Dampak dari Parameter Proses Pembentukan pada Kinerja Baterai

Faktor kunci yang mempengaruhi kinerja baterai lithium-ion adalah film solid elektrolit interphase (SEI) yang terbentuk pada permukaan elektroda negatif oleh dekomposisi elektrolit.Film SEI terbentuk selama siklus muatan-pengurangan pertama dari proses pembentukan bateraiSebuah film SEI yang stabil melindungi elektroda negatif dari dikonsumsi selama dekomposisi elektrolit berikutnya dan mencegah pembantaian grafit.Peralatan pembentukan bateraiadalah mesin penting dalam proses pembuatan baterai lithium-ion.

Proses pembentukan melibatkan penyesuaian baterai yang memenuhi syarat, setelah injeksi elektrolit dan menetap, pada siklus muatan-pengurangan pertama, membentuk film SEI pada permukaan elektroda negatif.Proses pembentukan baterai terutama mencakup empat bagian: pengisian terbuka (pre-charging atau ventilation), pengisian tertutup, penuaan tertutup, dan pembuangan tertutup.dan keadaan film SEI yang berbeda ini memiliki dampak yang berbeda pada kinerja bateraiOleh karena itu, proses pembentukan yang berbeda memiliki efek yang berbeda pada kinerja baterai lithium-ion.waktu pembentukan muatan-pengeluaranPerforma baterai terutama mencakup kinerja siklus, tegangan, resistensi internal,dan kinerja penyimpanan suhu tinggi.

1. Dampak dari formasi muatan / debit arus pada kinerja baterai

Arus muatan/pengurangan pembentukan terutama mencakup bagian pertama (muatan sirkuit terbuka, atau ventilasi) arus, bagian kedua (muatan sirkuit tertutup),dan bagian keempat (pengurangan sirkuit tertutup).

Bagian pertama, pembentukan sirkuit terbuka (pre-charging atau ventilasi), terutama melibatkan pengisian arus rendah untuk membentuk film SEI yang stabil dan padat,memungkinkan gas yang dihasilkan oleh reaksi aditif dalam elektrolit untuk keluarSelain itu, jenis dan jumlah aditif elektrolit, potensi reaksi,dan waktu semua mempengaruhi tingkat pengisian yang diperlukanOleh karena itu, tahap ini terutama menggunakan mode pengisian bertahap, yaitu, pengisian arus rendah pada langkah pertama, dengan langkah-langkah berikutnya meningkatkan arus berdasarkan langkah sebelumnya.

Bagian kedua, pembentukan sirkuit tertutup, terutama melibatkan peningkatan arus pengisian berdasarkan bagian pertama.dan sebuah film SEI padat telah terbentukNamun, film SEI yang terlalu padat dapat mempengaruhi transportasi lithium-ion selama proses reaksi.arus perlu ditingkatkan secara bertahap untuk memungkinkan film SEI terbentuk untuk transisi dari padat ke berporiMeningkatkan arus pengisian dapat memperpendek waktu pengisian baterai dan meningkatkan efisiensi produksi.merusak film SEI dan menyebabkannya larut dan membentukHal ini menyebabkan kerusakan kapasitas baterai, kinerja siklus yang buruk, dan bahkan kecelakaan keselamatan.

Bagian keempat, pembuangan tertutup melibatkan pembuangan pertama baterai yang terisi penuh, menyelesaikan seluruh proses aktivasi baterai.film SEI pada permukaan elektroda negatif pada dasarnya terbentuk, sehingga arus pembuangan untuk bagian ini dapat sama atau sedikit lebih besar dari arus pengisian di bagian kedua.karena ini akan menyebabkan polarisasi baterai yang parah dan kenaikan suhu yang terlalu cepatSelain itu, untuk memastikan konsistensi baterai, debit arus kecil harus dilakukan setelah debit arus besar.

2Dampak dari formasi waktu pengisian-pengeluaran pada kinerja baterai

Waktu pengisian-pengurangan formasi terutama mencakup bagian pertama, waktu pengisian terbuka (pra-pengisian atau ventilasi), bagian kedua, waktu pengisian tertutup, dan bagian keempat,waktu pembuangan tertutup.

Bagian pertama, waktu pengisian terbuka (pre-charging atau ventilation), adalah waktu pengisian arus kecil dan seharusnya tidak terlalu lama,karena pengisian daya arus kecil yang berkepanjangan akan meningkatkan impedansi film SEI yang terbentuk dan meningkatkan resistensi internal bateraiDengan mempelajari dampak dari waktu pengisian formasi pada kinerja baterai di lithium iron phosphate cathode dan graphite anode power batteries,ditemukan bahwa mengurangi waktu pembentukan dengan tepat di bawah arus pengisian yang sama bermanfaat untuk pembentukan film SEI di permukaan anoda bateraiPermukaan anoda menggunakan metode pengisian ini halus, secara efektif meningkatkan resistensi internal baterai, kinerja siklus, dan kinerja penyimpanan suhu tinggi.

