Литиева батерия бързо зареждане

Заемете тази цифра, за да илюстрирате процеса на зареждане на батерията, абсцисата е времето, а ординатата е напрежението. Ще има малък текущ процес на предварително зареждане в началото на зареждането на литиева батерия, т.е. CC предварително зареждане, целта е да се стабилизират положителните и отрицателните материали. След това, след като състоянието на батерията е стабилно, то може да бъде настроено към зареждане с висок ток, т.е. CC Fast Charge. Накрая влезте в режим на зареждане с постоянно напрежение (CV). При литиевите батерии системата стартира режим на зареждане с постоянно напрежение, след като установи, че напрежението достига 4.2V, токът на зареждане постепенно намалява и зареждането приключва, когато е по-малко от определена стойност.

В целия процес различните батерии имат различни стандартни токове на зареждане. Например стандартът на батерията за 3C продукти обикновено е 0,1C-0,5C, а за батериите с висока мощност стандартното зареждане обикновено е 1C. Изборът на по-нисък ток на зареждане също отчита безопасността на батерията. Следователно, обичайното бързо зареждане се отнася до зареждащия ток, който е няколко пъти до десетки пъти по-висок от стандартния ток на зареждане.

Някои хора казват, че зареждането на литиева батерия е като наливане на бира. Той е бърз и се пълни с бира, но има много пяна. Налива се бавно и бавно, но има много бира, което е много реално. Докато бързото зареждане спестява време за зареждане, то също ще доведе до по-големи щети на самата батерия. Поради феномена на поляризация в батерията, максималният ток на заряд, който може да приеме, ще намалее с увеличаването на цикъла на зареждане и разреждане. Когато зарядът продължи и токът на заряда е голям, концентрацията на йони в електрода ще се увеличи и поляризацията ще се увеличи. Клемното напрежение не може да бъде пряко линейно пропорционално на заредената мощност / енергия. В същото време, когато се зарежда с висок ток, увеличаването на вътрешното съпротивление ще увеличи ефекта на нагряване на Джоул (Q=I2Rt) и ще предизвика странични реакции, като реакционно разлагане на електролит, производство на газ и редица проблеми. Рисковият фактор внезапно се увеличава, което ще повлияе на безопасността на батерията. Влияние, животът на батериите без мощност неизбежно ще бъде значително съкратен.

01 Катоден материал

Процесът на бързо зареждане на литиеви батерии е процес на бърза миграция на Li + в материала на положителния електрод в отрицателния електрод. Размерът на частиците на материала с положителен електрод може да повлияе на времето за реакция на електрохимичния процес на батерията, дифузионния път на йони и др. Според изследванията, когато размерът на зърната на материала намалява, коефициентът на дифузия на литиевите йони се увеличава. Тъй като обаче размерът на частиците на материала намалява, ще има сериозна агломерация на частици при производството на целулоза, което води до неравномерно разпръскване. В същото време наночастиците ще намалят плътността на уплътняване на полюсните части и ще се свържат с електролита по време на процеса на зареждане и разреждане. Площта се увеличава и страничните реакции влияят върху работата на батерията.

По-надежден метод е покриването и модифицирането на материала с положителни електроди. Например, самата проводимост на LFP не е много добра. След като повърхността е покрита с въглероден материал или други материали, нейната проводимост може да се подобри, което е от полза за подобряване на бързото зареждане на батерията. производителност.

02 Аноден материал

Бързо зареждане на литиеви батерии означава, че литиевите йони бързо се извличат и" плуване" към отрицателния електрод. По това време материалът с отрицателни електроди трябва да има способността бързо да вкарва литий. Анодните материали, използвани за бързо зареждане на литиеви батерии, включват въглеродни материали, литиев титанат и други нови материали.

За въглеродните материали, тъй като потенциалът за вкарване на литий е подобен на потенциала за утаяване на литий, в случай на конвенционално зареждане, литиевите йони обикновено се вкарват за предпочитане в графита, но при бързо зареждане или условия на ниска температура, литиевите йони могат да се утаят върху повърхност за образуване на дендритен литий. Дендритният литий пробива SEI, причинявайки вторична загуба на Li + и намалявайки капацитета на батерията. Когато литиевият метал достигне определено количество, той ще нарасне от отрицателния електрод към сепаратора, причинявайки риск от късо съединение на батерията.

За LTO това е&";&с нулева деформация"; съдържащ кислород материал с отрицателни електроди, който не произвежда SEI, когато батерията работи, и има по-силен свързващ капацитет с литиеви йони, който може да отговори на изискванията за бързо зареждане и бързо разреждане. В същото време, именно защото SEI не може да се образува, материалът с отрицателен електрод ще се свърже директно с електролита, което насърчава появата на странични реакции. Проблемът с производството на газ на LTO батериите не може да бъде решен дълго време и може да бъде облекчен само чрез повърхностна модификация.

03 Електроден разтвор

Както бе споменато по-рано, поради несъответствието на скоростта на литиево-йонна миграция и скоростта на електронно предаване по време на бързо зареждане, батерията ще има по-голяма поляризация. Така че, за да се сведе до минимум отрицателната реакция, причинена от поляризацията на батерията, следните три точки ще бъдат посоката на изследване и развитие на електролитите: 1. Електролитна сол с висока степен на дисоциация; 2. Рекомбинация на разтворител - по-нисък вискозитет; 3. Импеданс на мембраната за управление на интерфейса Долен.

