“充電5分鐘，通話2小時”這句廣告語所包含的充電機充電鋰電池面密度、壓實密度的參數(shù)設計思路
2017-9-5 10:47:34??????點擊：
充電機充電鋰離子蓄電池是由正極活物質、負極活物質、隔閡、電解液、充電機充電蓄電池殼等要害資料及零部件組成的，在充電機充電新蓄電池的開發(fā)之前，需求對充電機充電蓄電池進行規(guī)劃。充電機充電蓄電池規(guī)劃也就是依據(jù)設備運用要求，為設備規(guī)劃出符合條件的充電機充電蓄電池。在此過程中，不只要考慮作業(yè)電壓、電流、作業(yè)環(huán)境等，還要考慮充電機充電蓄電池的體積、作業(yè)時間、充電機充電蓄電池功能等。
我們日常運用手機、充電寶等產品時，尋求在必定體積內充電機充電蓄電池容量越高越好。影響充電機充電蓄電池功能和容量的要素有多個，例如活物質、電解液、隔閡、充電機充電蓄電池的結構、極片生產工藝等等。今日跟我們共享的是在極片規(guī)劃中影響充電機充電蓄電池容量和功能的要害參數(shù)：面密度和壓實密度。在活物質、電解液等資料一致的狀況下，極片的面密度和壓實密度對充電機充電蓄電池有重要的影響。
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面密度對充電機充電蓄電池的影響
1.1面密度對充電機充電蓄電池放電比容量的影響
“充電五分鐘，通話一小時”是我們常常聽到的廣告，廣告涉及到的內容其實是充電機充電蓄電池的快充功能。充電機充電蓄電池快充功能與充電機充電蓄電池極片的面密度和壓實密度密切相關，為了驗證不同面密度對充電機充電蓄電池快充的影響，使用鈷酸鋰為正極、石墨為負極制作了軟包充電機充電蓄電池。圖1是不同面密度極片的充電機充電蓄電池在快充（6C）條件下的循環(huán)體現(xiàn)。由圖1 可以看出，6 C 大電流充電時隨正極面密度的減小，其放電比容量顯著提升，且循環(huán)進步。
1.2面密度對充電機充電蓄電池內阻的影響
充電機充電蓄電池在循環(huán)過程中，鋰離子不斷的脫嵌、嵌入，進行搖椅式運動。跟著循環(huán)次數(shù)的添加，必定會有鋰離子脫嵌失利、鋰金屬分出、電解液氧化分化、產氣等副反響發(fā)作。一般，充電機充電蓄電池的內阻會跟著充電機充電蓄電池運用時間的延伸而逐步增大，即內阻改變越小，充電機充電蓄電池循環(huán)壽數(shù)越長。表1是不同面密度充電機充電蓄電池循環(huán)必定次數(shù)后內阻的改變狀況，這也反響了不同面密度對充電機充電蓄電池內阻的影響。由表1可知面密度為150 g/m2時，充電機充電蓄電池初始電阻最小，大電流充電后充電機充電蓄電池內阻添加較小；跟著面密度添加，充電機充電蓄電池內阻增大，在充放電循環(huán)中充電機充電蓄電池內阻添加也較大。
不同面密度極片在SEM下如圖3所示。可見，極片面密度越低，資料的孔隙率增大，單位質量的資料電解液的吸附量因而增大，相應的減小溶液觸摸電阻；另一方面較小的面密度，極片厚度較小，減小鋰離子的分散距離，一起面密度越小，正負極資料的濃度差越小，下降分散的阻力，進步鋰離子在資猜中的分散速度；且極片越薄，在充放電中鋰離子不斷的嵌入與脫出對極片結構形成的改變也越??；一起，面密度較小，化成時形成的SEI 薄而穩(wěn)定，削減鋰離子在SEI 膜中的搬遷阻力。而面密度較大時，界面電阻增大，然后下降鋰離子在資猜中分散速度，當大電流充電時，鋰離子不容易從資猜中脫出，易形成極化，可逆鋰離子削減，因而容量衰減。由此可見，想要使充電機充電蓄電池具有優(yōu)異的倍率功能，則需求下降極片的面密度?？墒?，這必將以充電機充電蓄電池的容量為代價，快充快放與充電機充電蓄電池容量不行兼得，需求在兩者間掌握一個適宜的值。
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壓實密度對充電機充電蓄電池影響
同極片面密度一樣， 壓實密度大小相同會對充電機充電蓄電池循環(huán)功能形成很大的影響。壓力過小， 顆粒之間觸摸不嚴密，失掉銜接，部分顆粒無法接納電流，容量丟失；另一方面，壓力過小極片厚度較大，增大鋰離子搬遷途徑。壓力過大，顆粒之間觸摸太嚴密，極片易開裂，一起電解液滋潤困難，減小了導電率。極片壓實密度對充電機充電蓄電池詳細影響如下所述。
2.1壓實密度對充電機充電蓄電池比容量影響
選用相同面密度（150g/m2）的極片，調整極片的壓實密度。對終究充電機充電蓄電池進行測驗，不同的壓實密度對充電機充電蓄電池放電比容量的影響如圖4所示。
