Skúmanie fenoménu pokovovania lítiom v lítiových batériách: Kľúč k zaisteniu bezpečnosti a výkonu batérie.

Hej, priatelia! Viete, čo je hlavným zdrojom energie v elektronických zariadeniach, bez ktorých nemôžeme žiť každý deň, ako sú mobilné telefóny a notebooky? Presne tak, ide o lítiové batérie. Rozumiete však trochu problematickému javu v lítiových batériách – pokovovaniu lítiom? Dnes podrobne preskúmame fenomén pokovovania lítiom v lítiových batériách, pochopíme, o čo ide, aké dopady to prináša a ako sa s tým môžeme vysporiadať.

I. Čo je to pokovovanie lítiom v lítiových batériách?

Lítiové pokovovanie v lítiových batériách je ako „malá nehoda“ vo svete batérií. Jednoducho povedané, za určitých okolností by sa lítiové ióny v batérii mali dobre usadiť na zápornej elektróde, ale namiesto toho sa škodoradostne vyzrážajú na povrchu zápornej elektródy a premenia sa na kovové lítium, rovnako ako rastúce malé konáre. Nazývame to lítium dendrit. Tento jav sa zvyčajne vyskytuje v prostredí s nízkou teplotou alebo pri opakovanom nabíjaní a vybíjaní batérie. Pretože v tomto čase lítiové ióny vytekajúce z kladnej elektródy nemôžu byť normálne vložené do zápornej elektródy a môžu sa iba „usadiť“ na povrchu zápornej elektródy.

II. Prečo dochádza k pokovovaniu lítiom?

Fenomén pokovovania lítiom sa neobjavuje bezdôvodne. Je to spôsobené mnohými faktormi, ktoré spolupracujú.

Po prvé, ak „malý domček“ zápornej elektródy nie je dostatočne veľký, to znamená, že kapacita zápornej elektródy nie je dostatočná na to, aby sa do nej zmestili všetky lítiové ióny vytekajúce z kladnej elektródy, potom sa nadbytočné lítiové ióny môžu vyzrážať iba na povrchu elektródy. záporná elektróda.

Po druhé, buďte opatrní pri nabíjaní! Ak sa nabíja pri nízkych teplotách, veľkým prúdom alebo prebíjaním, je to ako keď do „malého domu“ zápornej elektródy prichádza príliš veľa hostí naraz. Nezvláda to a lítiové ióny nie je možné vložiť včas, takže dochádza k fenoménu pokovovania lítiom.

Ak vnútorná štruktúra batérie nie je navrhnutá primerane, napríklad ak je separátor zvrásnený alebo článok batérie je zdeformovaný, ovplyvní to cestu domov pre lítiové ióny a znemožní im nájsť správny smer, čo môže ľahko viesť k pokovovaniu lítiom.

Okrem toho je elektrolyt ako „malý sprievodca“ lítiových iónov. Ak je množstvo elektrolytu nedostatočné alebo elektródové dosky nie sú úplne infiltrované, lítiové ióny sa stratia a nasleduje pokovovanie lítiom.

Nakoniec je veľmi dôležitý aj film SEI na povrchu zápornej elektródy! Ak je príliš hrubá alebo je poškodená, lítiové ióny nemôžu vstúpiť do zápornej elektródy a objaví sa fenomén pokovovania lítiom.

III. Ako môžeme vyriešiť pokovovanie lítiom?

Nebojte sa, máme spôsoby, ako sa vysporiadať s pokovovaním lítiom.

Môžeme optimalizovať štruktúru batérie. Napríklad navrhnite batériu rozumnejšie, zmenšite oblasť s názvom Overhang, použite dizajn s viacerými kartičkami a upravte pomer N/P, aby lítiové ióny prúdili plynulejšie.

Rozhodujúca je aj kontrola podmienok nabíjania a vybíjania batérie. Je to ako dohodnúť vhodné „pravidlá premávky“ pre ióny lítia. Ovládajte nabíjacie a vybíjacie napätie, prúd a teplotu tak, aby bolo menej pravdepodobné, že dôjde k reakcii pokovovania lítiom.