04 Връзката между производствената технология и бързото зареждане

Преди това изискванията и ефектите от бързото зареждане бяха анализирани от три ключови материала, като положителни и отрицателни електродни материали и електродна течност. По-долу е даден процес на процес, който има относително голямо въздействие. Параметрите на производствения процес на батериите пряко влияят на устойчивостта на миграция на литиеви йони в различни части на батерията преди и след активирането на батерията, така че параметрите на производствения процес на батериите имат важно влияние върху производителността на литиево-йонната батерия.

(1) Суспензия

По отношение на свойствата на суспензията, един аспект е да се поддържа еднаква дисперсия на проводимия агент. Тъй като проводимият агент е равномерно разпределен между частиците на активния материал, може да се образува относително еднаква проводяща мрежа между активните материали и между активния материал и токоприемника, който има функцията да събира микротокове, намалява контактното съпротивление и увеличава скоростта на електроните. . Другият аспект е да се предотврати прекомерното разпръскване на проводимия агент. По време на процеса на зареждане и разреждане кристалната структура на положителните и отрицателните материали ще се промени, което може да доведе до отлепване на проводимия агент, да увеличи вътрешното съпротивление на батерията и да повлияе на производителността.

(2) Плътност на площта на полюсите

На теория батериите от висок клас и батериите с голям капацитет не могат да имат и двете. Когато повърхностната плътност на положителните и отрицателните полюсни части е ниска, скоростта на дифузия на литиеви йони може да бъде увеличена и съпротивлението на миграция на йони и електрони може да бъде намалено. Колкото по-ниска е площната плътност, толкова по-тънка е полюсната част и толкова по-малка е промяната в структурата на полюсната част, причинена от непрекъснатото вкарване и извличане на литиеви йони по време на зареждане и разреждане. Въпреки това, ако площната плътност е твърде ниска, енергийната плътност на батерията ще бъде намалена и цената ще се увеличи, така че е необходимо цялостно разглеждане на площната плътност. Следващата фигура е пример за 6C зареждане и 1C разреждане на литиево-кобалтов оксиден акумулатор, можете да видите:

(3) Консистенция на покритието на стълбовете

Един приятел попита преди това, дали несъответстващата повърхностна плътност на полюсите ще повлияе на батерията? Между другото, за бързо изпълнение на зареждането, това е главно консистенцията на отрицателния полюс. Ако повърхностната плътност на отрицателния електрод е непостоянна, след валцуването вътрешната порьозност на активния материал ще бъде съвсем различна. Разликата в порьозността ще доведе до разликата във вътрешното разпределение на тока, ще повлияе на образуването и производителността на SEI на етапа на формиране на батерията и в крайна сметка ще повлияе на ефективността на бързото зареждане на батерията.

(4) Плътност на уплътняване на полюс

Защо полюсът трябва да бъде уплътнен? Единият е да се увеличи специфичната енергия на батерията, а другият е да се подобри работата на батерията. Различните електродни материали имат различна оптимална плътност на уплътняване. Повишавайки плътността на уплътняване, колкото по-малка е порьозността на електродния полюс, толкова по-плътна е връзката между частиците и по-малка дебелината на полюсната част при една и съща площна плътност, като по този начин се намалява пътя на миграция на литиеви йони. Когато плътността на уплътняване е твърде висока, ефектът на електролитна инфилтрация не е добър, което може да повреди структурата на материала и разпределението на проводимия агент, а проблеми с навиването ще възникнат по-късно. Същото е 6C заряд на литиево-кобалтов оксиден разряд 1C, въздействието на плътността на уплътняване върху специфичния капацитет на разтоварване е както следва:

05 Химическо стареене и други

За въглеродните анодни батерии стареенето на образуването е ключов процес за литиевите батерии и този процес ще повлияе на качеството на SEI. Неравномерната дебелина или нестабилната структура на SEI ще повлияе на капацитета за бързо зареждане и живота на батерията.

В допълнение към горните няколко важни фактора, системите за производство и зареждане и разреждане на клетки ще имат по-голямо въздействие върху работата на литиевите батерии. Тъй като времето за използване се удължава, скоростта на зареждане на батерията трябва да бъде умерено намалена, в противен случай това ще увеличи поляризацията.

Заключение

Същността на бързото зареждане и разреждане на литиеви батерии е, че литиевите йони могат бързо да бъдат извлечени между положителните и отрицателните материали. Свойствата на материала на батерията, дизайнът на процеса и системата за зареждане и разреждане ще окажат влияние върху високата текуща производителност на зареждане. Структурната стабилност на положителните и отрицателните електродни материали няма да причини структурен колапс по време на бързия процес на отстраняване на литий, а литиевите йони дифузират по-бързо в материала, за да издържат на високотоково зареждане. Поради несъответствието между скоростта на миграция на йони и скоростта на електронно предаване, ще се получи поляризация по време на зареждане и разреждане. Необходимо е да се намали максимално поляризацията, за да се предотврати утаяването на литиев метал и да се намали способността да се влияе на живота.