圖4.不同壓實密度對充電機充電蓄電池放電比容量的影響
由圖4中可以看出，6 C大電流充電時， 隨壓實密度增大其首次放電比容量差異不大，但跟著循環(huán)次數(shù)的添加，放電比容量和充電機充電蓄電池容量保持率均呈現(xiàn)了先升高后下降的狀況，充電機充電蓄電池在壓實密度為3.32g/cc時，達到了循環(huán)功能最優(yōu)。
2.2壓實密度對充電機充電蓄電池內阻影響
相同，不同壓實密度的充電機充電蓄電池循環(huán)前后的內阻也有較大的改變，如表2所示。
表2. 不同壓實密度充電機充電蓄電池循環(huán)前后內阻改變
由上表可知，壓實密度越小，在充放電循環(huán)中充電機充電蓄電池內阻添加較大。在必定規(guī)模內（3.0-3.32），跟著壓實密度添加，充電機充電蓄電池初始電阻越小，大電流充電后充電機充電蓄電池內阻添加較??；超過此規(guī)模后，充電機充電蓄電池內阻升高，且循環(huán)后內阻升高較快。這是因為必定規(guī)模內壓力較大時， 顆粒之間觸摸嚴密，下降了觸摸電阻，且容量丟失小，另一方面，極片厚度較小，縮短了鋰離子搬遷途徑，進步了鋰離子在資猜中的搬遷速率。但壓實過大時，一方面資料對電解液的滋潤才能較弱，觸摸內阻增大，發(fā)生了負面影響；另一方面，過壓壓力會形成極片過壓狀況，活物質顆粒描摹會有必定損壞，活物質被碾碎后電子和鋰離子在極片內部搬遷途徑變長，形成了充電機充電蓄電池內阻增大，容量也會衰減加快。
總結
綜上，不同面密度影響大電流充電時充電機充電蓄電池電化學功能的首要原因是加大的面密度會增長鋰離子的脫嵌途徑，增大濃差極化，使鋰離子在資料的嵌入和脫出阻力增大。適宜的壓實密度可以下降內阻，鋰離子搬遷途徑縮短，進步容量，充電機充電蓄電池快充循環(huán)功能更好。持續(xù)增大壓實密度會導致過壓反而晦氣于充電機充電蓄電池快充，故循環(huán)功能也會隨之下降。在充電機充電蓄電池規(guī)劃中，因為充電機充電蓄電池殼體積相同，想要在必定空間內取得較大的容量，則需求將壓實密度升到最大值，可是過大的壓實密度也會帶來晦氣的影響，也進步了動力本錢。因而，在規(guī)劃充電機充電蓄電池時我們要綜合考慮充電機充電蓄電池容量、倍率等功能，來挑選適宜的面密度和壓實密度。
我們日常運用手機、充電寶等產品時，尋求在必定體積內充電機充電蓄電池容量越高越好。影響充電機充電蓄電池功能和容量的要素有多個，例如活物質、電解液、隔閡、充電機充電蓄電池的結構、極片生產工藝等等。今日跟我們共享的是在極片規(guī)劃中影響充電機充電蓄電池容量和功能的要害參數(shù)：面密度和壓實密度。在活物質、電解液等資料一致的狀況下，極片的面密度和壓實密度對充電機充電蓄電池有重要的影響。
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面密度對充電機充電蓄電池的影響
1.1面密度對充電機充電蓄電池放電比容量的影響
“充電五分鐘，通話一小時”是我們常常聽到的廣告，廣告涉及到的內容其實是充電機充電蓄電池的快充功能。充電機充電蓄電池快充功能與充電機充電蓄電池極片的面密度和壓實密度密切相關，為了驗證不同面密度對充電機充電蓄電池快充的影響，使用鈷酸鋰為正極、石墨為負極制作了軟包充電機充電蓄電池。圖1是不同面密度極片的充電機充電蓄電池在快充（6C）條件下的循環(huán)體現(xiàn)。由圖1 可以看出，6 C 大電流充電時隨正極面密度的減小，其放電比容量顯著提升，且循環(huán)進步。
1.2面密度對充電機充電蓄電池內阻的影響
充電機充電蓄電池在循環(huán)過程中，鋰離子不斷的脫嵌、嵌入，進行搖椅式運動。跟著循環(huán)次數(shù)的添加，必定會有鋰離子脫嵌失利、鋰金屬分出、電解液氧化分化、產氣等副反響發(fā)作。一般，充電機充電蓄電池的內阻會跟著充電機充電蓄電池運用時間的延伸而逐步增大，即內阻改變越小，充電機充電蓄電池循環(huán)壽數(shù)越長。表1是不同面密度充電機充電蓄電池循環(huán)必定次數(shù)后內阻的改變狀況，這也反響了不同面密度對充電機充電蓄電池內阻的影響。由表1可知面密度為150 g/m2時，充電機充電蓄電池初始電阻最小，大電流充電后充電機充電蓄電池內阻添加較小；跟著面密度添加，充電機充電蓄電池內阻增大，在充放電循環(huán)中充電機充電蓄電池內阻添加也較大。
表1電池內阻及容量保持率
Table 1 The internal resistance and capacity
retention of the LiCo02 batteries
