شارژ سریع باتری لیتیوم

برای نشان دادن روند شارژ باتری ، این رقم را قرض بگیرید ، abscissa زمان است و مختصات ولتاژ است. در ابتدای شارژ باتری لیتیوم ، یک فرآیند پیش شارژ فعلی وجود دارد ، یعنی CC پیش شارژ ، هدف تثبیت مواد مثبت و منفی است. پس از آن ، پس از پایدار شدن حالت باتری ، می توان آن را به شارژ جریان بالا ، یعنی CC Fast Charge تنظیم کرد. در آخر وارد حالت شارژ ولتاژ ثابت (CV) شوید. برای باتری های لیتیوم ، سیستم پس از تشخیص ولتاژ به 4.2 ولت ، حالت شارژ ولتاژ ثابت را شروع می کند ، جریان شارژ به تدریج کاهش می یابد و وقتی کمتر از مقدار مشخصی باشد ، شارژ پایان می یابد.

در کل فرآیند ، باتری های مختلف جریان شارژ استاندارد متفاوتی دارند. به عنوان مثال ، استاندارد باتری برای محصولات 3C به طور کلی 0.1C-0.5C است و برای باتری های با قدرت بالا ، شارژ استاندارد به طور کلی 1C است. انتخاب جریان شارژ کمتر ، ایمنی باتری را نیز در نظر می گیرد. بنابراین ، شارژ سریع معمول به جریان شارژ اشاره دارد که چندین برابر تا ده برابر بیشتر از جریان شارژ استاندارد است.

برخی از افراد می گویند شارژ باتری لیتیوم مانند ریختن آبجو است. این&# 39 سریع است و با آبجو پر می شود ، اما کف زیادی دارد. ریختن آهسته و آهسته است ، اما آبجو زیادی وجود دارد ، که بسیار واقعی است. در حالی که شارژ سریع باعث صرفه جویی در وقت شارژ می شود ، بلکه آسیب بیشتری به خود باتری می زند. به دلیل پدیده قطبش در باتری ، با افزایش چرخه شارژ و دشارژ ، حداکثر جریان شارژ قابل قبول برای آن کاهش می یابد. وقتی شارژ ادامه یابد و جریان بار زیاد باشد ، غلظت یون در الکترود افزایش می یابد و قطب بندی افزایش می یابد. ولتاژ ترمینال نمی تواند به طور مستقیم با قدرت / انرژی شارژ متناسب باشد. در عین حال ، هنگام شارژ با جریان زیاد ، افزایش مقاومت داخلی اثر گرمایش ژول (Q=I2Rt) را افزایش می دهد و باعث واکنش های جانبی می شود ، مانند تجزیه واکنش الکترولیت ، تولید گاز و یک سری مشکلات. عامل خطر ناگهان افزایش می یابد ، که در ایمنی باتری تأثیر می گذارد. تأثیر ، عمر باتری های غیر برق قطعاً بسیار کاهش می یابد.

01 ماده کاتدی

فرآیند شارژ سریع باتری های لیتیوم ، روند انتقال سریع Li + در ماده الکترود مثبت به الکترود منفی است. اندازه ذرات ماده الکترود مثبت می تواند بر زمان پاسخ فرایند الکتروشیمیایی باتری ، مسیر انتشار یونها و ... تأثیر بگذارد. طبق تحقیقات ، با کاهش اندازه دانه ماده ، ضریب انتشار یون های لیتیوم افزایش می یابد. با این حال ، با کاهش اندازه ذرات مواد ، تجمع ذرات جدی در تولید خمیر کاغذ ایجاد می شود و در نتیجه باعث پراکندگی ناهموار می شود. در همان زمان ، نانوذرات باعث کاهش تراکم تراکم قطب ها و تماس با الکترولیت در طی فرآیند شارژ و تخلیه می شوند. منطقه افزایش می یابد و واکنش های جانبی بر عملکرد باتری تأثیر می گذارد.

یک روش قابل اطمینان تر ، پوشش و اصلاح مواد الکترود مثبت است. به عنوان مثال ، رسانایی LFP به خودی خود بسیار خوب نیست. بعد از اینکه سطح با مواد کربن یا مواد دیگر پوشانده شد ، می توان رسانایی آن را بهبود بخشید ، که برای بهبود شارژ سریع باتری مفید است. کارایی.

