Литиевая батарея быстрая зарядка

Воспользуйтесь этим рисунком, чтобы проиллюстрировать процесс зарядки аккумулятора, абсцисса - время, а ордината - напряжение. В начале зарядки литиевой батареи будет происходить небольшой ток предварительной зарядки, то есть предварительная зарядка CC, цель которой состоит в стабилизации положительных и отрицательных материалов. После этого, когда состояние аккумулятора стабилизируется, его можно настроить на сильноточную зарядку, то есть CC Fast Charge. Наконец, войдите в режим зарядки с постоянным напряжением (CV). Для литиевых батарей система запускает режим зарядки с постоянным напряжением после обнаружения, что напряжение достигает 4,2 В, зарядный ток постепенно снижается, и зарядка заканчивается, когда он становится меньше определенного значения.

В целом разные аккумуляторы имеют разные стандартные токи зарядки. Например, стандарт для аккумуляторов продуктов 3C обычно составляет 0,1–0,5 ° C, а для аккумуляторов большой мощности стандартная зарядка обычно составляет 1С. Выбор более низкого зарядного тока также учитывает безопасность батареи. Таким образом, обычная быстрая зарядка относится к зарядному току, который в несколько или десятки раз превышает стандартный зарядный ток.

Некоторые говорят, что зарядка литиевой батареи похожа на наливание пива. Это' быстро и наполняется пивом, но в нем много пены. Налить медленно и медленно, но пива много, что вполне реально. Хотя быстрая зарядка экономит время зарядки, она также приведет к большему повреждению самой батареи. Из-за явления поляризации в аккумуляторе максимальный ток заряда, который он может принимать, будет уменьшаться с увеличением цикла зарядки и разрядки. Когда заряд продолжается и ток заряда большой, концентрация ионов на электроде увеличивается, а поляризация увеличивается. Напряжение на клеммах не может быть прямо пропорционально заряженной мощности / энергии. В то же время при зарядке большим током увеличение внутреннего сопротивления приведет к увеличению эффекта джоулева нагрева (Q=I2Rt) и вызовет побочные реакции, такие как реакция разложения электролита, образование газа и ряд проблем. Фактор риска внезапно возрастает, что скажется на сохранности аккумулятора. Влияние, срок службы автономных аккумуляторов неизбежно значительно сократится.

01 Катодный материал

Процесс быстрой зарядки литиевых батарей - это процесс быстрой миграции Li + из материала положительного электрода в отрицательный. Размер частиц материала положительного электрода может влиять на время отклика электрохимического процесса батареи, путь диффузии ионов и т. Д. Согласно исследованиям, по мере уменьшения размера зерна материала коэффициент диффузии ионов лития увеличивается. Однако по мере уменьшения размера частиц материала при производстве целлюлозы будет происходить серьезная агломерация частиц, что приведет к неравномерному диспергированию. В то же время наночастицы уменьшают плотность уплотнения полюсных наконечников и контактируют с электролитом во время процесса заряда и разряда. Площадь увеличивается, и на работоспособность аккумулятора влияют побочные реакции.

Более надежный метод - это покрытие и модификация материала положительного электрода. Например, проводимость самого LFP не очень хорошая. После того, как поверхность покрыта углеродным материалом или другими материалами, ее проводимость может быть улучшена, что полезно для улучшения быстрой зарядки аккумулятора. производительность.

02 Материал анода

Быстрая зарядка литиевых батарей означает, что ионы лития быстро извлекаются и" плавание" к отрицательному электроду. В это время материал отрицательного электрода должен иметь возможность быстро вводить литий. Анодные материалы, используемые для быстрой зарядки литиевых батарей, включают углеродные материалы, титанат лития и другие новые материалы.

Для углеродных материалов, поскольку потенциал внедрения лития аналогичен потенциалу осаждения лития, в случае обычной зарядки ионы лития обычно предпочтительно вставляются в графит, но в условиях быстрой зарядки или низких температур ионы лития могут осаждаться на поверхности. поверхность с образованием дендритного лития. Дендрит лития проникает через SEI, вызывая вторичную потерю Li + и уменьшая емкость батареи. Когда металлический литий достигает определенного количества, он будет расти от отрицательного электрода к сепаратору, вызывая риск короткого замыкания батареи.

Для LTO это"&нулевой деформации; кислородсодержащий материал отрицательного электрода, который не производит SEI при работе аккумулятора и имеет более сильную связывающую способность с ионами лития, что соответствует требованиям быстрой зарядки и быстрой разрядки. В то же время именно из-за невозможности образования SEI материал отрицательного электрода будет напрямую контактировать с электролитом, что способствует возникновению побочных реакций. Проблема газообразования батарей LTO не может быть решена в течение длительного времени и может быть решена только путем модификации поверхности.

