बैटरी के प्रदर्शन पर गठन प्रक्रिया मापदंडों का प्रभाव

लिथियम आयन बैटरी के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक इलेक्ट्रोलाइट के विघटन से नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर गठित ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज (एसईआई) फिल्म है।एसईआई फिल्म बैटरी गठन प्रक्रिया के पहले चार्ज-डिस्चार्ज चक्र के दौरान बनती हैएक स्थिर एसईआई फिल्म नकारात्मक इलेक्ट्रोड को बाद में इलेक्ट्रोलाइट अपघटन के दौरान खपत होने से बचाता है और ग्रेफाइट बहाव को रोकता है।बैटरी निर्माण उपकरणलिथियम आयन बैटरी निर्माण प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण मशीन है।

गठन प्रक्रिया में इलेक्ट्रोलाइट इंजेक्शन और जमा होने के बाद एक योग्य बैटरी को उसके पहले चार्ज-डिस्चार्ज चक्र के अधीन करना शामिल है, नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर एसईआई फिल्म का गठन करना।बैटरी निर्माण प्रक्रिया में मुख्य रूप से चार भाग शामिल हैं: ओपन-एंड चार्जिंग (प्री-चार्जिंग या वेंटिलेशन), क्लोज्ड-एंड चार्जिंग, क्लोज्ड-एंड एजिंग और क्लोज्ड-एंड डिस्चार्जिंग। विभिन्न गठन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप विभिन्न एसईआई फिल्म राज्य होते हैं,और इन विभिन्न एसईआई फिल्म राज्यों बैटरी प्रदर्शन पर अलग प्रभाव पड़ता हैइसलिए विभिन्न गठन प्रक्रियाओं का लिथियम आयन बैटरी के प्रदर्शन पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है। इन मतभेदों में मुख्य रूप से गठन चार्ज-डिस्चार्ज करंट में भिन्नताएं शामिल हैं,गठन प्रभार-निर्वहन का समय, गठन चार्ज-डिस्चार्ज कटऑफ वोल्टेज, और गठन उम्र बढ़ने का समय और तापमान। बैटरी प्रदर्शन में मुख्य रूप से चक्र प्रदर्शन, वोल्टेज, आंतरिक प्रतिरोध,और उच्च तापमान भंडारण प्रदर्शन.

1बैटरी के प्रदर्शन पर गठन चार्ज/डिस्चार्ज करंट का प्रभाव

गठन चार्ज/डिस्चार्ज धारा में मुख्य रूप से पहले भाग (खुले सर्किट चार्जिंग, या वेंटिलेशन) धारा, दूसरे भाग (बंद सर्किट चार्जिंग),और चौथा भाग (बंद सर्किट डिस्चार्जिंग).

पहला भाग, ओपन-सर्किट गठन (प्रि-चार्जिंग या वेंटिलेशन), मुख्य रूप से एक स्थिर और घनी एसईआई फिल्म बनाने के लिए कम धारा के साथ चार्जिंग से संबंधित है,इलेक्ट्रोलाइट में additives की प्रतिक्रिया से उत्पन्न गैसों को बाहर निकलने की अनुमतिइसके अलावा, इलेक्ट्रोलाइट additives के प्रकार और मात्रा, प्रतिक्रिया क्षमता,और समय सभी आवश्यक चार्ज दर को प्रभावितइसलिए, इस चरण में मुख्य रूप से चरणबद्ध चार्जिंग मोड का उपयोग किया जाता है, अर्थात, पहले चरण में कम धारा का चार्ज, अगले चरणों में पिछले चरण के आधार पर धारा बढ़ जाती है।

दूसरा भाग, बंद सर्किट गठन, मुख्य रूप से पहले भाग के आधार पर चार्जिंग करंट को बढ़ाने में शामिल है। पहले भाग में, इलेक्ट्रोलाइट में कुछ additives पहले ही प्रतिक्रिया कर चुके हैं,और एक घनी एसईआई फिल्म बन गई हैहालांकि, अत्यधिक घनी एसईआई फिल्म प्रतिक्रिया प्रक्रिया के दौरान लिथियम-आयन परिवहन को प्रभावित कर सकती है।वर्तमान को धीरे-धीरे बढ़ाया जाना चाहिए ताकि गठित एसईआई फिल्म को घने से छिद्रित में स्थानांतरित किया जा सके।चार्जिंग करंट बढ़ाने से बैटरी चार्जिंग का समय कम हो सकता है और उत्पादन दक्षता में सुधार हो सकता है।एसईआई फिल्म को नुकसान पहुंचाना और इसे भंग और पुनर्गठन करनाइससे बैटरी की क्षमता में गिरावट, खराब चक्र प्रदर्शन और यहां तक कि सुरक्षा दुर्घटनाएं भी होती हैं।