02 مواد آند

شارژ سریع باتری های لیتیوم به این معنی است که یون های لیتیوم به سرعت استخراج می شوند و&"شنای GG" ؛ به الکترود منفی. در این زمان ، ماده الکترود منفی باید توانایی وارد کردن سریع لیتیوم را داشته باشد. مواد آند مورد استفاده برای شارژ سریع باتری های لیتیوم شامل مواد کربن ، تیتانات لیتیوم و سایر مواد جدید است.

برای مواد کربنی ، از آنجا که پتانسیل درج لیتیوم مشابه پتانسیل رسوب لیتیوم است ، در مورد شارژ معمولی ، یون های لیتیوم معمولاً به طور ترجیحی در گرافیت قرار می گیرند ، اما تحت شارژ سریع یا شرایط دمای پایین ، یون های لیتیوم ممکن است رسوب کنند سطح برای تشکیل لیتیوم دندریتیک. دندریت لیتیوم SEI را سوراخ می کند ، باعث از دست دادن ثانویه Li + و کاهش ظرفیت باتری می شود. وقتی فلز لیتیوم به مقدار مشخصی رسید ، از الکترود منفی به جدا کننده رشد می کند و خطر اتصال کوتاه باتری را ایجاد می کند.

برای LTO ، این یک&است ؛ صفر کرنش&؛ مواد الکترود منفی حاوی اکسیژن ، که هنگام کار باتری SEI تولید نمی کند ، و دارای ظرفیت اتصال قوی تری با یون های لیتیوم است که می تواند نیازهای شارژ سریع و تخلیه سریع را برآورده کند. در همان زمان ، دقیقاً به این دلیل است که SEI نمی تواند تشکیل شود ، ماده الکترود منفی مستقیماً با الکترولیت تماس می گیرد ، که این امر باعث بروز واکنش های جانبی می شود. مشکل تولید گاز باتری های LTO برای مدت طولانی قابل حل نیست و تنها با اصلاح سطح می توان آن را برطرف کرد.

03 محلول الکترود

همانطور که قبلاً ذکر شد ، به دلیل ناهماهنگی سرعت انتقال یون لیتیوم و سرعت انتقال الکترون در هنگام شارژ سریع ، باتری دارای قطب بندی بیشتری خواهد بود. بنابراین به منظور به حداقل رساندن واکنش منفی ناشی از دو قطبی شدن باتری ، سه نکته زیر جهت تحقیق و توسعه الکترولیت ها خواهد بود: 1. نمک الکترولیت با درجه تفکیک بالا ؛ 2. ترکیب حلال - ویسکوزیته پایین 3. امپدانس کنترل غشا control رابط پایین تر.

04 رابطه بین فناوری تولید و شارژ سریع

پیش از این ، الزامات و تأثیرات شارژ سریع از سه ماده اصلی مانند مواد الکترود مثبت و منفی و مایع الکترود مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در زیر یک طرح فرآیند وجود دارد که تأثیر نسبتاً زیادی دارد. پارامترهای فرآیند تولید باتری مستقیماً بر مقاومت انتقال یونهای لیتیوم در قسمتهای مختلف باتری قبل و بعد از فعال شدن باتری تأثیر می گذارد ، بنابراین پارامترهای فرآیند تولید باتری تأثیر مهمی در عملکرد باتری یون لیتیوم دارند.

(1) دوغاب

در مورد خواص دوغاب ، یک جنبه حفظ پراکندگی یکنواخت ماده رسانا است. از آنجا که عامل رسانا به طور مساوی بین ذرات ماده فعال توزیع می شود ، می توان یک شبکه رسانایی نسبتاً یکنواخت بین مواد فعال و بین ماده فعال و جمع کننده جریان ایجاد کرد که وظیفه جمع آوری جریان های میکرو ، کاهش مقاومت تماس و افزایش سرعت الکترونها. . جنبه دیگر جلوگیری از پراکندگی بیش از حد ماده رسانا است. در طی فرآیند شارژ و تخلیه ، ساختار کریستالی مواد مثبت و منفی تغییر خواهد کرد ، که ممکن است باعث کنده شدن ماده رسانا ، افزایش مقاومت داخلی باتری و تأثیر بر عملکرد شود.

