Wpływ parametrów procesu formowania na wydajność baterii

Kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność akumulatorów litowo-jonowych jest płytka stałego elektrolity międzyfazowego (SEI), utworzona na powierzchni elektrody ujemnej w wyniku rozkładu elektrolitu.Film SEI powstaje w trakcie pierwszego cyklu ładowania i rozładowania w procesie tworzenia akumulatoraStabilna folia SEI chroni elektrodę ujemną przed zużyciem podczas dalszego rozkładu elektrolitu i zapobiega zrzuceniu grafitu.urządzenia do tworzenia akumulatorówjest kluczową maszyną w procesie produkcji baterii litowo-jonowych.

Proces tworzenia obejmuje poddanie kwalifikowanej baterii, po wstrzyknięciu elektrolitu i osadzeniu, pierwszemu cyklowi ładowania i rozładowania, tworząc folie SEI na powierzchni elektrody ujemnej.Proces tworzenia baterii obejmuje głównie cztery części:: ładowanie otwarte (przedładowanie lub oddychanie), ładowanie zamknięte, starzenie zamknięte i rozładowanie zamknięte.i te różne stany folii SEI mają różne wpływy na wydajność bateriiW związku z tym różne procesy tworzenia mają różne skutki dla wydajności baterii litowo-jonowych.czas powstawania ładunku - rozładowaniaWykonanie baterii obejmuje głównie wydajność cyklu, napięcie, opór wewnętrzny,i wydajność przechowywania w wysokiej temperaturze.

1. Wpływ prądu ładowania/rozładowania na wydajność baterii

Prąd ładowania/rozładowania składa się głównie z pierwszej części (ładowanie w otwartym obwodzie lub odprowadzanie prądu), drugiej części (ładowanie w zamkniętym obwodzie),i czwarta część (wyładowanie zamkniętego obwodu).

Pierwsza część, tworzenie otwartego obwodu (przeładowanie lub odprowadzanie), obejmuje głównie ładowanie niskim prądem w celu utworzenia stabilnej i gęstej folii SEI,umożliwiające wydostanie się gazów powstałych w wyniku reakcji dodatków w elektroliciePonadto rodzaj i ilość dodatków elektrolitowych, potencjał reakcji,i czas wpływają na wymaganą stawkę ładowaniaDlatego etap ten wykorzystuje głównie tryb ładowania stopniowego, tzn. ładowanie niskiego prądu w pierwszym etapie, a kolejne etapy zwiększają prąd w oparciu o poprzedni krok.

Druga część, tworzenie zamkniętego obwodu, polega głównie na zwiększeniu prądu ładowania w oparciu o pierwszą część.i utworzyła się gęsta folia SEIJednakże nadmiernie gęsta folia SEI może wpływać na transport jonów litu podczas procesu reakcji.prąd musi być stopniowo zwiększany, aby utworzona folia SEI mogła przejść z gęstej na porowatąZwiększenie prądu ładowania może skrócić czas ładowania baterii i poprawić wydajność produkcji.uszkodzenie folii SEI i powodujące jej rozpuszczenie i przekształcenieProwadzi to do utraty pojemności baterii, słabych osiągów cyklu, a nawet do wypadków bezpieczeństwa.

Czwarta część, zamknięte rozładowanie obejmuje pierwszy rozładowanie całkowicie naładowanego akumulatora, zakończenie całego procesu aktywacji akumulatora.folia SEI na powierzchni elektrody ujemnej jest w zasadzie utworzona, więc prąd rozładowania dla tej części może być równy lub nieco większy niż prąd ładowania w drugiej części.ponieważ doprowadzi to do poważnej polaryzacji baterii i nadmiernie szybkiego wzrostu temperaturyDodatkowo, aby zapewnić spójność baterii, należy wykonać rozładowanie małym prądem po rozładowaniu dużym prądem.

2Wpływ czasu ładowania i rozładowania na wydajność baterii

Czas formowania ładowania-rozładowania obejmuje głównie pierwszą część, czas ładowania otwartego końca (przedładowanie lub odprowadzanie), drugą część, czas ładowania zamkniętego końca i czwartą część,czas wyładowania zamkniętego.

Pierwsza część, czas ładowania w trybie otwartym (przeładowanie lub odprowadzanie prądu), jest czasem ładowania o małym prądzie i nie powinna być zbyt długa,ponieważ długotrwałe ładowanie małym prądem zwiększy impedancję utworzonej folii SEI i zwiększy wewnętrzny opór bateriiBadanie wpływu czasu ładowania na wydajność baterii w katodzie litowo-żelazowo-fosforowej i w bateriach napędowych z anodą grafitowąstwierdzono, że odpowiednie skrócenie czasu tworzenia przy tym samym prądzie ładowania jest korzystne dla tworzenia folii SEI na powierzchni anody akumulatoraPowierzchnia anody przy użyciu tej metody ładowania jest gładka, skutecznie poprawiając wewnętrzną odporność baterii, wydajność cyklu i wydajność magazynowania w wysokiej temperaturze.

