Lityum pil hızlı şarj

Pil şarj sürecini göstermek için bu rakamı ödünç alın, apsis zaman ve ordinat voltajdır. Lityum pil şarjının başlangıcında küçük bir akım ön şarj işlemi olacaktır, yani CC Ön şarj, amaç pozitif ve negatif malzemeleri stabilize etmektir. Bundan sonra pil durumu kararlı hale geldikten sonra yüksek akım şarjına yani CC Hızlı Şarj'a ayarlanabilir. Son olarak, sabit voltaj şarj moduna (CV) girin. Lityum piller için sistem, voltajın 4.2V'a ulaştığını algıladıktan sonra sabit voltaj şarj modunu başlatır, şarj akımı kademeli olarak azaltılır ve belirli bir değerin altına düştüğünde şarj sona erer.

Tüm süreçte, farklı pillerin farklı standart şarj akımları vardır. Örneğin, 3C ürünleri için pil standardı genellikle 0.1C-0.5C'dir ve yüksek güçlü güçlü piller için standart şarj genellikle 1C'dir. Daha düşük bir şarj akımının seçilmesi, pilin güvenliğini de dikkate alır. Bu nedenle, normal hızlı şarj, standart şarj akımından birkaç kat ila on kat daha yüksek olan şarj akımını ifade eder.

Bazıları lityum pili şarj etmenin bira dökmek gibi olduğunu söylüyor.' hızlıdır ve birayla doldurulur, ancak bol miktarda köpüğü vardır. Dökme yavaş ve yavaştır, ancak çok fazla bira var ki bu çok gerçektir. Hızlı şarj, şarj süresinden tasarruf sağlarken, pilin kendisine de daha fazla zarar verir. Bataryadaki polarizasyon olgusu nedeniyle, kabul edebileceği maksimum şarj akımı, şarj ve deşarj döngüsünün artmasıyla azalacaktır. Şarj devam ettiğinde ve şarj akımı büyük olduğunda, elektrottaki iyon konsantrasyonu artacak ve polarizasyon artacaktır. Terminal voltajı, yüklü güç / enerji ile doğrudan doğru orantılı olamaz. Aynı zamanda, yüksek akımla şarj edilirken, iç direncin artması Joule ısıtma etkisini (Q=I2Rt) artıracak ve elektrolitin reaksiyon ayrışması, gaz üretimi ve bir dizi problem gibi yan reaksiyonlara neden olacaktır. Pilin güvenliğini etkileyecek risk faktörü aniden artar. Bunun sonucu, güçsüz pillerin ömrü kaçınılmaz olarak büyük ölçüde kısalacaktır.

01 Katot malzemesi

Lityum pillerin hızlı şarj edilmesi işlemi, pozitif elektrot malzemesindeki Li + 'nin negatif elektroda hızlı bir şekilde taşınması sürecidir. Pozitif elektrot malzemesinin parçacık boyutu, pil elektrokimyasal işleminin yanıt süresini, iyonların yayılma yolunu vb. Etkileyebilir. Araştırmaya göre malzemenin tane boyutu küçüldükçe lityum iyonlarının difüzyon katsayısı artar. Bununla birlikte, malzemenin partikül boyutu azaldıkça, hamur üretiminde ciddi partikül aglomerasyonu olacak ve bu da düzensiz dispersiyona neden olacaktır. Aynı zamanda nanopartiküller, kutup parçalarının sıkıştırma yoğunluğunu azaltacak ve şarj ve deşarj işlemi sırasında elektrolit ile temas edecektir. Alan artar ve yan tepkiler pilin performansını etkiler.

Daha güvenilir bir yöntem, pozitif elektrot malzemesini kaplamak ve modifiye etmektir. Örneğin, LFP'nin iletkenliği çok iyi değil. Yüzey karbon malzeme veya diğer malzemelerle kaplandıktan sonra, iletkenliği iyileştirilebilir, bu da pilin hızlı şarjını iyileştirmek için faydalıdır. verim.

