W procesie produkcyjnym akumulatorów litowo-jonowych tworzenie się jest krytyczną procedurą. W tym artykule omówiono wpływ warunków tworzenia (np. Prąd formowania, napięcie formowania, temperatura formowania i ciśnienie zewnętrzne) na wydajność baterii, w tym oporność wewnętrzną, pojemność i żywotność cyklu.Tob nowa energiazapewniaMaszyna do formacji bateriiróżnych specyfikacji zaspokojenia potrzeb produkcyjnych badań laboratoryjnych baterii iLinie produkcyjne baterii.
Tworzenie odnosi się do początkowego procesu ładowania po wstrzyknięciu elektrolitu i spoczynku, podczas którego powstaje warstwa stałego elektrolitów (SEI). Zmiany protokołów formowania powodują nieco inne warstwy SEI. Morfologia warstwy SEI wpływa bezpośrednio na wydajność komórek, takich jak zdolność szybkości, stabilność wysokiego napięcia, a zwłaszcza żywotność cyklu.
Poniżej znajduje się szczegółowa analiza, w jaki sposób warunki formowania wpływają na wydajność komórki:
1. Prąd formacji
Badania pokazują, że niższe gęstości obecne ułatwiają tworzenie solidnej warstwy SEI. Tworzenie SEI obejmuje dwa etapy: zarodkowanie i wzrost. Gęstości wysokiego prądu przyspieszają zarodkowanie, co prowadzi do porowatej struktury SEI o słabej przyczepności do powierzchni anody. I odwrotnie, niskie gęstości prądu powolne zarodkowanie, wytwarzając gęstszą warstwę SEI. Jednak porowate SEI może lepiej infiltrować elektrolit, co powoduje wyższą przewodność jonową w porównaniu z SEI utworzonym przy niskiej gęstości prądu.
Tradycyjne metody niskiego prądu wstępnego ładowania pomagają tworzyć stabilne i gęste SEI, ale przedłużone niskie obciążenie ładowanie zwiększa impedancję SEI, negatywnie wpływając na zdolności szybkości i żywotność cyklu. Dodatkowo, formacja o niskiej prądu przedłuża czas produkcji, zmniejszając wydajność produkcji. Aby to rozwiązać, zaproponowano protokół kształtowania prądu krokowego podczas fazy stałej prądu (CC). Takie podejście zmniejsza polaryzację, poprawia pojemność ładowania, skraca czas tworzenia i zwiększa wydajność.
Ryc. 1 (a) Tworzenie SEI na powierzchniach grafitowych podczas tworzenia i (b) wpływ gęstości prądu formacji na strukturę SEI.
2. Napięcie formacyjne
Różne napięcia tworzenia znacząco wpływają na warunki powierzchni elektrody, rezystancję wewnętrzną i wydajność cyklu. Na przykład badanie porównujące napięcia odcięcia wynoszące 3,5 V i 4,2 V wykazało, że odcięcie 4,2 V dało wyższą pojemność ładowania, ale 4,1% niższą wydajność ładowania ładunku niż 3,5 V. Baterie utworzone w 4,2 V wykazały wyższą oporność elektrod i szybszą degradację cyklu.
3. Stan ładunku (SOC)
SOC jest kluczowym parametrem w optymalizacji formacji. W połączeniu z napięciem ładunku/rozładowania, zmieniający poziom SOC podczas starzenia się indukuje różne stopnie reaktywności, zmieniając właściwości SEI i ostatecznie wydajność baterii. Wyniki eksperymentalne wskazują, że 25% SOC prowadzi do wyższej impedancji i niższej retencji pojemności przed i po starzeniu. Optymalny protokół obejmuje ładowanie do 100% SOC, rozładowywanie do 25% SOC (tj. Utrzymanie 75% SoC), starzenie się w temperaturze pokojowej. Ta metoda osiąga najwyższą początkową pojemność i retencję pojemności.
4. Temperatura formacji
W przypadku akumulatorów litowo-jonowych polimerowych formacja w wysokiej temperaturze sprzyja pełniejszemu tworzeniu SEI i zwiększa zwilżalność separatora, zmniejszając wytwarzanie gazu. Jednak tworzenie niskiej temperatury sprzyja wolniejszym zmniejszeniu soli litowej, umożliwiając uporządkowane i gęste osadzanie SEI, które przedłuża żywotność cyklu. Podczas gdy warstwy SEI o wysokiej temperaturze wykazują wyższą przewodność jonową, ich niestabilność spowodowana przyspieszonym rozpuszczaniem i korekalacja rozpuszczalnika pogarsza wydajność cyklu. Większość producentów przyjmuje starzenie się o wysokiej temperaturze (30–60 stopni) w celu poprawy wydajności cyklu i przechowywania.
5. Ciśnienie zewnętrzne
Wytworzenie gazu podczas formacji zwiększa odległość między elektrodami, wydłużanie ścieżek transportu litowo-jonowego i podnoszenie impedancji, zmniejszając w ten sposób pojemność. Zastosowanie umiarkowanego ciśnienia eliminuje gaz, zapewnia ciasne styk elektrody, minimalizuje deformację i poprawia zdolność formowania, zdolność szybkości i żywotność cyklu. Analiza pośmiertna ujawnia, że niewystarczające ciśnienie powoduje splatanie litu na anodzie, podczas gdy optymalne ciśnienie zapobiega takich wad.
Streszczenie:
Proces formacji odgrywa decydującą rolę w wydajności baterii litowo-jonowej. Optymalizacja prądu formacji, napięcia, temperatury i ciśnienia zewnętrznego ma kluczowe znaczenie dla poprawy właściwości akumulatora. Jednak indywidualne korekty parametrów dają ograniczoną poprawę. Holistyczna strategia optymalizacji jest niezbędna do maksymalizacji wydajności baterii.