Dobré je aj zlepšenie zloženia elektrolytu. Môžeme pridať lítiové soli, prísady alebo ko-rozpúšťadlá, aby bol elektrolyt lepší. Môže nielen inhibovať rozklad elektrolytu, ale tiež zabrániť reakcii pokovovania lítiom.

Môžeme tiež upraviť materiál zápornej elektródy. Je to ako dať si na zápornú elektródu „ochranný odev“. Prostredníctvom metód, ako je povrchové poťahovanie, dopovanie alebo legovanie, môžeme zlepšiť stabilitu zápornej elektródy a jej schopnosť pokovovania lítiom.

Podstatný je samozrejme aj systém správy batérie. Je to ako inteligentný „lokaj“, ktorý monitoruje a inteligentne riadi proces nabíjania a vybíjania v reálnom čase, aby zaistil, že batéria funguje za bezpečných podmienok, zabráni prebíjaniu a vybitiu a zníži riziko pokovovania lítiom.

IV. Aký vplyv má pokovovanie lítiom na batérie?

Lítovanie nie je dobrá vec! Spôsobí to rast lítiových dendritov vo vnútri batérie. Tieto lítne dendrity sú ako malí výtržníci. Môžu preniknúť do separátora a spôsobiť vnútorný skrat, čo je veľmi nebezpečné. Možno to dokonca spustí tepelný únik a bezpečnostné nehody. Navyše, počas procesu pokovovania lítiom sa počet lítiových iónov znižuje a kapacita batérie sa tiež znižuje, čím sa skracuje životnosť batérie.

V. Aký je vzťah medzi prostredím s nízkou teplotou a pokovovaním lítiom?

V prostredí s nízkou teplotou sa elektrolyt stane lepkavým. Precipitácia lítia na zápornej elektróde bude závažnejšia, zvýši sa impedancia prenosu náboja a zhoršia sa aj kinetické podmienky. Kombinácia týchto faktorov je ako pridanie paliva k fenoménu pokovovania lítiom, vďaka čomu sú lítiové batérie náchylnejšie na pokovovanie lítiom v prostredí s nízkou teplotou a ovplyvňujú okamžitý výkon a dlhodobé zdravie batérie.

VI. Ako môže systém správy batérie znížiť pokovovanie lítiom?

Systém správy batérie je veľmi výkonný! Dokáže monitorovať parametre batérie v reálnom čase, rovnako ako pár bystrých očí, pričom vždy sleduje stav batérie. Potom upravte stratégiu nabíjania podľa údajov, aby boli lítiové ióny poslušné.

Dokáže tiež identifikovať abnormálne zmeny v krivke nabíjania batérie. Ako inteligentný detektív dokáže vopred predpovedať fenomén pokovovania lítiom a vyhnúť sa mu.

Tepelný manažment je tiež veľmi dôležitý! Systém správy batérie môže batériu zohrievať alebo ochladiť, aby reguloval prevádzkovú teplotu a umožnil lítiovým iónom pohybovať sa pri vhodnej teplote, aby sa znížilo riziko pokovovania lítiom.

Nevyhnutné je aj vyvážené nabíjanie. Dokáže zabezpečiť, aby sa každá jednotlivá batéria v batériovej jednotke nabila rovnomerne, rovnako ako umožňuje každému lítium-iónovému, aby si našiel svoju vlastnú „malú miestnosť“.

Navyše vďaka pokroku v materiálovej vede môžeme tiež optimalizovať materiál zápornej elektródy a konštrukčný dizajn batérie, aby bola batéria silnejšia.

Rozhodujúca je napokon aj úprava rýchlosti nabíjania a rozloženia prúdu. Vyhnite sa nadmernej lokálnej hustote prúdu a nastavte primerané napätie prerušenia nabíjania, aby bolo možné bezpečne vložiť lítiové ióny do zápornej elektródy.

Na záver, aj keď je fenomén pokovovania lítiom v lítiových batériách trochu problematický, pokiaľ hlboko pochopíme jeho príčiny a prijmeme účinné preventívne a kontrolné opatrenia, môžeme urobiť lítiové batérie bezpečnejšie, majú lepší výkon a dlhšiu životnosť. Spolupracujme na ochrane našich lítiových batérií!