(2) تراکم قطعه قطب قطب

از نظر تئوری ، باتری های با سرعت و باتری های با ظرفیت بالا نمی توانند هر دو را داشته باشند. هنگامی که تراکم سطح قطب مثبت و منفی کم باشد ، می توان سرعت انتشار یون های لیتیوم را افزایش داد و مقاومت یون و مهاجرت الکترون را کاهش داد. هرچه تراکم منطقه کمتر باشد قطعه قطب نازک تر است و تغییر ساختار قطعه قطب در اثر وارد شدن مداوم و استخراج یون های لیتیوم در هنگام شارژ و تخلیه کاهش می یابد. با این حال ، اگر چگالی منطقه بسیار کم باشد ، چگالی انرژی باتری کاهش می یابد و هزینه آن افزایش می یابد ، بنابراین بررسی جامع چگالی منطقه مورد نیاز است. شکل زیر مثالی از شارژ 6C و تخلیه 1C باتری اکسید کبالت لیتیوم است ، می بینید:

(3) سازگاری پوشش قطعه قطب

یکی از دوستان پیش از این پرسید ، آیا تراکم سطح ناهماهنگ قطب ها بر باتری تأثیر می گذارد؟ به هر حال ، برای عملکرد شارژ سریع ، عمدتا قوام قطب منفی است. اگر تراکم سطح الکترود منفی ناسازگار باشد ، پس از نورد ، تخلخل داخلی ماده فعال کاملاً متفاوت خواهد بود. اختلاف تخلخل باعث تفاوت توزیع جریان داخلی می شود ، بر شکل گیری و عملکرد SEI در مرحله تشکیل باتری تأثیر می گذارد و در نهایت بر عملکرد شارژ سریع باتری تأثیر می گذارد.

(4) تراکم تراکم قطب قطب

چرا قطعه قطب باید فشرده شود؟ یکی افزایش انرژی خاص باتری و دیگری بهبود عملکرد باتری. مواد مختلف الکترود دارای چگالی تراکم بهینه متفاوتی هستند. با افزایش تراکم تراکم ، هر چه تخلخل قطعه قطب الکترود کوچکتر باشد ، اتصال بین ذرات محکم تر و ضخامت قطعه قطب در زیر همان چگالی منطقه کوچکتر است ، بنابراین مسیر مهاجرت یون های لیتیوم کاهش می یابد. وقتی تراکم تراکم خیلی زیاد باشد ، اثر نفوذ الکترولیت خوب نیست ، که ممکن است به ساختار مواد و توزیع عامل رساننده آسیب برساند و مشکلات پیچ در پیچ بعداً رخ خواهد داد. همان شارژ 6C تخلیه باتری اکسید کبالت لیتیوم 1C است ، تأثیر تراکم تراکم بر ظرفیت خاص تخلیه به شرح زیر است:

05 پیری شیمیایی و سایر موارد

برای باتری های آند کربنی ، تشکیل پیری فرآیندی اساسی برای باتری های لیتیوم است و این روند بر کیفیت SEI تأثیر می گذارد. ضخامت ناهموار یا ساختار ناپایدار SEI بر ظرفیت شارژ سریع و عمر چرخه باتری تأثیر می گذارد.

علاوه بر چندین فاکتور مهم فوق ، سیستم تولید و شارژ و تخلیه سلول تأثیر بیشتری در عملکرد باتری های لیتیوم خواهد داشت. با طولانی شدن زمان استفاده ، میزان شارژ باتری باید به طور متوسط ​​کاهش یابد ، در غیر این صورت قطبش را افزایش می دهد.

نتیجه

ماهیت شارژ و تخلیه سریع باتری های لیتیوم این است که یون های لیتیوم می توانند به سرعت بین مواد مثبت و منفی استخراج شوند. خصوصیات مواد باتری ، طراحی فرآیند و سیستم شارژ و تخلیه همه در عملکرد شارژ جریان بالا تأثیر دارند. پایداری ساختاری مواد الکترود مثبت و منفی باعث فروپاشی ساختاری در طی فرآیند سریع حذف لیتیوم نمی شود و یون های لیتیوم با سرعت بیشتری در مواد پخش می شوند تا در برابر شارژ جریان زیاد مقاومت کنند. به دلیل عدم تطابق بین سرعت انتقال یون و سرعت انتقال الکترون ، قطبش هنگام شارژ و تخلیه رخ می دهد. برای جلوگیری از رسوب فلز لیتیوم و کاهش ظرفیت تأثیر بر زندگی ، لازم است تا حد امکان قطب بندی کاهش یابد.