चौथा भाग, बंद-अंत डिस्चार्ज में एक पूरी तरह से चार्ज बैटरी का पहला डिस्चार्ज शामिल है, जो पूरी बैटरी सक्रियण प्रक्रिया को पूरा करता है।नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर एसईआई फिल्म मूल रूप से बना है, इसलिए इस भाग के लिए डिस्चार्ज करंट दूसरे भाग में चार्जिंग करंट के बराबर या उससे थोड़ा अधिक हो सकता है।चूंकि इससे बैटरी का गंभीर ध्रुवीकरण और अत्यधिक तेज तापमान वृद्धि होगीइसके अतिरिक्त, बैटरी की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, बड़े प्रवाह के बाद एक छोटे-वर्तमान डिस्चार्ज किया जाना चाहिए।

2बैटरी के प्रदर्शन पर गठन चार्ज-डिचार्ज समय का प्रभाव

गठन चार्ज-डिस्चार्ज समय में मुख्य रूप से पहला भाग, ओपन-एंड चार्जिंग समय (प्रि-चार्जिंग या वेंटिलेशन), दूसरा भाग, बंद-एंड चार्जिंग समय और चौथा भाग शामिल है,बंद-अंत डिस्चार्ज समय.

पहला भाग, ओपन-एंड चार्जिंग (प्रि-चार्जिंग या वेंटिलेशन) का समय, एक छोटा वर्तमान चार्जिंग समय है और बहुत लंबा नहीं होना चाहिए,क्योंकि लंबे समय तक छोटे-वर्तमान चार्जिंग से गठित एसईआई फिल्म का प्रतिबाधा बढ़ जाएगा और बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धि होगीलिथियम आयरन फॉस्फेट कैथोड और ग्रेफाइट एनोड पावर बैटरी में बैटरी प्रदर्शन पर गठन चार्जिंग समय के प्रभाव का अध्ययन करके,यह पाया गया कि एक ही चार्जिंग करंट के तहत गठन के समय को उचित रूप से कम करना बैटरी एनोड की सतह पर एसईआई फिल्म के गठन के लिए फायदेमंद हैइस चार्जिंग विधि का उपयोग करने वाली एनोड सतह चिकनी है, प्रभावी रूप से बैटरी आंतरिक प्रतिरोध, चक्र प्रदर्शन और उच्च तापमान भंडारण प्रदर्शन में सुधार करती है।

दूसरा भाग, बंद अंत चार्ज समय, बिना वोल्टेज सीमाओं के, बहुत लंबे समय तक चार्ज होने पर ओवरचार्जिंग का कारण बनता है,जबकि कम चार्ज समय बैटरी के आंतरिक इलेक्ट्रोड में सक्रिय सामग्री के अधूरे सक्रियण का परिणामइस प्रकार, चार्जिंग समय के इस भाग को चार्जिंग कट-ऑफ वोल्टेज के साथ संयोजन में नियंत्रित किया जाना चाहिए।

चौथा भाग, बंद-अंत डिस्चार्ज समय बैटरी के डिस्चार्ज की गहराई से संबंधित है।जितना गहरा निर्वहन होगा, जिससे ओवर-डिस्चार्ज और कम जीवन काल होता है।

3बैटरी के प्रदर्शन पर गठन चार्ज/डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज का प्रभाव

पहला भाग, ओपन-एंड चार्जिंग (प्री-फॉर्मेशन) कट-ऑफ वोल्टेज, प्री-चार्जिंग के बाद कट-ऑफ वोल्टेज है। प्री-फॉर्मेशन का उद्देश्य अशुद्धियों को हटाना और एसईआई फिल्म बनाना है।अशुद्धियों में नमी शामिल है, ट्रेस एलिमेंट्स, और धातु अशुद्धियों की मात्रा। गठन कटऑफ वोल्टेज एसईआई फिल्म गठन के प्रतिक्रिया पथ को प्रभावित करता है।