正極面密度/(g.m-2)循環(huán)前內阻/fl循環(huán)后內阻/fl容*保持率/%
|
150 |
34 |
45.0 |
89.06 |
|
183 |
62 |
97.0 |
79.63 |
|
220 |
65 |
151.9 |
6〇:45蹕妓 |
充電機充電蓄電池的各部分電阻均會隨電極資料面密度的增大而增大，尤其是SEI 膜電阻添加較顯著，說明面密度增大發(fā)生的SEI 膜較厚。電化學極化及濃差極化電阻添加，表明隨面密度添加電化學反響過程中鋰離子反響速率及搬遷速率變小，極化增大，體現(xiàn)為晦氣于充電機充電蓄電池快速充電然后影響其循環(huán)功能。
1.3面密度對充電機充電蓄電池影響微觀分析不同面密度極片在SEM下如圖3所示。可見，極片面密度越低，資料的孔隙率增大，單位質量的資料電解液的吸附量因而增大，相應的減小溶液觸摸電阻；另一方面較小的面密度，極片厚度較小，減小鋰離子的分散距離，一起面密度越小，正負極資料的濃度差越小，下降分散的阻力，進步鋰離子在資猜中的分散速度；且極片越薄，在充放電中鋰離子不斷的嵌入與脫出對極片結構形成的改變也越??；一起，面密度較小，化成時形成的SEI 薄而穩(wěn)定，削減鋰離子在SEI 膜中的搬遷阻力。而面密度較大時，界面電阻增大，然后下降鋰離子在資猜中分散速度，當大電流充電時，鋰離子不容易從資猜中脫出，易形成極化，可逆鋰離子削減，因而容量衰減。由此可見，想要使充電機充電蓄電池具有優(yōu)異的倍率功能，則需求下降極片的面密度?？墒?，這必將以充電機充電蓄電池的容量為代價，快充快放與充電機充電蓄電池容量不行兼得，需求在兩者間掌握一個適宜的值。
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壓實密度對充電機充電蓄電池影響
同極片面密度一樣， 壓實密度大小相同會對充電機充電蓄電池循環(huán)功能形成很大的影響。壓力過小， 顆粒之間觸摸不嚴密，失掉銜接，部分顆粒無法接納電流，容量丟失；另一方面，壓力過小極片厚度較大，增大鋰離子搬遷途徑。壓力過大，顆粒之間觸摸太嚴密，極片易開裂，一起電解液滋潤困難，減小了導電率。極片壓實密度對充電機充電蓄電池詳細影響如下所述。
2.1壓實密度對充電機充電蓄電池比容量影響
選用相同面密度（150g/m2）的極片，調整極片的壓實密度。對終究充電機充電蓄電池進行測驗，不同的壓實密度對充電機充電蓄電池放電比容量的影響如圖4所示。
圖4.不同壓實密度對充電機充電蓄電池放電比容量的影響
由圖4中可以看出，6 C大電流充電時， 隨壓實密度增大其首次放電比容量差異不大，但跟著循環(huán)次數(shù)的添加，放電比容量和充電機充電蓄電池容量保持率均呈現(xiàn)了先升高后下降的狀況，充電機充電蓄電池在壓實密度為3.32g/cc時，達到了循環(huán)功能最優(yōu)。
2.2壓實密度對充電機充電蓄電池內阻影響
相同，不同壓實密度的充電機充電蓄電池循環(huán)前后的內阻也有較大的改變，如表2所示。
表2. 不同壓實密度充電機充電蓄電池循環(huán)前后內阻改變
|
壓實密度 /(g-cnr3) |
極片厚度 /jjim |
分容后 內阻/n |
循環(huán)后 內阻/n |
容滬保持率 (500 次） |
|
3.00 |
75 |
75.1 |
91.3 |
88.74 % |
|
3.20 |
71 |
632 |
76.3 |
90.10 % |
|
3.32 |
70 |
59.1 |
70.5 |
9\50 % |
|
3.60 |
66 |
61.6 |
78.1 |
90.32 % |
總結
綜上，不同面密度影響大電流充電時充電機充電蓄電池電化學功能的首要原因是加大的面密度會增長鋰離子的脫嵌途徑，增大濃差極化，使鋰離子在資料的嵌入和脫出阻力增大。適宜的壓實密度可以下降內阻，鋰離子搬遷途徑縮短，進步容量，充電機充電蓄電池快充循環(huán)功能更好。持續(xù)增大壓實密度會導致過壓反而晦氣于充電機充電蓄電池快充，故循環(huán)功能也會隨之下降。在充電機充電蓄電池規(guī)劃中，因為充電機充電蓄電池殼體積相同，想要在必定空間內取得較大的容量，則需求將壓實密度升到最大值，可是過大的壓實密度也會帶來晦氣的影響，也進步了動力本錢。因而，在規(guī)劃充電機充電蓄電池時我們要綜合考慮充電機充電蓄電池容量、倍率等功能，來挑選適宜的面密度和壓實密度。
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