Dlaczego w konstrukcji baterii litowej jest jedna więcej elektrody ujemnej niż dodatnia?
April 22, 2025
W procesie produkcji baterii litowych,kluczowym szczegółem projektowania jest to, że liczba płyt elektrodowych ujemnych (anod) jest zawsze o jedną więcej niż liczba płyt elektrodowych dodatnich (katod)Ta pozornie prosta różnica liczbowa zawiera głębokie zasady elektrochemiczne i rozważania inżynieryjne.
Podstawowy powód: Kompletność reakcji elektrochemicznych
Istotą działania baterii litowej jest przemieszczanie jonów litowych między elektrodami dodatnimi i ujemnymi:
Podczas ładowania: jony litu są wydobywane z elektrody dodatniej, przechodzą przez elektrolit i są włączane do elektrody ujemnej.
Podczas rozładowywania: jony litu są wydobywane z elektrody ujemnej i wracają do elektrody dodatniej.
Aby uzyskać 100% wykorzystania substancji czynnych, konieczne jest zapewnienie, aby:
1Każda strona każdej pozytywnej tablicy elektrody odpowiada materiałowi elektrody ujemnej.
2Obszary krawędzi elektrody dodatniej są całkowicie pokryte przez elektrodę ujemną.
Jeżeli liczba arkuszy elektrodowych byłaby taka sama, najbardziej zewnętrzna blacha elektrody pozytywnej miałaby jedną stronę bezpośrednio wystawioną na działanie elektrolitu, w wyniku czego:
Materiał czynny po tej stronie nie może uczestniczyć w reakcji.
Nienormalna lokalna gęstość prądu.
Możliwe reakcje uboczne, takie jak rozkład elektrolitów.
Trzy główne aspekty inżynierii
1. Optymalizacja obecnej dystrybucji
Wykonanie z jednej dodatkowej blachy elektrody ujemnej sprawia, że każda blacha elektrody dodatniej znajduje się w stanie "sandwicza":
Pozytywna blacha elektrody: otoczona przez elektrody ujemne z obu stron.
Płytka elektrody ujemnej: tylko jedna strona ma elektrodę dodatnią (najbardziej zewnętrzna elektroda ujemna).
Ten układ zapewnia:
Symetryczne drogi prądu.
Jednolite przewodzenie elektronów.
Minimalizacja zjawiska polaryzacji.
2Mechanizm ochrony bezpieczeństwa
Kluczową rolę dodatkowej elektrody ujemnej odgrywa:
Całkowicie zakapsuć materiał aktywny elektrody dodatniej.
Zapobieganie wzrostowi dendrytów litu spowodowanych efektami krawędzi.
Zapewnienie przestrzeni buforowej do ekspansji (elektrody ujemne na bazie krzemu mogą się rozszerzać nawet o 300%).
Dane eksperymentalne pokazują, że baterie o konstrukcji arkusza elektrodowego N+1 mogą zwiększyć okres trwania cyklu o 15-20%.
3. Dostosowanie procesu produkcyjnego
W przypadku akumulatorów z zaciętymi ogniwami elektrody ujemne naturalnie tworzą strukturę "jeden więcej" jako warstwę zewnętrzną.
18650 bateria cylindryczna: 4 warstwy elektrody dodatniej → 5 warstw elektrody ujemnej.
Zestawione baterie: osiągnięcie parzenia N+1 poprzez precyzyjne liczenie.
Proces składowania: poprzez składowanie w sposób "strona książki", zapewnia się, że sekwencja jest pozytywną elektrodą ̇ negatywną elektrodą ̇ pozytywną elektrodą ̇ negatywną elektrodą...zawsze kończące się negatywną elektrodą.
Analiza szczególnego przypadku
1. Różnice między bateriami w stanie stałym
Niektóre baterie elektrolitowe w stanie stałym mogą używać równej liczby arkuszy elektrodowych, ponieważ:
Elektrolity w stanie stałym mają wysoką wytrzymałość mechaniczną, która może tłumić dendryty.
Ścieżka przewodzenia jonów jest inna niż w przypadku baterii ciekłych.
Jednakże produkty przemysłowe nadal w większości zachowują wzór N+1.
2Baterie do badań laboratoryjnych
Baterie symetryczne wykorzystywane do badań (takie jak baterie Li-Li) łamią tę zasadę, ale:
Nie można ich zastosować w praktyce.
Używane są tylko do badań podstawowych.
Podsumowanie:
"Wykorzystanie" "przewodników" do "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" do "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" do "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" do "przewodnictwa".
✓ konieczność reakcji elektrochemicznych
✓ Opis optymalizacji inżynierii
✓ Kluczowa gwarancja bezpieczeństwa