Brzo punjenje litij baterije

Posudite ovu figuru za ilustraciju procesa punjenja baterije, abscissa je vrijeme i običan je napon. Na početku punjenja litij baterije bit će mali trenutačni proces prednaboja, to jest, CC Prednaboj, svrha je stabilizirati pozitivne i negativne materijale. Nakon toga, nakon što je stanje baterije stabilno, može se podesiti na punjenje visoke struje, to jest CC Brzo punjenje. Konačno, unesite konstantni način punjenja napona (CV). Kod litij baterija sustav pokreće način stalnog punjenja napona nakon što otkrije da napon dostiže 4,2V, struja punjenja se postupno smanjuje, a punjenje završava kada je manji od određene vrijednosti.

U cijelom procesu različite baterije imaju različite standardne struje punjenja. Na primjer, standard baterije za 3C proizvode je općenito 0.1C-0.5C, a za baterije velike snage standardno punjenje je općenito 1C. Odabirom niže struje punjenja razmatra se i sigurnost baterije. Stoga se uobičajeno brzo punjenje odnosi na struje punjenja koja je nekoliko puta do desetina puta veća od standardne struje punjenja.

Neki ljudi kažu da je punjenje litij baterije kao točenje piva. Brzo je i puni se pivom, ali ima puno pjene. Sipanje je sporo i sporo, ali ima puno piva, što je vrlo stvarno. Dok brzo punjenje štedi vrijeme punjenja, to će također uzrokovati veća oštećenja same baterije. Zbog fenomena polarizacije u bateriji, maksimalna struja punjenja koju može prihvatiti će se snižiti s povećanjem ciklusa punjenja i pražnjenja. Kada se naboj nastavi i struja naboja je velika, koncentracija iona kod elektrode će se povećati, a polarizacija će se povećati. Terminalni napon ne može biti izravno približno proporcionalan nabijenoj snazi/energiji. Istovremeno, prilikom punjenja visokom strujom, povećanje unutarnje otpornosti povećat će Jouleov učinak grijanja (Q=I2Rt), te uzrokovati nuspojave, kao što su raspadanje reakcije elektrolita, proizvodnja plina i niz problema. Faktor rizika se iznenada povećava, što će utjecati na sigurnost baterije. Utjecaj, život nenapajajućih baterija neizbježno će biti uvelike skraćen.

01 Katodni materijal

Proces brzog punjenja litij baterija je proces brze migracije Li+ u pozitivnom elektrodnom materijalu u negativnu elektrodu. Veličina čestica pozitivnog elektrodnog materijala može utjecati na vrijeme odziva elektrokemijskog procesa baterije, difuzijski put iona itd. Prema istraživanjima, kako se veličina zrna materijala smanjuje, povećava se koeficijent difuzije litija iona. Međutim, kako se veličina čestica materijala smanjuje, doći će do ozbiljne aglomeracije čestica u proizvodnji pulpe, što će rezultirati neuobičajenom disperzijom. Istovremeno, nanočestice će smanjiti gustoću zbijanja komada pola i kontaktirati elektrolit tijekom procesa punjenja i pražnjenja. Područje se povećava i bočne reakcije utječu na performanse baterije.

Pouzdanija metoda je kaput i modificiranje pozitivnog elektrodnog materijala. Na primjer, vodljivost samog LFP-a nije baš dobra. Nakon što je površina obložena ugljikovim materijalom ili drugim materijalima, može se poboljšati njegova vodljivost, što je korisno za poboljšanje brzog punjenja baterije. Performanse.

02 Anodni materijal

Brzo punjenje litij baterija znači da se ioni litija brzo izvlače i "plivaju" do negativne elektrode. U ovom trenutku, negativna elektroda materijal treba imati mogućnost brzog umetanja litija. Anodni materijali koji se koriste za brzo punjenje litij baterija uključuju ugljikove materijale, litij titanat i druge nove materijale.

Za ugljikove materijale, budući da je potencijal umetanja litija sličan potencijalu padalina litija, u slučaju konvencionalnog punjenja, litijevi ioni se općenito preferencijalno ubačaju u grafit, ali pod brzim punjenjem ili uvjetima niske temperature, litijevi ioni mogu precipitirati na površini kako bi formirali dendritski litij . Dendritni litij probija SEI, uzrokujući sekundarni gubitak Li+ i smanjenje kapaciteta baterije. Kada litij metal dostigne određenu količinu, narast će od negativne elektrode do separatora, uzrokujući opasnost od kratkog spoja baterije.

Za LTO, to je "nulti naprezanje" kisik-sadrži negativan elektrode materijal, koji ne proizvodi SEI kada je baterija radi, i ima jači kapacitet vezivanja s litij-iona, koji može zadovoljiti zahtjeve brzog punjenja i brzog pražnjenje. U isto vrijeme, upravo zato što se SEI ne može formirati, negativna elektroda materijal će izravno kontaktirati elektrolit, koji potiče pojavu bočne reakcije. Problem proizvodnje plina LTO baterija ne može se riješiti dugo vremena i može se ublažiti samo izmjenom površine.

03 Otopina elektroda

Kao što je ranije spomenuto, zbog nesusljednosti brzine migracije litij-iona i brzine prijenosa elektrona tijekom brzog punjenja, baterija će imati veću polarizaciju. Dakle, kako bi se smanjila negativna reakcija uzrokovana polarizacijom baterije, sljedeće tri točke će biti smjer istraživanja i razvoja elektrolita: 1. Visoka disocijacija stupanj elektrolita soli; 2. Rekombinacija otapala-niža viskoznost; 3. Impedancija kontrole-membrane sučelja Niža.