Bagian kedua, waktu pengisian tertutup, tanpa batasan tegangan menyebabkan overcharging jika diisi terlalu lama,sementara waktu pengisian yang singkat mengakibatkan aktivasi tidak lengkap bahan aktif dalam elektroda internal bateraiOleh karena itu, bagian ini dari waktu pengisian harus dikontrol bersamaan dengan tegangan pemotongan pengisian.

Bagian keempat, waktu pembuangan tertutup terkait dengan kedalaman pembuangan baterai.semakin dalam debit, menyebabkan over-discharge dan mempersingkat umur.

3. Dampak dari formasi muatan/pengurangan tegangan pemotongan pada kinerja baterai

Bagian pertama, open-end charging (pre-formation) cut-off voltage, adalah cut-off voltage setelah pra-charging.Kotoran termasuk kelembaban, unsur-unsur jejak, dan jumlah jejak kotoran logam.

Bagian kedua menyangkut tegangan pemotongan pengisian tertutup, yang merupakan tegangan di mana baterai diisi penuh.menyebabkan kelebihan ion lithium dilepaskan dari bahan aktif elektroda positif dan terdeposit pada permukaan elektroda negatifOvercharging juga menyebabkan elektroda positif untuk terurai, melepaskan oksigen, yang merupakan katalis untuk dekomposisi elektrolit.larutan elektrolit bereaksi dengan litium aktif yang terdeposit pada permukaan elektroda negatif, mengakibatkan hilangnya bahan aktif elektroda positif dan kerusakan kapasitas baterai.

Bagian keempat menyangkut tegangan pemotongan pembuangan tertutup, yang merupakan tegangan kontrol untuk pembuangan lengkap pertama baterai.korosi kolektor arus elektroda negatif, dan penghancuran dan dekomposisi film SEI pada permukaan elektroda negatif.meningkatkan impedansi baterai dan polarisasi di akhir pengisian dan pembuangan, yang mengakibatkan efisiensi pengisian dan pengurangan yang berkurang dan kinerja siklus yang lebih buruk. 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, dan suhu permukaan baterai terus meningkat menjadi 41°C. Setelah sekitar 250 detik, tegangan baterai dan arus turun menjadi hampir 0V dan 0mA, masing-masing.Ini adalah mekanisme perlindungan diri dari baterai untuk mencegah over-discharge dan overheating.

4Efek Waktu Penuaan dan Suhu pada Kinerja Baterai

Waktu penuaan adalah interval antara muatan pertama dan pelepasan pertama. Setelah muatan penuh pertama, baterai lithium-ion membutuhkan waktu istirahat tertentu untuk menghilangkan polarisasi internal,yang secara signifikan mempengaruhi kapasitas dan impedansi bateraiStudi yang menggunakan 18650 baterai lithium-ion untuk menyelidiki efek waktu istirahat pada kinerja siklus baterai lithium-ion menunjukkan dampak yang signifikan.Baterai dengan waktu istirahat ≤ 2 jam tidak menunjukkan perbedaan signifikan dalam kinerja siklus dan impedansi dibandingkan dengan baterai tanpa waktu istirahat.

Dampak suhu pada kinerja baterai terutama terwujud dalam dekomposisi elektrolit dan aditif yang dipercepat, penebalan film SEI pada permukaan elektroda negatif,dan meningkatnya resistensi internal baterai dengan meningkatnya suhuKomponen utama elektrolit baterai lithium-ion adalah LiPF6. Pada suhu yang terlalu tinggi, LiPF6 mengalami dekomposisi termal, menghasilkan PF5.PF5 bereaksi dengan air dalam elektrolit untuk membentuk HFHF adalah penyebab penting larutan besi dalam bahan katode.

Untuk meningkatkan kinerja siklus suhu tinggi baterai lithium-ion, metilen disulfonat (MMDS) ditambahkan ke elektrolit.MMDS secara signifikan meningkatkan kinerja siklus baterai pada suhu kamar dan suhu tinggi, dan stabilitas siklus meningkat dengan peningkatan dosis aditif. Namun, aditif ini sensitif terhadap suhu; penggunaan dan penyimpanan pada suhu tinggi dapat menyebabkan peningkatan warna dan keasaman,mempengaruhi kinerja bateraiOleh karena itu, suhu penyimpanan elektrolit, suhu menetap setelah pengisian, dan suhu penguras gas dan pembentukan baterai harus dikendalikan secara ketat untuk mencegah kegagalan MMDS.