L'impatto dei parametri del processo di formazione sulle prestazioni della batteria

Un fattore chiave che influenza le prestazioni delle batterie agli ioni di litio è il film di interfase dell'elettrolita solido (SEI) formato sulla superficie dell'elettrodo negativo dalla decomposizione dell'elettrolita.Il film SEI si forma durante il primo ciclo di carica-scarica del processo di formazione della batteriaUna pellicola SEI stabile protegge l'elettrodo negativo dal consumo durante la successiva decomposizione degli elettroliti e previene la perdita di grafite.apparecchiature di formazione di batterieè una macchina cruciale nel processo di produzione delle batterie agli ioni di litio.

Il processo di formazione consiste nel sottoporre una batteria qualificata, dopo l'iniezione ed il sedimento dell'elettrolita, al suo primo ciclo di carica-scarica, formando il film SEI sulla superficie dell'elettrodo negativo.Il processo di formazione della batteria comprende principalmente quattro parti: ricarica a regime aperto (precarica o ventilazione), ricarica a regime chiuso, invecchiamento a regime chiuso e scarica a regime chiuso.e questi diversi stati di pellicola SEI hanno impatti diversi sulle prestazioni della batteriaPertanto, i diversi processi di formazione hanno effetti diversi sulle prestazioni delle batterie agli ioni di litio.tempo di formazione di carica-scaricaLe prestazioni della batteria comprendono principalmente le prestazioni di ciclo, tensione, resistenza interna,e prestazioni di stoccaggio ad alta temperatura.

1L'impatto della corrente di carica/scarica di formazione sulle prestazioni della batteria

La corrente di formazione di carica/scarica comprende principalmente la prima parte (carica a circuito aperto o ventilazione), la seconda parte (carica a circuito chiuso),e la quarta parte (scarica a circuito chiuso).

La prima parte, la formazione a circuito aperto (precarica o ventilazione), consiste principalmente nella carica a bassa corrente per formare una pellicola SEI stabile e densa,che consentono la fuga dei gas generati dalla reazione degli additivi nell'elettrolitaInoltre, il tipo e la quantità di additivi elettrolitici, il potenziale di reazione, la capacità di accumulo e il potenziale di accumulo di energia sono determinati in base alle caratteristiche del sistema di accumulo.e il tempo influenzano tutti il tasso di ricarica richiestoPertanto, questa fase utilizza principalmente una modalità di ricarica graduale, vale a dire una carica a bassa corrente nel primo passo, con passaggi successivi che aumentano la corrente sulla base del passaggio precedente.

La seconda parte, la formazione di un circuito chiuso, consiste principalmente nell'aumentare la corrente di carica sulla base della prima parte.e si è formato un denso film di SEITuttavia, una pellicola SEI eccessivamente densa può influenzare il trasporto degli ioni di litio durante il processo di reazione.la corrente deve essere aumentata gradualmente per consentire al film SEI formato di passare da denso a porosoL'aumento della corrente di ricarica può ridurre il tempo di ricarica della batteria e migliorare l'efficienza della produzione.danneggiando la pellicola SEI e causandone la dissoluzione e la riformaCiò porta a un decadimento della capacità della batteria, a scarse prestazioni del ciclo e persino a incidenti di sicurezza.

La quarta parte, la scarica chiusa, consiste nella prima scarica di una batteria completamente carica, completando l'intero processo di attivazione della batteria.la pellicola SEI sulla superficie dell'elettrodo negativo è fondamentalmente formata, quindi la corrente di scarica per questa parte può essere uguale o leggermente superiore alla corrente di carica nella seconda parte.poiché ciò porterà a una grave polarizzazione della batteria e a un aumento eccessivamente rapido della temperaturaInoltre, per garantire la consistenza della batteria, una scarica a corrente bassa deve essere eseguita dopo la scarica a corrente alta.

2L'impatto del tempo di formazione di carica-scarica sulle prestazioni della batteria

Il tempo di formazione di carica-scarica comprende principalmente la prima parte, il tempo di ricarica a fine aperto (precarica o ventilazione), la seconda parte, il tempo di ricarica a fine chiuso e la quarta parte,tempo di scarico a chiusura.

La prima parte, il tempo di ricarica in apertura (precarica o ventilazione), è un tempo di ricarica a corrente bassa e non dovrebbe essere troppo lungo,perché una carica prolungata a bassa corrente aumenterà l'impedenza del film SEI formato e aumenterà la resistenza interna della batteriaStudiando l'impatto del tempo di ricarica della formazione sulle prestazioni della batteria nelle batterie a catodo di fosfato di ferro e di litio e nelle batterie a anodo di grafite,si è riscontrato che ridurre adeguatamente il tempo di formazione con la stessa corrente di ricarica è utile per la formazione del film SEI sulla superficie dell'anodo della batteriaLa superficie dell'anodo utilizzando questo metodo di ricarica è liscia, migliorando efficacemente la resistenza interna della batteria, le prestazioni del ciclo e le prestazioni di stoccaggio ad alta temperatura.