02 Anot malzemesi

Lityum pillerin hızlı şarj edilmesi, lityum iyonlarının hızla çıkarılması ve" yüzme" negatif elektroda. Şu anda, negatif elektrot malzemesinin lityumu hızlı bir şekilde yerleştirme yeteneğine sahip olması gerekir. Lityum pillerin hızlı şarj edilmesi için kullanılan anot malzemeleri arasında karbon malzemeler, lityum titanat ve diğer yeni malzemeler bulunur.

Karbon malzemeler için, lityum ekleme potansiyeli lityum çökeltme potansiyeline benzer olduğundan, geleneksel yükleme durumunda lityum iyonları genellikle tercihen grafite eklenir, ancak hızlı şarj veya düşük sıcaklık koşulları altında lityum iyonları dendritik lityum oluşturmak için yüzey. Dendrit lityum, SEI'yi deler ve ikincil Li + kaybına neden olur ve pil kapasitesini düşürür. Lityum metal belirli bir miktara ulaştığında, negatif elektrottan ayırıcıya doğru büyüyerek pilin kısa devre yapma riskine neden olur.

LTO için, bir&"sıfır suş" Pil çalışırken SEI üretmeyen, hızlı şarj ve hızlı deşarj gereksinimlerini karşılayabilen lityum iyonları ile daha güçlü bir bağlama kapasitesine sahip oksijen içeren negatif elektrot malzemesi. Aynı zamanda, tam olarak SEI oluşturulamadığından, negatif elektrot malzemesi, yan reaksiyonların oluşumunu teşvik eden elektrolit ile doğrudan temas edecektir. LTO pillerinin gaz üretimi sorunu uzun süre çözülemez ve ancak yüzey modifikasyonu ile hafifletilebilir.

03 Elektrot çözümü

Daha önce de belirtildiği gibi, lityum iyonu göç hızı ve hızlı şarj sırasında elektron iletim hızının tutarsızlığı nedeniyle, pilin daha büyük bir polarizasyonu olacaktır. Dolayısıyla, pil polarizasyonunun neden olduğu negatif reaksiyonu en aza indirmek için, aşağıdaki üç nokta, elektrolit araştırma ve geliştirmesinin yönü olacaktır: 1. Yüksek ayrışma dereceli elektrolit tuzu; 2. Çözücü rekombinasyonu - daha düşük viskozite; 3. Arayüz kontrol membran empedansı Düşük.

04 Üretim teknolojisi ve hızlı şarj arasındaki ilişki

Daha önce, hızlı şarjın gereksinimleri ve etkileri, pozitif ve negatif elektrot malzemeleri ve elektrot sıvısı gibi üç ana malzemeden analiz ediliyordu. Aşağıdaki, nispeten büyük bir etkiye sahip bir süreç tasarımıdır. Pil üretim süreci parametreleri, pilin çeşitli kısımlarında pilin etkinleştirilmesinden önce ve sonra lityum iyonlarının migrasyon direncini doğrudan etkiler, bu nedenle pil üretim süreci parametreleri lityum iyon pilin performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

(1) Bulamaç

Bulamacın özellikleri ile ilgili olarak, bir yön, iletken maddenin muntazam bir dağılımını muhafaza etmektir. İletken madde, etken madde parçacıkları arasında eşit bir şekilde dağıldığından, aktif malzemeler arasında ve etken malzeme ile akım toplayıcı arasında, mikro akımları toplama, temas direncini azaltma ve artırma işlevine sahip nispeten tekdüze bir iletken ağ oluşabilir elektronların hızı. . Diğer yön, iletken ajanın aşırı dağılmasını önlemektir. Şarj ve deşarj işlemi sırasında pozitif ve negatif malzemelerin kristal yapısı değişecek, bu da iletken ajanın soyulmasına, pilin iç direncinin artmasına ve performansı etkilemesine neden olabilir.