04 Odnos tehnologije proizvodnje i brzog punjenja

Prethodno su se analizirali zahtjevi i učinci brzog punjenja iz tri ključna materijala, kao što su pozitivni i negativni elektrodni materijali i elektrodna tekućina. Slijedi dizajn procesa koji ima relativno velik utjecaj. Parametri procesa proizvodnje baterije izravno utječu na otpornost litija u raznim dijelovima baterije prije i nakon aktiviranja baterije, pa parametri procesa proizvodnje baterije imaju važan utjecaj na performanse litij-ione baterije.

(1) Mulj

Što se tiče svojstava gnojnice, jedan aspekt je održavanje jednolično raspršivanje vodnog sredstva. Budući da je vodljivo sredstvo ravnomjerno raspoređeno među česticama aktivnog materijala, može se formirati relativno ujednačena vodljiva mreža između aktivnih materijala i između aktivnog materijala i trenutnog kolekcionara, koji ima funkciju prikupljanja mikro struja, smanjenja kontaktne otpornosti, te povećanja brzine elektrona. . Drugi aspekt je spriječiti preusmjeravanje provodnog sredstva. Tijekom procesa punjenja i pražnjenja promijenit će se kristalna struktura pozitivnih i negativnih materijala, što može uzrokovati da se vodljivo sredstvo oljušti, poveća unutarnji otpor baterije i utječe na performanse.

(2) Gustoća područja stupa

U teoriji, baterije tipa stope i baterije velikog kapaciteta ne mogu imati obje. Kada je gustoća površine pozitivnih i negativnih komada pola niska, može se povećati brzina difuzije litijevih iona, a otpor migracije iona i elektrona može se smanjiti. Što je manja gustoća areala, to je tanji dio stupa, a manja je promjena strukture pola komada uzrokovana kontinuiranim umetanjem i vađenjem litij-iona tijekom punjenja i pražnjenja. Međutim, ako je gustoća areala preniska, smanjit će se energetska gustoća baterije i trošak će se povećati, pa je potrebno sveobuhvatno razmatranje gustoće areala. Sljedeća slika je primjer punjenja 6C i 1C pražnjenje litij kobalt oksid baterije, možete vidjeti:

(3) Dosljednost premaza od stupa

Prijatelj je pitao prije, hoće li neusmjerena gustoća površine stupova utjecati na bateriju? Usput, za performanse brzog punjenja, uglavnom je dosljednost negativnog pola komada. Ako je površinska gustoća negativne elektrode neusmjerena, nakon valjanja, unutarnja poroznost aktivnog materijala bit će sasvim drugačija. Razlika u poroznosti će uzrokovati razliku u unutarnjoj distribuciji struje, utjecati na formiranje i performanse SEI u fazi formiranja baterije, i na kraju utjecati na performanse brzog punjenja baterije.

(4) Gustoća zbijanja komada stupa

Zašto bi komad stupa trebao biti zbijen? Jedan je povećati specifičnu energiju baterije, a drugi je poboljšati performanse baterije. Različiti elektrodni materijali imaju različitu optimalnu gustoću sabijanja. Povećavajući gustoću sažimanja, manja je poroznost elektrodnog pola komada, to je zategnutija veza između čestica, a manja je debljina pola komada pod istom arealnom gustoćom, čime se smanjuje migracijski put litijevih iona. Kada je gustoća sabijanja prevelika, učinak infiltracije elektrolita nije dobar, što može oštetiti materijalnu strukturu i distribuciju vodljivih sredstava, a problemi s navijanjem će se pojaviti kasnije. Isto je 6C punjenje litij kobalt oksid baterije 1C pražnjenje, utjecaj gustoće zbijanja na ispuštanje specifičan kapacitet je sljedeći:

05 Kemijsko starenje i drugi

Za ugljikove anodne baterije, formiranje-starenje je ključni proces za litij baterije, a ovaj proces će utjecati na kvalitetu SEI. Neusklađena debljina ili nestabilna struktura SEI-ja utjecat će na kapacitet brzog punjenja i trajanje ciklusa baterije.

Osim gore navedenih nekoliko važnih čimbenika, proizvodnja stanica i sustavi punjenja i pražnjenje imat će veći utjecaj na performanse litij baterija. Kako je vrijeme korištenja produljeno, brzina punjenja baterije treba umjereno smanjiti, inače će povećati polarizaciju.

Zaključak

Bit brzog punjenja i pražnjenje litij baterija je da se ioni litija mogu brzo izdvojiti između pozitivnih i negativnih materijala. Svojstva materijala baterije, dizajn procesa i sustav punjenja i pražnjenje svi će imati utjecaj na visoke performanse punjenja struje. Strukturna stabilnost pozitivnih i negativnih elektrodnih materijala neće uzrokovati strukturni kolaps tijekom procesa brzog uklanjanja litija, a ioni litija se brže difuzuju u materijalu kako bi izdržao punjenje visoke struje. Zbog neusklađenosti između brzine iona migracije i brzine prijenosa elektrona, polarizacija će se pojaviti tijekom punjenja i pražnjenja. Potrebno je što više smanjiti polarizaciju kako bi se spriječile padalina litij metala i smanjili kapaciteti da utječu na život.