U procesu proizvodnje litij-inskih baterija, formiranje je kritični postupak. Ovaj članak govori o utjecaju uvjetima formiranja (npr. Struja formiranja, napon formiranja, temperatura formiranja i vanjski tlak) na performanse baterije, uključujući unutarnji otpor, kapacitet i vijek trajanja ciklusa.Tob nova energijaosiguratistroj za formiranje baterijeod različitih specifikacija kako bi se zadovoljile proizvodne potrebe istraživanja baterija i istraživanja iLinije za proizvodnju baterije.
Formiranje se odnosi na početni postupak punjenja nakon ubrizgavanja elektrolita i odmora, tijekom kojeg se formira sloj čvrstog elektrolita (SEI). Varijacije u protokolima formiranja rezultiraju s nešto različitim SEI slojevima. Morfologija SEI sloja izravno utječe na performanse stanica, kao što su sposobnost brzine, stabilnost visokog napona, a posebno životni vijek.
Ispod je detaljna analiza kako uvjeti formiranja utječu na performanse stanica:
1. stvaranje struja
Studije pokazuju da niža gustoća struje olakšava stvaranje robusnog SEI sloja. Formiranje SEI uključuje dvije faze: nukleaciju i rast. Gustoća velike struje ubrzava nukleaciju, što dovodi do porozne SEI strukture s lošom prianjanjem na površinu anode. Suprotno tome, gustoća male struje usporava nuklearnost, stvarajući gušće SEI sloj. Međutim, porozni SEI može bolje infiltrirati elektrolit, što rezultira većom ionskom vodljivošću u usporedbi s SEI formiranim pod gustoćom male struje.
Tradicionalne metode prije punjenja niske struje pomažu u formiranju stabilnog i gustog SEI, ali produženo punjenje niskog struje povećava impedanciju SEI, negativno utječu na sposobnost stope i život ciklusa. Uz to, stvaranje niske struje produžuje vrijeme proizvodnje, smanjujući učinkovitost proizvodnje. Da bi se to riješilo, predložen je postupni protokol stvaranja struje tijekom faze konstantnog struja (CC). Ovaj pristup smanjuje polarizaciju, poboljšava kapacitet naboja, skraćuje vrijeme stvaranja i povećava učinkovitost.
Slika 1 (a) SEI stvaranje na grafitnim površinama tijekom stvaranja i (b) učinak gustoće stvaranja struje na SEI strukturu.
2. Napon formiranja
Različiti naponi formacije značajno utječu na uvjete površine elektrode, unutarnji otpor i performanse ciklusa. Na primjer, studija koja je uspoređivala odsječene napone od 3,5 V i 4,2 V utvrdila je da je 4,2 V presjek donio veći kapacitet naboja, ali 4,1% nižu učinkovitost punjenja naboja od 3,5 V. Baterije formirane na 4,2 V pokazale su veću otpornost na elektrode i razgradnju brže ciklusa.
3. Stanje naboja (SOC)
SOC je kritični parametar u optimizaciji formiranja. Zajedno s naponom naboja/pražnjenja, različite razine SOC -a tijekom starenja induciraju različite stupnjeve reaktivnosti, mijenjajući SEI svojstva i na kraju performanse baterije. Eksperimentalni rezultati pokazuju da 25% SOC dovodi do veće impedancije i zadržavanja nižeg kapaciteta prije i nakon starenja. Optimalni protokol uključuje punjenje na 100% SOC, ispuštajući na 25% SOC (tj. Održavanje 75% SOC), starenjem na sobnoj temperaturi. Ova metoda postiže najveći početni kapacitet pražnjenja i zadržavanje kapaciteta.
4. Temperatura formiranja
Za polimerne litij-ionske baterije, stvaranje visokih temperatura potiče potpuniju formiranje SEI i povećava vlažnost separatora, smanjujući stvaranje plina. Međutim, formiranje niske temperature pogoduje smanjenju sporijeg litijske soli, omogućavajući uređenu i gusto taloženje SEI, što proširuje životni vijek ciklusa. Dok slojevi SEI visoke temperature pokazuju veću ionsku vodljivost, njihova nestabilnost uslijed ubrzanog otapanja i ko-interteralacije otapala pogoršava performanse ciklusa. Većina proizvođača prihvaća starenje visoke temperature (30–60 stupnjeva) kako bi poboljšali performanse ciklusa i skladištenja.
5. Vanjski tlak
Stvaranje plina tijekom formiranja povećava udaljenost između elektroda, produžujući transportne staze Li-iona i podizanje impedancije, čime se smanjuje kapacitet. Primjena umjerenog tlaka eliminira plin, osigurava tijesan kontakt elektroda, minimizira deformaciju i poboljšava kapacitet formiranja, sposobnost brzine i vijek trajanja ciklusa. Post-mortem analiza otkriva da nedovoljan tlak uzrokuje litij oblaganje na anodi, dok optimalni tlak sprječava takve nedostatke.
Sažetak:
Proces formiranja igra odlučujuću ulogu u performansama litij-ionske baterije. Optimiziranje struje formiranja, napona, temperature i vanjskog tlaka ključni su za poboljšanje svojstava baterije. Međutim, pojedinačna prilagođavanja parametara daju ograničena poboljšanja. Holistička strategija optimizacije ključna je za maksimiziranje performansi baterije.
