Neigiamas ir teigiamas ličio jonų akumuliatorių santykis yra pagrindinis projektinis parametras, nurodantis neigiamo elektrodo medžiagos ir teigiamos elektrodo medžiagos talpos santykį akumuliatoriaus talpos projekte.
1 Apibrėžimas ir skaičiavimo metodas
N/P santykis paprastai apibrėžiamas kaip neigiamo elektrodo talpos ir teigiamo elektrodo talpos santykis, naudojamas siekiant užtikrinti, kad neigiamo elektrodo medžiagos talpa būtų pakankama priimti ličio jonus, kuriuos įkrovimo metu išskiria teigiama elektrodo medžiaga. Skaičiavimo formulė yra tokia:
N/P=neigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos gramų talpa x neigiamas elektrodo paviršiaus tankis x neigiamas elektrodo aktyviosios medžiagos kiekio santykis ÷ (teigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos gramo talpa x teigiamas elektrodo paviršiaus tankis x teigiamas elektrodo aktyviosios medžiagos kiekio santykis)
2 Įtakojantys veiksniai
Pirmasis efektas:reiškia pirmąjį kuloninį efektyvumą, kuris turi įtakos faktinei teigiamų ir neigiamų elektrodų talpai. Iš medžiagų tiekėjų gaunamuose gramų talpos duomenyse dažnai atsižvelgiama tik į pusę elektrinio gramo veikliosios medžiagos talpos, o faktinę pilno elemento gramo talpą taip pat įtakoja tokie veiksniai kaip laidžios medžiagos, klijai, srovės rinktuvai, separatoriai, elektrolitai ir kt. , yra skirtumas tarp tikrosios visos ląstelės gramų talpos ir projektinės gramų talpos.
Surinkimo procesas:Cilindrinių ir kvadratinių baterijų N/P santykio dizainas skiriasi, daugiausia dėl teigiamo ir neigiamo elektrodo plokščių kontakto sandarumo.
Cheminės konversijos procesas:Cheminės konversijos procesas taip pat turi įtakos N/P santykiui, nes jis turi įtakos pirmajam poveikiui ir taip paveikia gramų talpos našumą.
Ciklo našumas:Ciklo trukmė yra vienas iš svarbių akumuliatoriaus veikimo rodiklių. Jei teigiamas elektrodas greitai suyra, N/P santykis turėtų būti mažesnis, kad teigiamasis elektrodas būtų seklios įkrovos iškrovos būsenoje; Priešingai, jei neigiamas elektrodas greitai suyra, N/P santykis turėtų būti didesnis, kad neigiamas elektrodas liktų seklios įkrovos iškrovos būsenoje.
Saugumas:Saugumas yra svarbesnis rodiklis nei ciklo našumas. N/P santykio konstrukcijoje turėtų būti atsižvelgiama ne tik į gatavo produkto saugumą, bet ir išvengiama ličio nusėdimo ir karščio susidarymo akumuliatoriaus elementuose išankstinio įkrovimo metu.
3 Poveikis akumuliatoriaus veikimui
N/P santykis per didelis:
Pernelyg didelis neigiamo elektrodo iškrovimas gali sukelti negilių neigiamo elektrodo įkrovimą ir iškrovimą, o teigiamo elektrodo gilų įkrovimą ir iškrovimą.
Visiškai įkrautas neigiamas elektrodas yra mažiau linkęs į ličio nusodinimą (kai kurios medžiagos, pvz., minkšta ir kieta anglis bei LTO medžiagos, taip pat nenustoja ličio), todėl jis yra saugesnis.
Tačiau teigiamo elektrodo oksidacijos būsenos padidėjimas iš tikrųjų padidina saugos pavojų.
Dėl nepakitusio pradinio neigiamo elektrodo poveikio reikia sureaguoti didesnę dalį, o tuo pačiu dėl kinetikos įtakos teigiamo elektrodo talpa bus mažesnė.
Padidėjus teigiamo elektrodo medžiagos oksidacijos laipsniui, teigiamo elektrodo milteliai gali atsiskirti nuo folijos, pagelsti separatorius, padidėti vidinė varža ir ciklinis gedimas esant aukštai temperatūrai.
N/P santykis per mažas:
Dėl nepakankamos neigiamo elektrodo talpos ličio jonų perteklius, išsiskiriantis iš teigiamo elektrodo įkrovimo metu, gali nusodinti ant neigiamo elektrodo paviršiaus ir susidaryti ličio dendritų, kurie gali lengvai sukelti vidinį trumpąjį jungimą akumuliatoriuje ir turėti įtakos jo saugai.
Išsiskyręs Li perteklius yra Li šaltinis ličio druskoms nusodinti ant neigiamo elektrodo paviršiaus, o nuolatinis ličio druskų nusėdimas sukelia ciklo gedimą.
4 Praktinio taikymo svarstymai
Grafito neigiamo elektrodo baterijos:N/P santykis paprastai yra didesnis nei 1.0, paprastai reguliuojamas tarp 1.04-1.20, daugiausia dėl saugos konstrukcijos, kad būtų išvengta ličio nusėdimo nuo neigiamo elektrodo. Projektuojant reikia atsižvelgti į proceso galimybes, pvz., dangos nuokrypį.
Ličio titanato neigiamo elektrodo baterija:Taikant teigiamo elektrodo pertekliaus konstrukciją, akumuliatoriaus talpa nustatoma pagal neigiamo ličio titanato elektrodo talpą. Per didelis teigiamo elektrodo dizainas yra naudingas gerinant akumuliatoriaus veikimą aukštoje temperatūroje, nes aukštos temperatūros dujos daugiausia gaunamos iš neigiamo elektrodo. Kai teigiamas elektrodas yra per daug suprojektuotas, neigiamo elektrodo potencialas yra mažesnis, todėl lengviau suformuoti SEI plėvelę ant ličio titanato paviršiaus.
5 Dinaminis kintamumas
N/P santykis yra dinamiškai kintantis parametras. Akumuliatoriaus įkrovimo / iškrovimo ciklo metu teigiamų ir neigiamų elektrodų grįžtamosios specifinės talpos pokyčiai ir (arba) neigiama elektrodo aktyviosios medžiagos masės apkrova gali lemti nuolatinius N/P santykio pokyčius. Be to, tokie veiksniai kaip pradinė negrįžtama viso akumuliatoriaus talpa, įkrovimo ribinė įtampa, srovės tankis, aplinkos temperatūra ir akumuliatoriaus senėjimas taip pat gali turėti įtakos N/P santykio pokyčiams.
Ličio jonų baterijų N/P santykis yra svarbus ir sudėtingas akumuliatoriaus dizaino parametras. Prieš projektuojant visos baterijos N/P santykį, būtina iki galo suprasti katodo ir anodo medžiagų charakteristikas bei įvairius veiksnius, turinčius įtakos N/P santykiui, kad būtų užtikrintas akumuliatoriaus veikimas ir saugumas.