Hitro polnjenje litijeve baterije

Izposodite si to sliko za ponazoritev postopka polnjenja akumulatorja, abscisa je čas, ordinata pa napetost. Na začetku polnjenja litijeve baterije bo potekal majhen trenutni postopek predpolnjenja, to je CC predpolnjenja, namen je stabilizirati pozitivne in negativne materiale. Po tem, ko je stanje akumulatorja stabilno, ga je mogoče prilagoditi polnjenju z visokim tokom, to je CC Fast Charge. Na koncu vstopite v način polnjenja s konstantno napetostjo (CV). Pri litijevih baterijah sistem zažene način konstantne napetosti, ko zazna, da napetost doseže 4,2 V, se polnilni tok postopoma zmanjšuje in polnjenje se konča, ko je manjša od določene vrednosti.

V celotnem postopku imajo različne baterije različne standardne polnilne tokove. Na primer, standard baterij za izdelke 3C je na splošno 0,1C-0,5C, pri baterijah z visoko močjo pa je običajno polnjenje običajno 1C. Izbira nižjega polnilnega toka upošteva tudi varnost baterije. Zato se običajno hitro polnjenje nanaša na polnilni tok, ki je nekajkrat do desetkrat večji od običajnega polnilnega toka.

Nekateri pravijo, da je polnjenje litijeve baterije kot točenje piva. Je' hiter in se napolni s pivom, vendar ima veliko pene. Nalivanje je počasi in počasi, a piva je veliko, kar je zelo resnično. Medtem ko hitro polnjenje prihrani čas polnjenja, bo povzročilo večjo škodo tudi sami bateriji. Zaradi polarizacijskega pojava v bateriji se bo največji polnilni tok, ki ga lahko sprejme, zmanjšal s povečanjem cikla polnjenja in praznjenja. Ko se naboj nadaljuje in je tok naboja velik, se koncentracija ionov na elektrodi poveča in polarizacija se poveča. Napetost sponke ne more biti neposredno linearno sorazmerna z napolnjeno močjo / energijo. Hkrati bo pri polnjenju z visokim tokom povečanje notranjega upora povečalo učinek Joulovega ogrevanja (Q=I2Rt) in povzročilo neželene reakcije, kot so reakcijska razgradnja elektrolita, nastajanje plinov in vrsta težav. Faktor tveganja se nenadoma poveča, kar bo vplivalo na varnost akumulatorja. Vpliv na to, da se bo življenjska doba baterij brez moči neizogibno močno skrajšala.

01 Katodni material

Postopek hitrega polnjenja litijevih baterij je postopek hitre migracije Li + v materialu pozitivne elektrode v negativno elektrodo. Velikost delcev materiala pozitivne elektrode lahko vpliva na odzivni čas elektrokemijskega procesa akumulatorja, difuzijsko pot ionov itd. Po raziskavah se z zmanjšanjem velikosti zrn materiala koeficient difuzije litijevih ionov poveča. Ko pa se velikost delcev materiala zmanjša, bo pri proizvodnji celuloze prišlo do resne aglomeracije delcev, kar bo povzročilo neenakomerno disperzijo. Hkrati bodo nanodelci zmanjšali gostoto stiskanja drogov in med postopkom polnjenja in praznjenja stikali z elektrolitom. Območje se poveča in neželeni učinki vplivajo na delovanje baterije.

Zanesljivejša metoda je premazovanje in spreminjanje materiala pozitivne elektrode. Na primer, sama prevodnost LFP ni zelo dobra. Ko je površina prevlečena z ogljikovim materialom ali drugimi materiali, se lahko izboljša njegova prevodnost, kar je koristno za izboljšanje hitrega polnjenja baterije. izvedba.

02 Anodni material

Hitro polnjenje litijevih baterij pomeni, da se litijevi ioni hitro ekstrahirajo in" plavanje" na negativno elektrodo. Takrat mora imeti material z negativno elektrodo sposobnost hitrega vstavljanja litija. Anodni materiali, ki se uporabljajo za hitro polnjenje litijevih baterij, vključujejo ogljikove materiale, litijev titanat in druge nove materiale.

Ker je potencial vnosa litija podoben potencialu litijevih padavin, je pri običajnem polnjenju litij-ione navadno prednostno vstaviti v grafit, vendar se lahko pri hitrem polnjenju ali nizkih temperaturah litijevi ioni oborijo na površino, da tvori dendritični litij. Dendrit litij prebija SEI, kar povzroča sekundarno izgubo Li + in zmanjšuje kapaciteto baterije. Ko litijeva kovina doseže določeno količino, zraste iz negativne elektrode v separator, kar povzroči tveganje kratkega stika baterije.

Za LTO je" brez deformacije" material z negativno elektrodo, ki vsebuje kisik, ki ne ustvarja SEI, ko baterija deluje, in ima močnejšo vezavno sposobnost z litijevimi ioni, ki lahko ustreza zahtevam hitrega polnjenja in hitrega praznjenja. Hkrati pa ravno zaradi tega, ker SEI ne more nastati, bo material negativne elektrode neposredno prišel v stik z elektrolitom, kar spodbuja pojav stranskih reakcij. Težave s proizvodnjo plina LTO baterij ni mogoče dolgo rešiti in jo je mogoče ublažiti samo s površinsko modifikacijo.

03 Raztopina elektrode

Kot smo že omenili, bo imela baterija zaradi neskladnosti hitrosti migracije litijevih ionov in hitrosti prenosa elektronov med hitrim polnjenjem večjo polarizacijo. Da bi zmanjšali negativno reakcijo, ki jo povzroča polarizacija akumulatorja, bodo naslednje tri točke usmerjene v raziskave in razvoj elektrolitov: 1. elektrolitska sol z visoko stopnjo disociacije; 2. rekombinacija topila - nižja viskoznost; 3. Impedanca krmiljenja vmesnika - spodnja.

