В производствения процес на литиево-йонни батерии образуването е критична процедура. Тази статия обсъжда въздействието на условията на образуване (напр. Ток на формация, напрежение на образуването, температура на образуване и външно налягане) върху работата на батерията, включително вътрешно съпротивление, капацитет и живот на цикъла.TOB нова енергияосигуряваМашина за образуване на батерияна различни спецификации за задоволяване на производствените нужди на лабораторни изследвания на батериите ипроизводствени линии на батерията.
Образуването се отнася до първоначалния процес на зареждане след инжектиране и почивка на електролит, по време на който се образува твърд електролитен интерфазен (SEI) слой. Вариациите в протоколите за формиране водят до малко по -различни SEI слоеве. Морфологията на SEI слоя пряко влияе върху работата на клетките, като способността на скоростта, стабилността на високо напрежение и по-специално живота на цикъла.
По -долу е подробен анализ за това как условията на образуване влияят на работата на клетките:
1. Формиращ ток
Проучванията показват, че по -ниската плътност на тока улеснява образуването на здрав SEI слой. Формирането на SEI включва два етапа: нуклеиране и растеж. Високата плътност на тока ускорява ядрената част, което води до пореста SEI структура с лоша адхезия към повърхността на анода. Обратно, плътността на ниския ток забавя ядреното, което произвежда по -плътно SEI слой. Обаче порестът SEI може по -добре да проникне в електролита, което води до по -висока йонна проводимост в сравнение със SEI, образувана при ниска плътност на тока.
Традиционните методи за предварително зареждане с нисък ток помагат да се образува стабилен и плътна SEI, но продължителното зареждане с нисък ток увеличава импеданса на SEI, което влияе отрицателно върху способността на скоростта и живота на цикъла. Освен това, ниският ток формация удължава времето за производство, намалявайки производствената ефективност. За да се справи с това, е предложен стъпаловиден протокол за формиране на ток по време на фазата на постоянен ток (CC). Този подход намалява поляризацията, подобрява капацитета на заряда, съкращава времето за образуване и повишава ефективността.
Фигура 1 (а) образуване на SEI върху графитни повърхности по време на образуване и (б) ефектът на плътността на тока на образуване върху структурата на SEI.
2. Напрежение на образуване
Различните напрежения на образуването влияят значително на условията на повърхността на електрода, вътрешното съпротивление и характеристиката на цикъла. Например, проучване, сравняващо напрежението на прекъсване от 3,5 V и 4,2 V, установи, че 4,2 V прекъсване дава по-висок капацитет на заряда, но 4,1% по-ниска ефективност на заряда от разряд на заряда от 3,5 V. Батерии, образувани при 4.2 V, показва по-голямо съпротивление на електрода и по-бързо разграждане на цикъла.
3. Състояние на таксата (SOC)
SOC е критичен параметър при оптимизацията на формацията. В съчетание с напрежението на заряда/изпускането, различните нива на SOC по време на стареене предизвикват различни степени на реактивност, променяйки свойствата на SEI и в крайна сметка работата на батерията. Експерименталните резултати показват, че 25% SOC води до по -висок импеданс и по -ниско задържане на капацитета преди и след стареене. Оптималният протокол включва таксуване до 100% SOC, изхвърляйки до 25% SOC (т.е. поддържане на 75% SOC), чрез стареене при стайна температура. Този метод постига най -високия първоначален капацитет на изхвърляне и задържане на капацитет.
4. Температура на образуване
За полимерните литиево-йонни батерии образуването на високотемпература насърчава по-пълното образуване на SEI и повишава намокряемостта на сепаратора, намалявайки генерирането на газ. Въпреки това, образуването на ниска температура благоприятства по-бавното намаляване на литиевата сол, което позволява подредено и плътно отлагане на SEI, което удължава живота на цикъла. Докато високотемпературните SEI слоеве проявяват по-висока йонна проводимост, тяхната нестабилност поради ускореното разтваряне и съвместната интервютация на разтворителя влошава производителността на цикъла. Повечето производители приемат стареене с висока температура (30–60 градуса), за да подобрят производителността на цикъла и съхранението.
5. Външно налягане
Генерирането на газ по време на образуването увеличава разстоянието между електродите, удължаването на транспортните пътеки на Li-Ion и повишаване на импеданса, като по този начин намалява капацитета. Прилагането на умерено налягане елиминира газа, осигурява строг контакт на електрода, свежда до минимум деформацията и подобрява капацитета на образуване, способността на скоростта и живота на цикъла. След смъртния анализ разкрива, че недостатъчното налягане причинява литиево покритие върху анода, докато оптималното налягане предотвратява такива дефекти.
Резюме:
Процесът на формиране играе решителна роля в производителността на литиево-йонната батерия. Оптимизирането на тока, напрежение, температура и външно налягане е от решаващо значение за повишаване на свойствата на батерията. Отделните корекции на параметрите обаче дават ограничени подобрения. Стратегията за холистична оптимизация е от съществено значение за увеличаване на производителността на батерията.