La seconda parte, il tempo di ricarica a chiuso, senza limitazioni di tensione, porta a sovraccarico se caricato troppo a lungo,mentre i tempi di ricarica brevi provocano un'attivazione incompleta dei materiali attivi negli elettrodi interni della batteria, che porta a una pellicola SEI incompleta e meno densa, influenzando le prestazioni della batteria.

La quarta parte, il tempo di scarica chiuso, è correlato alla profondità di scarica della batteria.più profondo è lo scarico, con conseguente eccesso di scarico e riduzione della durata.

3. Impatto della tensione di taglio di formazione di carica/scarica sulle prestazioni della batteria

La prima parte, la tensione di taglio di carica a fine aperto (preformazione), è la tensione di taglio dopo la precarica.Le impurità includono l'umiditàLa tensione di taglio della formazione influenza la via di reazione della formazione di pellicole SEI.

La seconda parte riguarda la tensione di taglio di carica a chiusura chiusa, che è la tensione alla quale la batteria è completamente carica.causando il rilascio di ioni di litio in eccesso dal materiale attivo dell'elettrodo positivo e la deposizione sulla superficie dell'elettrodo negativoLa sovraccarica provoca anche la decomposizione dell'elettrodo positivo, rilasciando ossigeno, che è un catalizzatore per la decomposizione degli elettroliti.il solvente elettrolitico reagisce con il litio attivo depositato sulla superficie dell'elettrodo negativo, con conseguente perdita del materiale attivo dell'elettrodo positivo e decadimento della capacità della batteria.

La quarta parte riguarda la tensione di taglio di scarica a fine chiuso, che è la tensione di controllo per la prima scarica completa della batteria.corrosione del collettore di corrente dell'elettrodo negativoLa pellicola SEI ricostituita ha scarse prestazioni,aumento dell'impedenza della batteria e della polarizzazione alla fine della carica e della scarica, con conseguente riduzione dell'efficienza di carica e scarica e peggiore prestazione del ciclo. 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, e la temperatura della superficie della batteria aumenta continuamente a 41°C. Dopo circa 250 secondi, la tensione e la corrente della batteria scendono rispettivamente a quasi 0V e 0mA.Questo è un meccanismo di auto-protezione della batteria per prevenire la sovra-scarica e il surriscaldamento.

4Effetti del tempo di invecchiamento e della temperatura sulle prestazioni della batteria

Il tempo di invecchiamento è l'intervallo tra la prima carica e la prima scarica.che influisce in modo significativo sulla capacità e sull'impedenza della batteriaGli studi che hanno utilizzato 18650 batterie agli ioni di litio per studiare l'effetto del tempo di riposo sulle prestazioni di ciclo delle batterie agli ioni di litio hanno mostrato un impatto significativo.Le batterie con tempi di riposo ≤ 2h non hanno mostrato differenze significative nelle prestazioni e nell'impedenza del ciclo rispetto a quelle senza tempo di riposo.

L'effetto della temperatura sulle prestazioni della batteria si manifesta principalmente nella decomposizione accelerata degli elettroliti e degli additivi, nello spessimento della pellicola SEI sulla superficie dell'elettrodo negativo,e aumento della resistenza interna della batteria con l'aumento della temperaturaIl componente principale dell'elettrolita delle batterie agli ioni di litio è il LiPF6. A temperature eccessivamente elevate, il LiPF6 subisce una decomposizione termica, generando PF5.PF5 reagisce ulteriormente con l'acqua nell'elettrolita per formare HFL'HF è una causa significativa di dissoluzione del ferro nel materiale catodico.

Per migliorare le prestazioni di ciclo ad alta temperatura delle batterie agli ioni di litio, all'elettrolita viene aggiunto dissulfonato di metilene (MMDS).Il sistema MMDS migliora significativamente le prestazioni del ciclo della batteria sia a temperatura ambiente che ad alte temperatureTuttavia, questo additivo è sensibile alla temperatura; l'uso e la conservazione ad alta temperatura possono causare un aumento del suo colore e dell'acidità,che influenzano le prestazioni della batteriaPertanto, la temperatura di stoccaggio dell'elettrolita, la temperatura di sedimentazione dopo il riempimento e la temperatura di degassamento e di formazione della batteria devono essere rigorosamente controllate per evitare il guasto del MMDS..