04 Razmerje med proizvodno tehnologijo in hitrim polnjenjem

Pred tem so zahteve in učinke hitrega polnjenja analizirali iz treh ključnih materialov, kot so materiali s pozitivno in negativno elektrodo ter tekočina z elektrodami. V nadaljevanju je zasnova procesa, ki ima sorazmerno velik vpliv. Parametri postopka izdelave baterij neposredno vplivajo na odpornost litijevih ionov na selitev v različnih delih akumulatorja pred in po aktivaciji akumulatorja, zato imajo parametri postopka izdelave baterij pomemben vpliv na delovanje litij-ionske baterije.

(1) Gnojevka

Kar zadeva lastnosti gošče, je en vidik vzdrževanje enakomerne disperzije prevodnega sredstva. Ker je prevodno sredstvo enakomerno porazdeljeno med delce aktivnega materiala, lahko med aktivnimi snovmi in med aktivnim materialom in tokovnim zbiralnikom nastane sorazmerno enakomerna prevodna mreža, ki ima funkcijo zbiranja mikrotokov, zmanjšanja kontaktnega upora in povečanja hitrost elektronov. . Drugi vidik je preprečiti prekomerno razpršitev prevodnega sredstva. Med postopkom polnjenja in praznjenja se bo spremenila kristalna struktura pozitivnih in negativnih materialov, kar lahko povzroči, da se prevodno sredstvo odlepi, poveča notranji upor akumulatorja in vpliva na delovanje.

(2) Gostota površine kosa

V teoriji akumulatorji s hitrim tipom in akumulatorji velike zmogljivosti ne morejo imeti obeh. Ko je površinska gostota pozitivnih in negativnih polnih delov majhna, lahko hitrost difuzije litijevih ionov povečamo in zmanjšamo odpornost migracije ionov in elektronov. Nižja je površinska gostota, tanjši je drog in manjša je sprememba v strukturi droga, ki jo povzroči neprekinjeno vstavljanje in ekstrahiranje litijevih ionov med polnjenjem in praznjenjem. Če pa je površinska gostota prenizka, se bo energijska gostota baterije zmanjšala, stroški pa se bodo povečali, zato je treba izčrpno upoštevati površinsko gostoto. Naslednja slika je primer polnjenja s 6C in praznjenja lC baterija iz litijevega kobaltovega oksida, ki ga lahko vidite:

(3) Doslednost prevleke drogov

Pred tem je prijatelj vprašal, ali bo neskladna površinska gostota polov vplivala na baterijo? Mimogrede, za hitro polnjenje je v glavnem skladnost negativnega pola. Če je površinska gostota negativne elektrode neskladna, bo po valjanju notranja poroznost aktivnega materiala precej drugačna. Razlika v poroznosti bo povzročila razliko v notranji porazdelitvi toka, vplivala na oblikovanje in delovanje SEI v fazi oblikovanja akumulatorja in na koncu vplivala na hitro polnjenje baterije.

(4) Gostota stiskanja droga

Zakaj je treba drog stisniti? Eno je povečati specifično energijo baterije, drugo pa izboljšati delovanje baterije. Različni materiali za elektrode imajo različno optimalno gostoto stiskanja. Povečanje gostote zbijanja, manjša je poroznost elektrodnega droga, tesnejša je povezava med delci in manjša je debelina droga pod enako površinsko gostoto, s čimer se zmanjša migracijska pot litijevih ionov. Če je gostota zbijanja previsoka, učinek infiltracije elektrolitov ni dober, kar lahko poškoduje strukturo materiala in porazdelitev prevodnega sredstva, težave z navijanjem pa se pojavijo kasneje. Enako je 6C polnjenje litijevega kobaltovega oksidnega akumulatorja 1C, praznjenje stiskanja na specifično zmogljivost praznjenja pa je naslednje:

05 Kemično staranje in drugo

Pri ogljikovih anodnih baterijah je staranje ključni postopek za litijeve baterije in ta postopek bo vplival na kakovost SEI. Neenakomerna debelina ali nestabilna struktura SEI bo vplivala na hitro zmogljivost polnjenja in življenjsko dobo baterije.

Poleg zgoraj omenjenih več pomembnih dejavnikov bodo imeli sistemi za proizvodnjo in polnjenje in praznjenje celic večji vpliv na delovanje litijevih baterij. Ker se čas uporabe podaljšuje, je treba stopnjo polnjenja akumulatorja zmerno zmanjšati, sicer se poveča polarizacija.

Zaključek

Bistvo hitrega polnjenja in praznjenja litijevih baterij je, da lahko litijeve ione hitro ekstrahiramo med pozitivnimi in negativnimi materiali. Lastnosti materiala akumulatorja, zasnova postopka ter sistem polnjenja in praznjenja bodo vplivali na visoko zmogljivost polnjenja. Strukturna stabilnost materialov s pozitivno in negativno elektrodo med hitrim postopkom odstranjevanja litija ne bo povzročila strukturnega kolapsa, litijevi ioni pa se v materialu hitreje difundirajo, da prenesejo polnjenje z visokim tokom. Zaradi neskladja med hitrostjo migracije ionov in hitrostjo prenosa elektronov bo med polnjenjem in praznjenjem prišlo do polarizacije. Treba je čim bolj zmanjšati polarizacijo, da preprečimo obarjanje kovine litija in zmanjšamo sposobnost vpliva na življenje.