03 Электродный раствор

Как упоминалось ранее, из-за несоответствия скорости миграции ионов лития и скорости передачи электронов во время быстрой зарядки аккумулятор будет иметь большую поляризацию. Таким образом, чтобы свести к минимуму отрицательную реакцию, вызванную поляризацией батареи, следующие три пункта будут направлением исследований и разработок электролитов: 1. Соль электролита с высокой степенью диссоциации; 2. Снижение вязкости рекомбинации растворителя; 3. Нижнее сопротивление интерфейса управления-мембраны.

04 Связь между производственными технологиями и быстрой зарядкой

Ранее требования и эффекты быстрой зарядки были проанализированы с использованием трех основных материалов, таких как материалы положительного и отрицательного электродов и электродная жидкость. Ниже приводится схема процесса, которая имеет относительно большое влияние. Параметры процесса производства батареи напрямую влияют на сопротивление миграции ионов лития в различных частях батареи до и после активации батареи, поэтому параметры процесса производства батареи имеют важное влияние на производительность литий-ионной батареи.

(1) Жидкий раствор

Что касается свойств суспензии, одним из аспектов является поддержание однородной дисперсии проводящего агента. Поскольку проводящий агент равномерно распределен среди частиц активного материала, между активными материалами и между активным материалом и токосъемником может быть сформирована относительно однородная проводящая сеть, которая выполняет функцию сбора микротоков, уменьшения контактного сопротивления и увеличения скорость электронов. . Другой аспект - предотвратить чрезмерное диспергирование проводящего агента. Во время процесса зарядки и разрядки кристаллическая структура положительных и отрицательных материалов будет изменяться, что может привести к отслаиванию проводящего агента, увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора и снижению производительности.

(2) Плотность площади полюса

Теоретически, батареи тарифного типа и батареи большой емкости не могут иметь того и другого. Когда поверхностная плотность положительного и отрицательного полюсных наконечников низкая, скорость диффузии ионов лития может быть увеличена, а сопротивление миграции ионов и электронов может быть уменьшено. Чем ниже поверхностная плотность, тем тоньше полюсный наконечник и тем меньше изменения в структуре полюсного наконечника, вызванные непрерывным введением и извлечением ионов лития во время зарядки и разрядки. Однако, если поверхностная плотность слишком мала, плотность энергии батареи будет уменьшена, а стоимость возрастет, поэтому требуется всесторонний учет поверхностной плотности. На следующем рисунке показан пример зарядки 6C и 1C разрядки литиево-кобальтовой батареи, вы можете увидеть:

(3) Последовательность покрытия полюсного наконечника

Друг раньше спросил, не повлияет ли на аккумулятор непостоянная поверхностная плотность полюсов? Кстати, для быстрой зарядки это в основном согласованность отрицательного полюса. Если поверхностная плотность отрицательного электрода непостоянна, после прокатки внутренняя пористость активного материала будет совершенно другой. Разница в пористости вызовет разницу во внутреннем распределении тока, повлияет на формирование и характеристики SEI на стадии формирования батареи и, в конечном итоге, повлияет на характеристики быстрой зарядки батареи.

(4) Плотность уплотнения полюсного наконечника

Зачем уплотнять полюс? Один состоит в увеличении удельной энергии батареи, а другой - в улучшении характеристик батареи. Различные электродные материалы имеют разную оптимальную плотность уплотнения. Чем больше плотность уплотнения, тем меньше пористость полюсного наконечника электрода, тем плотнее соединение между частицами и тем меньше толщина полюсного наконечника при той же поверхностной плотности, что сокращает путь миграции ионов лития. Когда плотность уплотнения слишком высока, эффект инфильтрации электролита не является хорошим, что может повредить структуру материала и распределение проводящего агента, и проблемы намотки возникнут позже. То же самое - заряд 6C литиево-кобальтооксидной батареи 1C, влияние плотности уплотнения на удельную емкость разряда следующее:

05 Химическое старение и др.

Для аккумуляторов с угольным анодом старение литиевых аккумуляторов является ключевым процессом, и этот процесс влияет на качество SEI. Неравномерная толщина или нестабильная структура SEI повлияют на емкость быстрой зарядки и срок службы аккумулятора.

В дополнение к нескольким вышеупомянутым важным факторам, производство элементов, а также системы зарядки и разрядки будут иметь большее влияние на характеристики литиевых батарей. Поскольку время использования увеличивается, скорость зарядки аккумулятора следует умеренно снизить, иначе это приведет к увеличению поляризации.

Вывод

Суть быстрой зарядки и разрядки литиевых батарей заключается в том, что ионы лития могут быстро извлекаться между положительными и отрицательными материалами. Свойства материала аккумулятора, технологический процесс и система зарядки и разрядки будут влиять на характеристики сильноточной зарядки. Структурная стабильность материалов положительного и отрицательного электродов не вызовет структурного разрушения во время процесса быстрого удаления лития, а ионы лития быстрее диффундируют в материале, чтобы выдерживать зарядку с высоким током. Из-за несоответствия между скоростью миграции ионов и скоростью передачи электронов поляризация будет происходить во время зарядки и разрядки. Необходимо максимально уменьшить поляризацию, чтобы предотвратить осаждение металлического лития и уменьшить способность влиять на жизнь.