Γιατί υπάρχει ένα περισσότερο αρνητικό φύλλο ηλεκτρόδου από το θετικό φύλλο ηλεκτρόδου στον σχεδιασμό μπαταρίας λιθίου;
April 22, 2025
Κατά τη διαδικασία κατασκευής των μπαταριών λιθίου,μια κρίσιμη λεπτομέρεια σχεδιασμού είναι ότι ο αριθμός των αρνητικών ηλεκτροδίων (άνόδων) είναι πάντα ένας περισσότερος από αυτόν των θετικών ηλεκτροδίων (καθοδών)Αυτή η φαινομενικά απλή αριθμητική διαφορά ενσωματώνει στην πραγματικότητα βαθιές ηλεκτροχημικές αρχές και μηχανικές σκέψεις.
Βασικός λόγος: Ολοκλήρωση των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων
Η ουσία της λειτουργίας της μπαταρίας λιθίου είναι η μεταφορά ιόντων λιθίου μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων:
Κατά τη διάρκεια της φόρτισης: Τα ιόντα λιθίου εξάγονται από το θετικό ηλεκτρόδιο, περνάνε από τον ηλεκτρολύτη και διασταυρώνονται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο.
Κατά τη διάρκεια της εκφόρτισης: Τα ιόντα λιθίου απομακρύνονται από το αρνητικό ηλεκτρόδιο και επιστρέφουν στο θετικό ηλεκτρόδιο.
Για να επιτευχθεί 100% αξιοποίηση των δραστικών ουσιών, είναι αναγκαίο να εξασφαλιστεί ότι:
1Κάθε πλευρά κάθε θετικού φύλλου ηλεκτροδίου αντιστοιχεί σε αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου.
2Οι άκρες του θετικού ηλεκτρόδου καλύπτονται πλήρως από το αρνητικό ηλεκτρόδιο.
Εάν ο αριθμός των φύλλων ηλεκτροδίων ήταν ο ίδιος, το πιο εξωτερικό φύλλο θετικού ηλεκτρόδου θα είχε μια πλευρά απευθείας εκτεθειμένη στο ηλεκτρολύτη, με αποτέλεσμα:
Το δραστικό υλικό από αυτή την πλευρά δεν μπορεί να συμμετάσχει στην αντίδραση.
Ανώμαλη τοπική πυκνότητα ρεύματος.
Πιθανές παρενέργειες όπως αποσύνθεση ηλεκτρολυτών.
Τρεις Σημαντικοί Εξετάσεις Μηχανικής
1. Η τρέχουσα βελτιστοποίηση της διανομής
Η σχεδίαση ενός επιπλέον φύλλου αρνητικών ηλεκτροδίων καθιστά κάθε φύλλο θετικών ηλεκτροδίων σε κατάσταση "σάντουιτς":
Επενδύσεις σε ηλεκτρόδια
Αρνητικό ηλεκτρόδιο: Μόνο μια πλευρά έχει θετικό ηλεκτρόδιο (το εξωτερικό αρνητικό ηλεκτρόδιο).
Η διάταξη αυτή εξασφαλίζει:
Συμμετρικές διαδρομές ρεύματος.
Ομοιόμορφη αγωγία ηλεκτρονίων.
Ελαχιστοποίηση των φαινομένων πόλωσης.
2Μηχανισμός προστασίας της ασφάλειας
Ο βασικός ρόλος του επιπλέον αρνητικού ηλεκτροδίου είναι:
Το ενεργό υλικό του θετικού ηλεκτρόδου περιβάλλεται πλήρως.
Αποτρέψτε την ανάπτυξη δενδρίτης λιθίου που προκαλείται από τις επιπτώσεις της άκρης.
Παροχή χώρου αποθήκευσης για επέκταση (τα αρνητικά ηλεκτρόδια με βάση το πυρίτιο μπορούν να επεκταθούν έως και κατά 300%).
Τα πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι οι μπαταρίες με σχεδιασμό φύλλου ηλεκτροδίων N+1 μπορούν να έχουν μεγαλύτερη διάρκεια κύκλου ζωής κατά 15-20%.
3. Προσαρμογή της διαδικασίας παραγωγής
Για τις μπαταρίες με σφραγίδα, το αρνητικό ηλεκτρόδιο σχηματίζει φυσικά μια "έλλη" δομή ως εξωτερικό στρώμα.
18650 κυλινδρική μπαταρία: 4 στρώματα θετικού ηλεκτρόδου → 5 στρώματα αρνητικού ηλεκτρόδου.
Ανεφοδιασμένες μπαταρίες: Επιτύχετε N+1 ζεύξη μέσω ακριβούς μέτρησης.
Διαδικασία στοίβασης: Με την στοίβαση με τρόπο "σελίδας βιβλίου", εξασφαλίζεται ότι η ακολουθία είναι θετικός ηλεκτρόδος ∙ αρνητικός ηλεκτρόδος ∙ θετικός ηλεκτρόδης ∙ αρνητικός ηλεκτρόδης...πάντα τελειώνει με αρνητικό ηλεκτρόδιο.
Ειδική ανάλυση περιπτώσεων
1. Διαφορές μπαταρίας στερεής κατάστασης
Ορισμένες μπαταρίες ηλεκτρολύτη στερεής κατάστασης μπορούν να χρησιμοποιούν ίσο αριθμό φύλλων ηλεκτροδίων επειδή:
Τα στερεά ηλεκτρόλυτα έχουν υψηλή μηχανική αντοχή, η οποία μπορεί να καταστείλει τα δενδρίτια.
Η διαδρομή αγωγής ιόντων διαφέρει από εκείνη των υγρών μπαταριών.
Ωστόσο, τα βιομηχανοποιημένα προϊόντα εξακολουθούν να διατηρούν ως επί το πλείστον το σχέδιο N + 1.
2Ηλεκτρονικές συσκευές
Οι συμμετρικές μπαταρίες που χρησιμοποιούνται για έρευνα (όπως οι μπαταρίες Li-Li) παραβιάζουν αυτόν τον κανόνα, αλλά:
Δεν μπορούν να εφαρμοστούν στην πράξη.
Χρησιμοποιούνται μόνο για βασική έρευνα.
Σύνοψη:
Η σχεδίαση ενός "επιπλέον αρνητικού φύλλου ηλεκτροδίου" στις μπαταρίες λιθίου είναι η εξής:
✓ Η ανάγκη για ηλεκτροχημικές αντιδράσεις
✓ Μια εκδήλωση βελτιστοποίησης της μηχανικής
✓ Μια κρίσιμη εγγύηση για την ασφάλεια