητικών υλικών θα αλλάξει, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει την αποκόλληση του αγώγιμου παράγοντα, την αύξηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας και την απόδοση.

(2) Πυκνότητα περιοχής τεμαχίου πόλου

Θεωρητικά, οι μπαταρίες τύπου ρυθμού και οι μπαταρίες υψηλής χωρητικότητας δεν μπορούν να έχουν και τα δύο. Όταν η επιφανειακή πυκνότητα των θετικών και αρνητικών πόλων είναι χαμηλή, ο ρυθμός διάχυσης των ιόντων λιθίου μπορεί να αυξηθεί και η αντίσταση της μετανάστευσης ιόντων και ηλεκτρονίων μπορεί να μειωθεί. Όσο χαμηλότερη είναι η πυκνότητα επιφανείας, τόσο λεπτότερο είναι το πόλο και τόσο μικρότερη είναι η αλλαγή στη δομή του τεμαχίου πόλου που προκαλείται από τη συνεχή εισαγωγή και εξαγωγή ιόντων λιθίου κατά τη φόρτιση και εκφόρτιση. Ωστόσο, εάν η επιφανειακή πυκνότητα είναι πολύ χαμηλή, η ενεργειακή πυκνότητα της μπαταρίας θα μειωθεί και το κόστος θα αυξηθεί, οπότε απαιτείται μια συνολική εκτίμηση της πυκνότητας της περιοχής. Το παρακάτω σχήμα είναι ένα παράδειγμα φόρτισης 6C και εκφόρτισης 1C μπαταρίας οξειδίου του λιθίου κοβαλτίου, μπορείτε να δείτε:

(3) Συνοχή της επίστρωσης πόλων

Ένας φίλος ρώτησε πριν, η ασυνεπής επιφανειακή πυκνότητα των πόλων θα επηρεάσει την μπαταρία; Παρεμπιπτόντως, για γρήγορη απόδοση φόρτισης, είναι κυρίως η συνέπεια του αρνητικού πόλου. Εάν η επιφανειακή πυκνότητα του αρνητικού ηλεκτροδίου είναι ασυνεπής, μετά την κύλιση, το εσωτερικό πορώδες του ενεργού υλικού θα είναι αρκετά διαφορετικό. Η διαφορά στο πορώδες θα προκαλέσει τη διαφορά στην εσωτερική κατανομή ρεύματος, θα επηρεάσει το σχηματισμό και την απόδοση του SEI στο στάδιο σχηματισμού της μπαταρίας και τελικά θα επηρεάσει τη γρήγορη απόδοση φόρτισης της μπαταρίας.

(4) Πυκνότητα συμπίεσης του πόλου

Γιατί πρέπει να συμπιεστεί το στύλο; Το ένα είναι η αύξηση της ειδικής ενέργειας της μπαταρίας και η άλλη είναι η βελτίωση της απόδοσης της μπαταρίας. Τα διαφορετικά υλικά ηλεκτροδίων έχουν διαφορετική βέλτιστη πυκνότητα συμπίεσης. Αυξάνοντας την πυκνότητα συμπίεσης, όσο μικρότερο είναι το πορώδες του τεμαχίου πόλου του ηλεκτροδίου, τόσο στενότερη είναι η σύνδεση μεταξύ των σωματιδίων και τόσο μικρότερο είναι το πάχος του τεμαχίου πόλου κάτω από την ίδια πυκνότητα ισότητας, μειώνοντας έτσι τη διαδρομή μετανάστευσης των ιόντων λιθίου. Όταν η πυκνότητα συμπίεσης είναι πολύ υψηλή, το φαινόμενο διήθησης ηλεκτρολύτη δεν είναι καλό, το οποίο μπορεί να βλάψει τη δομή του υλικού και την κατανομή του αγώγιμου παράγοντα, και προβλήματα περιέλιξης θα προκύψουν αργότερα. Το ίδιο είναι το φορτίο 6C της φόρτισης μπαταρίας 1C μπαταρίας οξειδίου του λιθίου, η επίδραση της πυκνότητας συμπίεσης στην ειδική χωρητικότητα εκφόρτισης έχει ως εξής:

05 Χημική γήρανση και άλλα

Για τις μπαταρίες ανόδου άνθρακα, η γήρανση σχηματισμού αποτελεί βασική διαδικασία για τις μπαταρίες λιθίου και αυτή η διαδικασία θα επηρεάσει την ποιότητα της SEI. Το ανομοιογενές πάχος ή η ασταθής δομή του SEI θα επηρεάσει τη γρήγορη ικανότητα φόρτισης και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Εκτός από τους παραπάνω σημαντικούς παράγοντες, η παραγωγή κυψελών και τα συστήματα φόρτισης και εκφόρτισης θα έχουν μεγαλύτερο αντίκτυπο στην απόδοση των μπαταριών λιθίου. Καθώς ο χρόνος χρήσης παρατείνεται, ο ρυθμός φόρτισης της μπαταρίας θα πρέπει να μειωθεί μέτρια, διαφορετικά θα αυξήσει την πόλωση.

συμπέρασμα

Η ουσία της ταχείας φόρτισης και εκφόρτισης μπαταριών λιθίου είναι ότι τα ιόντα λιθίου μπορούν να εξαχθούν γρήγορα μεταξύ των θετικών και αρνητικών υλικών. Οι ιδιότητες του υλικού της μπαταρίας, ο σχεδιασμός της διαδικασίας και το σύστημα φόρτισης και εκφόρτισης θα έχουν αντίκτυπο στην υψηλή τρέχουσα απόδοση φόρτισης. Η δομική σταθερότητα των θετικών και αρνητικών υλικών ηλεκτροδίων δεν θα προκαλέσει δομική κατάρρευση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ταχείας αφαίρεσης λιθίου, και τα ιόντα λιθίου διαχέονται γρηγορότερα στο υλικό για να αντέχουν την υψηλή φόρτιση ρεύματος. Λόγω της αναντιστοιχίας μεταξύ της ταχύτητας μετανάστευσης ιόντων και του ρυθμού μετάδοσης ηλεκτρονίων, η πόλωση θα συμβεί κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση. Είναι απαραίτητο να μειωθεί η πόλωση όσο το δυνατόν περισσότερο για να αποφευχθεί η καθίζηση του μετάλλου λιθίου και να μειωθεί η ικανότητα να επηρεάσει τη ζωή.