(2) Kutup parçası alanı yoğunluğu

Teoride, oran tipi piller ve yüksek kapasiteli piller ikisine birden sahip olamaz. Pozitif ve negatif kutup parçalarının yüzey yoğunluğu düşük olduğunda, lityum iyonlarının difüzyon hızı artırılabilir, iyon ve elektron göçünün direnci azaltılabilir. Alan yoğunluğu ne kadar düşükse, kutup parçası o kadar ince ve şarj ve deşarj sırasında lityum iyonlarının sürekli eklenmesi ve ekstraksiyonunun neden olduğu kutup parçasının yapısındaki değişiklik o kadar küçük olur. Bununla birlikte, alan yoğunluğu çok düşükse, pilin enerji yoğunluğu azalacak ve maliyet artacaktır, bu nedenle alan yoğunluğunun kapsamlı bir şekilde dikkate alınması gerekir. Aşağıdaki şekil, lityum kobalt oksit pilin 6C şarjı ve 1C deşarjının bir örneğidir, görebilirsiniz:

(3) Kutup parçası kaplamasının tutarlılığı

Bir arkadaş daha önce sordu, kutupların tutarsız yüzey yoğunluğu bataryayı etkiler mi? Bu arada, hızlı şarj performansı için esas olarak negatif kutup parçasının tutarlılığıdır. Negatif elektrotun yüzey yoğunluğu tutarsızsa, haddelemeden sonra aktif malzemenin iç gözenekliliği oldukça farklı olacaktır. Gözeneklilikteki fark, dahili akım dağıtımında farklılığa neden olacak, pil oluşum aşamasında SEI'nin oluşumunu ve performansını etkileyecek ve sonuçta pilin hızlı şarj performansını etkileyecektir.

(4) Kutup parçasının sıkıştırma yoğunluğu

Direk parçası neden sıkıştırılmalıdır? Biri pilin özgül enerjisini artırmak, diğeri de pil performansını artırmaktır. Farklı elektrot malzemeleri, farklı optimum sıkıştırma yoğunluğuna sahiptir. Sıkıştırma yoğunluğunun artması, elektrot kutup parçasının gözenekliliği ne kadar küçükse, parçacıklar arasındaki bağlantı o kadar sıkı ve aynı alan yoğunluğu altındaki kutup parçasının kalınlığı o kadar küçük olur, böylece lityum iyonlarının göç yolu azalır. Sıkıştırma yoğunluğu çok yüksek olduğunda, elektrolit infiltrasyon etkisi iyi değildir, bu da malzeme yapısına ve iletken madde dağılımına zarar verebilir ve daha sonra sarım sorunları ortaya çıkacaktır. Aynısı lityum kobalt oksit pilin 1C deşarjının 6C şarjıdır, sıkıştırma yoğunluğunun deşarj spesifik kapasitesi üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir:

05 Kimyasal yaşlanma ve diğerleri

Karbon anot piller için, oluşum-yaşlanma lityum piller için önemli bir süreçtir ve bu süreç SEI kalitesini etkileyecektir. SEI'nin eşit olmayan kalınlığı veya dengesiz yapısı, pilin hızlı şarj kapasitesini ve döngü ömrünü etkileyecektir.

Yukarıdaki birkaç önemli faktöre ek olarak, hücre üretimi ve şarj etme ve boşaltma sistemleri, lityum pillerin performansı üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olacaktır. Kullanım süresi uzadığından, pil şarj hızı orta derecede azaltılmalıdır, aksi takdirde polarizasyon artacaktır.

Sonuç

Lityum pillerin hızlı şarj ve deşarj olmasının özü, lityum iyonlarının pozitif ve negatif malzemeler arasında hızla çıkarılabilmesidir. Pil malzemesi özellikleri, işlem tasarımı ve şarj etme ve boşaltma sisteminin tümü, yüksek akım şarj performansı üzerinde etkili olacaktır. Pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin yapısal stabilitesi, hızlı lityum giderme işlemi sırasında yapısal çökmeye neden olmaz ve lityum iyonları, yüksek akım yüklemesine dayanmak için malzeme içinde daha hızlı dağılır. İyon göç hızı ile elektron iletim hızı arasındaki uyumsuzluk nedeniyle, şarj ve deşarj sırasında polarizasyon meydana gelecektir. Lityum metalin çökelmesini önlemek ve yaşamı etkileme kapasitesini azaltmak için mümkün olduğunca polarizasyonu azaltmak gerekir.