Liitium-ioonakude negatiivne/positiivne suhe on peamine konstruktsiooniparameeter, mis viitab negatiivse elektroodi materjali ja positiivse elektroodi materjali mahtuvuse suhtele aku mahutavuse kavandamisel.
1 Definitsioon ja arvutusmeetod
N/P suhet määratletakse tavaliselt negatiivse elektroodi võimsuse ja positiivse elektroodi võimsuse suhtena, mida kasutatakse selleks, et tagada negatiivse elektroodi materjali piisav võimsus, et vastu võtta positiivse elektroodi materjalist laadimise ajal vabanevad liitiumioonid. Arvutusvalem on järgmine:
N/P=negatiivse elektroodi aktiivse materjali grammmaht x negatiivne elektroodi pinnatihedus x negatiivne elektroodi aktiivse materjali sisalduse suhe ÷ (positiivse elektroodi aktiivse materjali grammi mahutavus x positiivne elektroodi pinnatihedus x positiivse elektroodi aktiivse materjali sisalduse suhe)
2 Mõjutavad tegurid
Esimene efekt:viitab esimesele kulonilisele efektiivsusele, mis mõjutab positiivsete ja negatiivsete elektroodide tegelikku mahtuvust. Materjalitarnijatelt saadud grammivõimsuse andmed võtavad sageli arvesse ainult toimeaine poole elektrilist grammi mahtu, samas kui tegelikku täisraku grammi mahtu mõjutavad ka sellised tegurid nagu juhtivad ained, liimid, voolukollektorid, separaatorid, elektrolüüdid jne. , on erinevus tegeliku täisraku grammi mahu ja kavandatud grammi mahu vahel.
Kokkupanemise protsess:Silindriliste ja ruudukujuliste akude N/P suhte konstruktsioonis on erinevusi, peamiselt positiivse ja negatiivse elektroodi plaatide vahelise kontakti tiheduse tõttu.
Keemiline muundamise protsess:Keemiline muundamise protsess mõjutab ka N/P suhet, kuna see mõjutab esimest efekti ja seega mõjutab grammi mahu jõudlust.
Tsükli jõudlus:Tsükli eluiga on üks olulisi näitajaid aku jõudluse mõõtmisel. Kui positiivne elektrood laguneb kiiresti, peaks N/P suhe olema väiksem, võimaldades positiivsel elektroodil olla madala laengu tühjenemise olekus; Vastupidi, kui negatiivne elektrood laguneb kiiresti, peaks N/P suhe olema suurem, et hoida negatiivset elektroodi madala laengu tühjenemise olekus.
Turvalisus:Turvalisus on olulisem näitaja kui ahela jõudlus. N/P suhte kujundus ei peaks arvestama mitte ainult valmistoote ohutust, vaid vältima ka liitiumi sadestumist ja kuumuse teket akuelementides eellaadimise ajal.
3 Mõju aku jõudlusele
N/P suhe liiga kõrge:
Liigne negatiivse elektroodi tühjenemine võib põhjustada negatiivse elektroodi madalat laadimist ja tühjenemist ning positiivse elektroodi sügavat laadimist ja tühjenemist.
Täielikult laetud negatiivne elektrood on vähem altid liitiumi sadestumisele (mõned materjalid, nagu pehme ja kõva süsinik ja LTO materjalid, ei satu ka liitiumiga), muutes selle ohutumaks.
Kuid positiivse elektroodi oksüdatsiooniastme tõus suurendab tegelikult ohtusid.
Negatiivse elektroodi algmõju muutumatul kujul vajab reageerimist suurem osa ja samas on kineetika mõjul positiivse elektroodi läbilaskevõime väiksem.
Positiivse elektroodi materjali oksüdatsiooniastme suurenemine võib põhjustada positiivse elektroodi pulbri eraldumist fooliumist, separaatori kollaseks muutumist, suurenenud sisetakistust ja tsüklilist riket kõrge temperatuuri tingimustes.
N/P suhe liiga madal:
Negatiivse elektroodi ebapiisav mahutavus võib põhjustada positiivsest elektroodist laadimise ajal vabanevate liigsete liitiumioonide sadestumist negatiivse elektroodi pinnale ja liitiumdendriite moodustumist, mis võib kergesti põhjustada akus sisemisi lühiseid ja mõjutada selle ohutust.
Vabanenud liigne Li annab Li allika liitiumisoolade sadestumiseks negatiivse elektroodi pinnale ja liitiumisoolade pidev sadestumine põhjustab tsükli rikke.
4 Praktiliste rakenduste kaalutlused
Grafiit negatiivse elektroodi patareid:N/P suhe on üldiselt suurem kui 1.0, tavaliselt reguleeritakse vahemikus 1.04-1.20, peamiselt ohutuskonstruktsiooni jaoks, et vältida liitiumi sadestumist negatiivselt elektroodilt. Projekteerimisel tuleks arvestada protsessi võimekusega, näiteks katte kõrvalekaldega.
Liitiumtitanaadi negatiivse elektroodi aku:Võttes kasutusele positiivse elektroodi ülemäärase konstruktsiooni, määratakse aku mahutavus liitiumtitanaadi negatiivse elektroodi võimsusega. Positiivse elektroodi liigne disain on kasulik aku kõrge temperatuuritalitluse parandamiseks, kuna kõrge temperatuuriga gaas pärineb peamiselt negatiivsest elektroodist. Kui positiivne elektrood on ülemäära projekteeritud, on negatiivse elektroodi potentsiaal madalam, mistõttu on liitiumtitanaadi pinnale lihtsam moodustada SEI kile.
5 Dünaamiline varieeruvus
N/P suhe on dünaamiliselt muutuv parameeter. Aku laadimis-/tühjenemistsükli ajal võivad muutused positiivsete ja negatiivsete elektroodide pöörduvas erivõimsuses ja/või elektroodi aktiivmaterjali negatiivses massikoormuses põhjustada pidevaid muutusi N/P suhtes. Lisaks võivad N/P suhte muutusi mõjutada ka sellised tegurid nagu kogu aku esialgne pöördumatu võimsus, laadimise katkestuspinge, voolutihedus, ümbritseva õhu temperatuur ja aku vananemine.
Liitium-ioonakude N/P suhe on aku disainimisel oluline ja keeruline parameeter. Enne kogu aku N/P suhte kavandamist on vaja täielikult mõista katoodi ja anoodi materjalide omadusi, samuti erinevaid N/P suhet mõjutavaid tegureid, et tagada aku jõudlus ja ohutus.