Litium-ioni-akkujen valmistusprosessissa muodostuminen on kriittinen toimenpide. Tässä artikkelissa käsitellään muodostumisolosuhteiden (esim. Muodostumisvirta, muodostumisjännite, muodostumislämpötila ja ulkoinen paine) vaikutuksia akun suorituskykyyn, mukaan lukien sisäinen vastus, kapasiteetti ja syklin käyttöikä.Tob uusi energiatarjoaaakun muodostumiskoneerilaisista eritelmistä akun laboratoriotutkimuksen tuotantotarpeiden tyydyttämiseksi jaakkujen tuotantolinjat.
Muodostumisella tarkoitetaan alkuperäistä latausprosessia elektrolyyttien injektion ja REST: n jälkeen, jonka aikana muodostuu kiinteä elektrolyyttien välinen vaihe (SEI). Muodostumisprotokollien vaihtelut johtavat hiukan erilaisiin SEI -kerroksiin. SEI-kerroksen morfologia vaikuttaa suoraan solujen suorituskykyyn, kuten nopeuskykyyn, korkeajännitteen stabiilisuuteen ja erityisesti syklin käyttöikään.
Alla on yksityiskohtainen analyysi siitä, kuinka muodostumisolosuhteet vaikuttavat solujen suorituskykyyn:
1. muodostumisvirta
Tutkimukset osoittavat, että alhaisemmat virrantiheydet helpottavat vankan SEI -kerroksen muodostumista. SEI: n muodostumiseen sisältyy kaksi vaihetta: ytimenmuutos ja kasvu. Korkeat virrantiheydet kiihdyttävät ytimtä, mikä johtaa huokoiseen SEI -rakenteeseen, jolla on huono tarttuvuus anodin pinnalle. Päinvastoin, alhaiset virrantiheydet hidas ydin, joka tuottaa tiheämmän SEI -kerroksen. Huokoinen SEI voi kuitenkin paremmin tunkeutua elektrolyyttiin, mikä johtaa suurempaan ioninjohtavuuteen verrattuna SEI: hen, joka muodostuu alhaisessa virran tiheydessä.
Perinteiset matalavirtaiset latausta edeltävät menetelmät auttavat muodostamaan vakaan ja tiheän SEI: n, mutta pitkittynyt matalan virran lataus lisää SEI-impedanssia, vaikuttaen negatiivisesti nopeuskykyyn ja syklin käyttöikään. Lisäksi matalan virran muodostuminen pidentää tuotantoaikaa vähentäen valmistuksen tehokkuutta. Tämän ratkaisemiseksi on ehdotettu vaiheittaista virranmuodostusprotokollaa vakiovirtavaiheessa (CC). Tämä lähestymistapa vähentää polarisaatiota, parantaa varauskykyä, lyhentää muodostumisaikaa ja parantaa tehokkuutta.
Kuvio 1 (a) SEI -muodostuminen grafiittipinnoilla muodostumisen aikana ja (b) muodostumisen virrantiheyden vaikutus SEI -rakenteeseen.
2. muodostumisjännite
Eri muodostumisjännitteet vaikuttavat merkittävästi elektrodin pintaolosuhteisiin, sisäiseen vastus- ja syklin suorituskykyyn. Esimerkiksi tutkimuksessa, jossa verrattiin rajajännitejä 3,5 V ja 4,2 V: n, havaittiin, että 4,2 V: n katkaisu tuotti suuremman varauksen kapasiteetin, mutta 4,1% pienempi varauksenhoitotehokkuus kuin 3,5 V. 4,2 V: llä muodostuneet paristot osoittivat suurempaa elektrodiresistenssiä ja nopeampaa syklin hajoamista.
3. Vastuuvaltio (SoC)
SOC on kriittinen parametri muodostumisen optimoinnissa. Yhdistettynä varaus-/purkausjännitteeseen, vaihtelevat SOC -tasot ikääntymisen aikana indusoivat erilaisia reaktiivisuusasteita, muuttaen SEI -ominaisuuksia ja viime kädessä akun suorituskykyä. Kokeelliset tulokset osoittavat, että 25% SOC johtaa korkeampaan impedanssiin ja alhaisempaan kapasiteetin pidättämiseen ennen ikääntymistä ja sen jälkeen. Optimaaliseen protokollaan sisältyy 100 -prosenttisesti SOC: n lataaminen, joka purkautuu 25%: iin SOC: iin (ts. 75% SOC: n ylläpitäminen) ikääntymällä huoneenlämpötilassa. Tällä menetelmällä saavutetaan suurin alkuperäinen purkauskapasiteetti ja kapasiteetin pidättäminen.
4. muodostumislämpötila
Polymeerin litium-ioni-akkuja varten korkean lämpötilan muodostuminen edistää täydellisempää SEI-muodostumista ja parantaa erottimen kostutettavuutta vähentäen kaasunmuodostumaa. Matalan lämpötilan muodostuminen suosii kuitenkin hitaampaa litiumsuolan vähentämistä, mikä mahdollistaa järjestetyn ja tiheän SEI-laskeutumisen, joka pidentää syklin käyttöikää. Vaikka korkean lämpötilan SEI-kerroksilla on suurempi ionin johtavuus, niiden epävakauden kiihdytetyn liukenemisen ja liuotinten yhteisvaikutuksen takia syklin suorituskykyä johtuu. Useimmat valmistajat omaksuvat korkean lämpötilan ikääntymisen (30–60 astetta) syklin ja varastoinnin parantamiseksi.
5. Ulkoinen paine
Kaasunmuodostus muodostumisen aikana lisää elektrodien välistä etäisyyttä, pidentää Li-ionin kuljetusreittejä ja nostaa impedanssia, vähentäen siten kapasiteettia. Kohtalaisen paineen asettaminen eliminoi kaasua, varmistaa tiukan elektrodikosketin, minimoi muodonmuutokset ja parantaa muodostumiskapasiteettia, nopeuskykyä ja syklin käyttöikää. Post mortem -analyysi paljastaa, että riittämätön paine aiheuttaa litiumpinnoitusta anodiin, kun taas optimaalinen paine estää tällaisia vikoja.
Yhteenveto:
Muodostumisprosessilla on ratkaiseva rooli litium-ioni-akun suorituskyvyssä. Muodostumisvirran, jännitteen, lämpötilan ja ulkoisen paineen optimointi on ratkaisevan tärkeää akun ominaisuuksien parantamiseksi. Yksittäiset parametrien säädöt tuottavat kuitenkin rajoitettuja parannuksia. Kokonaisvaltainen optimointistrategia on välttämätöntä akun suorituskyvyn maksimoimiseksi.