दूसरा भाग बंद अंत चार्जिंग कटऑफ वोल्टेज से संबंधित है, जो वोल्टेज है जिस पर बैटरी पूरी तरह से चार्ज होती है। अत्यधिक वोल्टेज ओवरचार्जिंग का कारण बनता है,सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री से अतिरिक्त लिथियम आयनों को मुक्त करने और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर जमा करने का कारण, लिथियम डेंड्राइट्स का गठन करते हैं। ओवरचार्जिंग भी सकारात्मक इलेक्ट्रोड के विघटित होने का कारण बनता है, ऑक्सीजन जारी करता है, जो इलेक्ट्रोलाइट विघटन के लिए एक उत्प्रेरक है। इसके अलावा,इलेक्ट्रोलाइट विलायक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर जमा सक्रिय लिथियम के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप पॉजिटिव इलेक्ट्रोड की सक्रिय सामग्री का नुकसान और बैटरी की क्षमता में गिरावट आती है।

चौथा भाग बंद अंत डिस्चार्ज कटऑफ वोल्टेज से संबंधित है, जो बैटरी के पहले पूर्ण डिस्चार्ज के लिए नियंत्रण वोल्टेज है। अपर्याप्त वोल्टेज ओवर-डिस्चार्ज का कारण बनता है,नकारात्मक इलेक्ट्रोड धारा कलेक्टर का संक्षारण, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर SEI फिल्म के विनाश और अपघटन।चार्ज और डिस्चार्ज के अंत में बैटरी प्रतिबाधा और ध्रुवीकरण में वृद्धि, जिसके परिणामस्वरूप चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता में कमी और चक्र प्रदर्शन में गिरावट आई है। Experimental studies on the thermal performance of SONY 18650 lithium-ion batteries under overcharge and over-discharge conditions revealed that the battery voltage drops rapidly during the over-discharge phase, और बैटरी सतह का तापमान लगातार 41°C तक बढ़ता है। लगभग 250 सेकंड के बाद, बैटरी का वोल्टेज और वर्तमान क्रमशः लगभग 0V और 0mA तक गिर जाता है।यह ओवर-डिस्चार्ज और ओवरहीटिंग को रोकने के लिए बैटरी की एक स्व-संरक्षण तंत्र है.

4बैटरी के प्रदर्शन पर उम्र बढ़ने के समय और तापमान के प्रभाव

उम्र बढ़ने का समय पहली बार चार्ज और पहली बार डिस्चार्ज के बीच का अंतराल है। पहली बार पूर्ण चार्ज के बाद, आंतरिक ध्रुवीकरण को हटाने के लिए लिथियम आयन बैटरी को एक निश्चित आराम समय की आवश्यकता होती है,जो बैटरी की क्षमता और प्रतिबाधा को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है18650 लिथियम-आयन बैटरी का उपयोग करके लिथियम-आयन बैटरी के चक्र प्रदर्शन पर आराम के समय के प्रभाव की जांच करने वाले अध्ययनों में एक महत्वपूर्ण प्रभाव दिखाया गया।आराम के समय ≤ 2h वाली बैटरी में बिना आराम के समय की तुलना में चक्र प्रदर्शन और प्रतिबाधा में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं था.

बैटरी के प्रदर्शन पर तापमान का प्रभाव मुख्य रूप से इलेक्ट्रोलाइट और additives के त्वरित अपघटन, नकारात्मक इलेक्ट्रोड सतह पर SEI फिल्म की मोटाई में प्रकट होता है,और तापमान बढ़ने के साथ बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध में वृद्धिलिथियम आयन बैटरी इलेक्ट्रोलाइट का मुख्य घटक LiPF6 है। अत्यधिक उच्च तापमान पर, LiPF6 थर्मल अपघटन से गुजरता है, PF5 उत्पन्न करता है।पीएफ5 इलेक्ट्रोलाइट में पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है और एचएफ बनाता हैHF कैथोड सामग्री में लोहे के विघटन का एक महत्वपूर्ण कारण है।

लिथियम-आयन बैटरी के उच्च तापमान चक्र प्रदर्शन में सुधार के लिए, इलेक्ट्रोलाइट में मेथिलिन डिसल्फोनेट (एमएमडीएस) जोड़ा जाता है।एमएमडीएस कमरे के तापमान और उच्च तापमान दोनों पर बैटरी के चक्र प्रदर्शन में काफी सुधार करता है, और चक्र स्थिरता बढ़ जाती है additive खुराक की वृद्धि के साथ। हालांकि, यह additive तापमान-संवेदनशील है; उच्च तापमान उपयोग और भंडारण इसके रंग और अम्लता में वृद्धि का कारण बन सकता है,बैटरी के प्रदर्शन को प्रभावित करने वालाइसलिए एमएमडीएस की विफलता को रोकने के लिए इलेक्ट्रोलाइट के भंडारण तापमान, भरने के बाद जमा होने का तापमान और बैटरी के डीगैसिंग और गठन तापमान को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए।.