Druga część, czas ładowania zamkniętego końca, bez ograniczeń napięcia, prowadzi do przeładowania, jeśli ładowanie jest zbyt długie,podczas gdy krótki czas ładowania powoduje niepełną aktywację aktywnych materiałów wewnętrznych elektrod akumulatoraW związku z tym należy kontrolować tę część czasu ładowania w połączeniu z napięciem końcowym ładowania.

Czwarta część, czas rozładowania zamkniętego końca, jest związana z głębią rozładowania akumulatora.im głębszy wyładowanie, co prowadzi do nadmiernego wyładowania i skrócenia długości życia.

3Wpływ napięcia odcięcia ładowania/rozładowania na wydajność baterii

Pierwsza część, napięcie odcięcia do otwartego ładowania (przedformacja), jest napięciem odcięcia po przedładowaniu.Nieczystości obejmują wilgoćWłókno odcięcia formacji wpływa na ścieżkę reakcji tworzenia folii SEI.

Druga część dotyczy napięcia ograniczającego ładowanie zamkniętego końca, czyli napięcia, przy którym akumulator jest w pełni naładowany.powodujące uwolnienie nadmiaru jonów litu z materiału aktywnego elektrody dodatniej i osadzanie się na powierzchni elektrody ujemnejNadładowanie powoduje również rozkład elektrody dodatniej, uwalniając tlen, który jest katalizatorem rozkładu elektrolitów.rozpuszczalnik elektrolity reaguje z aktywnym litem osadzonym na powierzchni elektrody ujemnej, co powoduje utratę aktywnego materiału elektrody dodatniej i utratę pojemności baterii.

Czwarta część dotyczy napięcia ograniczającego rozładowanie zamkniętego końca, które jest napięciem sterującym podczas pierwszego całkowitego rozładowania akumulatora.korozja kolektora prądu ujemnego elektrody, a także zniszczenie i rozkład folii SEI na powierzchni elektrody ujemnej.zwiększenie impedancji akumulatora i polaryzacji na końcu ładowania i rozładowania, co prowadzi do zmniejszonej wydajności ładowania i rozładowania oraz gorszej wydajności cyklu. 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 phasePo około 250 sekundach napięcie i prąd baterii spadają odpowiednio do prawie 0V i 0mA.Jest to mechanizm samoobrony baterii w celu zapobiegania przeładowaniu i przegrzaniu..

4Wpływ czasu starzenia i temperatury na wydajność baterii

Po pierwszym pełnym ładowaniu baterie litowo-jonowe wymagają pewnego czasu spoczynku, aby usunąć wewnętrzną polaryzację,który znacząco wpływa na pojemność i impedancję bateriiBadania z wykorzystaniem 18650 baterii litowo-jonowych w celu zbadania wpływu czasu spoczynku na wydajność cyklu baterii litowo-jonowych wykazały znaczący wpływ.Akumulatory z czasem spoczynku ≤ 2h nie wykazywały znaczącej różnicy w wydajności cyklu i impedancji w porównaniu z tymi bez czasu spoczynku.

Wpływ temperatury na działanie baterii przejawia się głównie w przyspieszonym rozkładzie elektrolitu i dodatków, pogrubieniu folii SEI na powierzchni elektrody ujemnej,i wzrost wewnętrznego oporu baterii wraz ze wzrostem temperaturyGłównym składnikiem elektrolitu baterii litowo-jonowej jest LiPF6. Przy nadmiernie wysokich temperaturach LiPF6 podlega rozkładowi termicznemu, wytwarzając PF5.PF5 w dalszej reakcji z wodą w elektrolicie tworzy HFHF jest istotną przyczyną rozpuszczania żelaza w materiale katodowym.

W celu poprawy wydajności cyklu w wysokiej temperaturze akumulatorów litowo-jonowych do elektrolity dodaje się dysulfonat metylu (MMDS).MMDS znacząco poprawia wydajność cyklu baterii zarówno w temperaturze pokojowej, jak i wysokiej, a stabilność cyklu zwiększa się wraz ze wzrostem dawkowania dodatku.wpływające na wydajność bateriiW związku z tym należy ściśle kontrolować temperaturę przechowywania elektrolitu, temperaturę osadzenia po napełnieniu oraz temperaturę odgazowania i formowania baterii, aby zapobiec awarii MMDS..