La relació negatiu/positiu de les bateries d'ió de liti és un paràmetre de disseny clau, que fa referència a la relació de capacitat del material de l'elèctrode negatiu en relació amb el material de l'elèctrode positiu en el disseny de la capacitat de la bateria.
1 Definició i mètode de càlcul
La relació N/P es defineix normalment com la relació entre la capacitat de l'elèctrode negatiu i la capacitat de l'elèctrode positiu, que s'utilitza per garantir que el material de l'elèctrode negatiu tingui una capacitat suficient per acceptar els ions de liti alliberats pel material de l'elèctrode positiu durant la càrrega. La fórmula de càlcul és:
N/P=capacitat en grams de material actiu de l'elèctrode negatiu x densitat superficial de l'elèctrode negatiu x relació de contingut de material actiu de l'elèctrode negatiu ÷ (capacitat de gram de material actiu de l'elèctrode positiu x densitat de superfície de l'elèctrode positiu x relació de contingut de material actiu de l'elèctrode positiu)
2 Factors que influeixen
Primer efecte:es refereix a la primera eficiència coulombica, que afecta la capacitat real dels elèctrodes positius i negatius. Les dades de capacitat de grams obtingudes dels proveïdors de materials sovint només tenen en compte la capacitat de mig gram elèctric de la substància activa, mentre que la capacitat de gram cel·lular real també es veu afectada per factors com ara agents conductors, adhesius, col·lectors de corrent, separadors, electròlits, etc. , hi ha una diferència entre la capacitat de gram cel·lular real i la capacitat de gram de disseny.
Procés de muntatge:Hi ha diferències en el disseny de la relació N/P entre les bateries cilíndriques i quadrades, principalment a causa de l'estanquitat del contacte entre les plaques d'elèctrodes positives i negatives.
Procés de conversió química:El procés de conversió química també afecta la relació N/P, ja que afecta el primer efecte i, per tant, afecta el rendiment de la capacitat del gram.
Rendiment del cicle:El cicle de vida és un dels indicadors importants per mesurar el rendiment de la bateria. Si l'elèctrode positiu decau ràpidament, la relació N/P s'ha de dissenyar per ser més baixa, permetent que l'elèctrode positiu estigui en un estat de descàrrega de càrrega poc profunda; Per contra, si l'elèctrode negatiu decau ràpidament, la relació N/P s'ha de dissenyar més alta per mantenir l'elèctrode negatiu en un estat de descàrrega de càrrega poc profunda.
Seguretat:La seguretat és un indicador més important que el rendiment del bucle. El disseny de la relació N/P no només ha de tenir en compte el rendiment de seguretat del producte acabat, sinó que també ha d'evitar la deposició de liti i la generació de calor a les cèl·lules de la bateria durant la precàrrega.
3 L'impacte en el rendiment de la bateria
Relació N/P massa alta:
Una descàrrega excessiva de l'elèctrode negatiu pot provocar una càrrega i descàrrega superficials de l'elèctrode negatiu i una càrrega i descàrrega profunda de l'elèctrode positiu.
L'elèctrode negatiu completament carregat és menys propens a la deposició de liti (alguns materials, com ara el carboni tou i dur i els materials LTO, tampoc no pateixen deposició de liti), cosa que el fa més segur.
Però l'augment de l'estat d'oxidació de l'elèctrode positiu augmenta realment els perills de seguretat.
A causa de l'efecte inicial sense canvis de l'elèctrode negatiu, més part s'ha de reaccionar i, al mateix temps, a causa de la influència de la cinètica, la capacitat de l'elèctrode positiu serà menor.
L'augment de l'estat d'oxidació del material de l'elèctrode positiu pot provocar un despreniment de la pols de l'elèctrode positiu de la làmina, groguenc del separador, augment de la resistència interna i fallada cíclica en condicions d'alta temperatura.
Relació N/P massa baixa:
La capacitat insuficient de l'elèctrode negatiu pot provocar que l'excés d'ions de liti alliberats de l'elèctrode positiu durant la càrrega precipitin a la superfície de l'elèctrode negatiu i formin dendrites de liti, que poden provocar curtcircuits interns a la bateria i afectar el seu rendiment de seguretat.
L'excés de Li alliberat proporciona una font de Li per a la deposició de sals de liti a la superfície de l'elèctrode negatiu, i la deposició contínua de sals de liti condueix a una fallada del cicle.
4 Consideracions en aplicacions pràctiques
Bateries d'elèctrodes negatius de grafit:La relació N/P és generalment superior a 1,0, normalment controlada entre 1,04-1,20, principalment per al disseny de seguretat per evitar la deposició de liti de l'elèctrode negatiu. Quan es dissenya, s'ha de tenir en compte la capacitat del procés, com ara la desviació del recobriment.
Bateria d'elèctrode negatiu de titanat de liti:adoptant un disseny d'excés d'elèctrode positiu, la capacitat de la bateria ve determinada per la capacitat de l'elèctrode negatiu de titanat de liti. El disseny excessiu de l'elèctrode positiu és beneficiós per millorar el rendiment a alta temperatura de la bateria, ja que el gas d'alta temperatura prové principalment de l'elèctrode negatiu. Quan l'elèctrode positiu està dissenyat excessivament, el potencial de l'elèctrode negatiu és més baix, cosa que facilita la formació d'una pel·lícula SEI a la superfície del titanat de liti.
5 Variabilitat dinàmica
La relació N/P és un paràmetre que canvia dinàmicament. Durant el cicle de càrrega/descàrrega de la bateria, els canvis en la capacitat específica reversible dels elèctrodes positius i negatius i/o la càrrega de massa negativa del material actiu de l'elèctrode poden provocar variacions contínues en la relació N/P. A més, factors com la capacitat inicial irreversible de tota la bateria, la tensió de tall de càrrega, la densitat de corrent, la temperatura ambient i l'envelliment de la bateria també poden afectar els canvis en la relació N/P.
La relació N/P de les bateries d'ions de liti és un paràmetre important i complex en el disseny de les bateries. Abans de dissenyar la relació N/P de tota la bateria, cal entendre completament les característiques dels materials del càtode i l'ànode, així com diversos factors que afecten la relació N/P, per garantir el rendiment i la seguretat de la bateria.