در فرآیند تولید باتری های لیتیوم یون ، تشکیل یک روش مهم است. در این مقاله به بررسی تأثیر شرایط تشکیل (به عنوان مثال ، جریان تشکیل ، ولتاژ تشکیل ، دمای تشکیل و فشار خارجی) بر عملکرد باتری ، از جمله مقاومت داخلی ، ظرفیت و عمر چرخه می پردازیم.انرژی جدید توبتصویب کردندستگاه تشکیل باتریاز مشخصات مختلف برای تأمین نیازهای تولید تحقیقات آزمایشگاه باتری وخطوط تولید باتری.
تشکیل به فرآیند شارژ اولیه پس از تزریق الکترولیت و استراحت اشاره دارد ، که در طی آن لایه الکترولیت جامد interphase (SEI) تشکیل می شود. تغییرات در پروتکل های تشکیل منجر به لایه های SEI کمی متفاوت می شود. مورفولوژی لایه SEI به طور مستقیم بر عملکرد سلول ، مانند توانایی نرخ ، ثبات ولتاژ بالا و به ویژه عمر چرخه تأثیر می گذارد.
در زیر یک تجزیه و تحلیل دقیق از چگونگی تأثیر شرایط شکل گیری بر عملکرد سلول وجود دارد:
1. جریان تشکیل
مطالعات نشان می دهد که تراکم فعلی پایین ، تشکیل یک لایه SEI قوی را تسهیل می کند. تشکیل SEI شامل دو مرحله است: هسته و رشد. تراکم جریان بالا باعث تسریع در هسته می شود و منجر به ساختار SEI متخلخل با چسبندگی ضعیف به سطح آند می شود. برعکس ، تراکم های کم جریان ، هسته را آهسته می کنند و یک لایه SEI متراکم تولید می کنند. با این حال ، یک SEI متخلخل بهتر می تواند به الکترولیت نفوذ کند ، در نتیجه هدایت یونی بالاتر در مقایسه با SEI که تحت تراکم جریان کم تشکیل می شود.
روشهای پیش از شارژ سنتی سنتی با ایجاد یک SEI پایدار و متراکم کمک می کند ، اما شارژ طولانی مدت با جریان طولانی ، امپدانس SEI را افزایش می دهد و بر توانایی نرخ و عمر چرخه تأثیر منفی می گذارد. علاوه بر این ، تشکیل کم جریان باعث افزایش زمان تولید می شود و باعث کاهش راندمان تولید می شود. برای پرداختن به این موضوع ، یک پروتکل تشکیل جریان گام به گام در طی مرحله ثابت جریان (CC) ارائه شده است. این رویکرد قطبش را کاهش می دهد ، ظرفیت بار را بهبود می بخشد ، زمان تشکیل را کوتاه می کند و باعث افزایش کارایی می شود.
شکل 1 (الف) تشکیل SEI در سطوح گرافیتی در حین تشکیل و (ب) تأثیر چگالی جریان تشکیل بر ساختار SEI.
2 ولتاژ تشکیل
ولتاژهای مختلف تشکیل به طور قابل توجهی بر شرایط سطح الکترود ، مقاومت داخلی و عملکرد چرخه تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، یک مطالعه با مقایسه ولتاژهای برش 3.5 ولت و 4.2 ولت نشان داد که قطع 4.2 ولت ظرفیت بار بالاتر را دارد اما راندمان شارژ شارژ کمتری نسبت به 3.5 ولت. باتری هایی که در 4.2 ولت تشکیل شده اند ، مقاومت الکترود بالاتر و تخریب چرخه سریعتر را نشان می دهند.
3. ایالت شارژ (SOC)
SOC یک پارامتر مهم در بهینه سازی شکل گیری است. همراه با ولتاژ شارژ/تخلیه ، سطح SOC متغیر در طول پیری باعث ایجاد درجه های مختلف واکنش پذیری ، تغییر خصوصیات SEI و در نهایت عملکرد باتری می شود. نتایج تجربی نشان می دهد که 25 ٪ SOC منجر به امپدانس بالاتر و حفظ ظرفیت پایین تر قبل و بعد از پیری می شود. پروتکل بهینه شامل شارژ به 100 ٪ SOC ، تخلیه 25 ٪ SOC (یعنی حفظ 75 ٪ SOC) با پیری در دمای اتاق است. این روش به بالاترین ظرفیت تخلیه اولیه و حفظ ظرفیت دست می یابد.
4. دمای تشکیل
برای باتری های لیتیوم یون پلیمری ، شکل گیری درجه حرارت بالا باعث تشکیل کامل تر SEI می شود و باعث خیس شدن جداکننده می شود و باعث کاهش تولید گاز می شود. با این حال ، شکل گیری درجه حرارت پایین از کاهش نمک لیتیوم کندتر استفاده می کند ، و این باعث می شود که رسوب SEI سفارش داده شده و متراکم ، که عمر چرخه را گسترش می دهد. در حالی که لایه های SEI با درجه حرارت بالا از رسانایی یونی بالاتری برخوردار هستند ، بی ثباتی آنها به دلیل انحلال تسریع و همبستگی حلال باعث بدتر شدن عملکرد چرخه می شود. بیشتر تولید کنندگان برای بهبود چرخه و عملکرد ذخیره سازی ، پیری با دمای بالا (30-60 درجه) را اتخاذ می کنند.
5. فشار خارجی
تولید گاز در حین تشکیل ، فاصله بین الکترودها ، طولانی شدن مسیرهای حمل و نقل LI-Ion و افزایش امپدانس را افزایش می دهد و از این طریق ظرفیت را کاهش می دهد. اعمال فشار متوسط باعث از بین رفتن گاز می شود ، تماس با الکترود محکم را تضمین می کند ، تغییر شکل را به حداقل می رساند و ظرفیت شکل گیری ، توانایی نرخ و عمر چرخه را بهبود می بخشد. تجزیه و تحلیل پس از مرگ نشان می دهد که فشار کافی باعث آبکاری لیتیوم بر روی آند می شود ، در حالی که فشار بهینه از چنین نقصی جلوگیری می کند.
خلاصه:
فرآیند تشکیل نقش تعیین کننده ای در عملکرد باتری لیتیوم یون دارد. بهینه سازی جریان ، ولتاژ ، دما و فشار خارجی برای تقویت خصوصیات باتری بسیار مهم است. با این حال ، تنظیم پارامترهای فردی پیشرفت های محدودی را انجام می دهد. یک استراتژی بهینه سازی جامع برای به حداکثر رساندن عملکرد باتری ضروری است.
