Влияние параметров процесса формования на производительность аккумулятора

Ключевым фактором, влияющим на производительность литий-ионных батарей, является пленка твердой электролитной интерфазы (SEI), образованная на поверхности отрицательного электрода при разложении электролита.Пленка SEI образуется во время первого цикла зарядки-разрядки процесса формирования батареи.Устойчивая пленка SEI защищает отрицательный электрод от потребления во время последующего распада электролита и предотвращает сброс графита.оборудование для формирования батарейявляется важнейшей машиной в производстве литий-ионных батарей.

Процесс формирования включает подвержение квалифицированной батареи, после впрыска электролита и оседания, ее первому циклу заряда-разряда, формируя пленку SEI на поверхности отрицательного электрода.Процесс формирования батареи включает в себя в основном четыре части: открытая зарядка (предварительная зарядка или вентиляция), закрытая зарядка, закрытое старение и закрытое разрядка.и эти различные состояния SEI пленки имеют различное влияние на производительность батареиТаким образом, различные процессы формирования имеют различные эффекты на производительность литий-ионных батарей.время формирования заряда-разряда, время и температуру старения батареи.и высокотемпературные характеристики хранения.

1Влияние формирующегося тока заряда/разряда на производительность батареи

Формирующий ток заряда/разряда в основном включает в себя первую часть (зарядка открытой цепью или вентиляция), вторую часть (зарядка закрытой цепью),и четвертая часть (разрядка в замкнутой цепи).

Первая часть, формирование открытой цепи (предварительная зарядка или вентиляция), в основном включает зарядку низким током для формирования стабильной и плотной пленки SEI,позволяющий выходить газам, полученным в результате реакции добавок в электролитеКроме того, тип и количество электролитных добавок, реакционный потенциал,и время все влияют на требуемую ставку зарядкиСледовательно, на этом этапе в основном используется режим ступенчатой зарядки, т.е. в первом этапе зарядка с низким током, а последующие этапы увеличивают ток на основе предыдущего этапа.

Вторая часть, формирование замкнутой цепи, в основном включает увеличение тока зарядки на основе первой части.и плотная пленка SEI сформироваласьОднако чрезмерно плотная пленка SEI может повлиять на транспорт литий-ионов во время процесса реакции.тока необходимо постепенно увеличивать, чтобы сформированная пленка SEI перешла от плотной к пористойУвеличение тока зарядки может сократить время зарядки батареи и повысить эффективность производства.повреждение пленки СЭИ и ее растворение и реформыЭто приводит к снижению емкости батареи, низкой производительности цикла и даже авариям безопасности.

Четвертая часть, закрытый разряд, включает первое разрядку полностью заряженной батареи, завершая весь процесс активации батареи.пленка SEI на поверхности отрицательного электрода в основном образуется, поэтому ток разряда для этой части может быть равен или немного больше, чем ток зарядки во второй части.так как это приведет к серьезной поляризации батареи и чрезмерно быстрому повышению температурыКроме того, чтобы обеспечить стабильность батареи, после большого тока следует выполнить разряд с небольшим током.

2Влияние времени зарядки и разрядки на производительность батареи

Время формирования заряда-разряда в основном включает в себя первую часть, время открытого заряда (предварительного заряда или отпуска), вторую часть, время закрытого заряда и четвертую часть,время закрытого разряда.

Первая часть, время открытой зарядки (предварительная зарядка или отпуск), является временем зарядки с небольшим током и не должна быть слишком длинной,поскольку длительное заряжение с малым током увеличит импеданс сформированной пленки SEI и увеличит внутреннее сопротивление батареиИсследование влияния времени зарядки на производительность батареи в литий-железофосфатных катодных и графитовых анодных батареяхбыло установлено, что соответствующее сокращение времени формирования при одном и том же токе зарядки полезно для формирования пленки SEI на поверхности анода батареиПоверхность анода с использованием этого метода зарядки гладка, эффективно улучшая внутреннее сопротивление батареи, производительность цикла и производительность хранения при высоких температурах.

Вторая часть, время зарядки в закрытом режиме, без ограничений напряжения, приводит к перезарядке при слишком длительной зарядке.в то время как короткие сроки зарядки приводят к неполной активации активных материалов во внутренних электродах батареиПоэтому эта часть времени зарядки должна контролироваться в сочетании с напряжением прерывания зарядки.

Четвертая часть, время закрытого разряда, связана с глубиной разряда батареи.чем глубже разряд, что приводит к чрезмерному выделению и сокращению срока службы.

3. Влияние напряжения отключения зарядки/разрядки на производительность батареи

Первая часть, открытое зарядное (предформационное) отключающее напряжение, является отключающим напряжением после предварительного зарядки.Нечистоты включают влагуНапряжение прерывания формирования влияет на реакционный путь формирования пленки SEI.

Вторая часть относится к напряжению закрытого заряда, которое является напряжением, при котором аккумулятор полностью заряжен.вызывая высвобождение избыточных ионов лития из активного материала положительного электрода и отложение их на поверхности отрицательного электродаПерезарядка также вызывает распад положительного электрода, высвобождая кислород, который является катализатором для распада электролитов.растворитель электролита реагирует с активным литием, отложенным на поверхности отрицательного электрода, что приводит к потере активного материала на положительном электроде и снижению емкости батареи.

Четвертая часть касается напряжения предела закрытого разряда, которое является напряжением управления для первого полного разряда батареи.коррозия коллектора отрицательного электродного тока, и разрушение и разложение пленки SEI на поверхности отрицательного электрода.увеличение импеданса батареи и поляризации в конце зарядки и разрядки, что приводит к снижению эффективности зарядки и разрядки и более низкой производительности цикла. 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, и температура поверхности батареи непрерывно повышается до 41°C. После примерно 250 секунд напряжение и ток батареи падают почти до 0V и 0mA соответственно.Это механизм самозащиты батареи для предотвращения перезарядки и перегрева.

4Влияние времени старения и температуры на производительность батареи

Время старения - это промежуток между первым зарядом и первым разрядом.который существенно влияет на емкость и импиданс батареиИсследования с использованием 18650 литий-ионных батарей для изучения влияния времени покоя на производительность цикла литий-ионных батарей показали значительное влияние.Аккумуляторы с временем покоя ≤ 2 ч не показали существенной разницы в производительности цикла и импеданции по сравнению с аккумуляторами без времени покоя.

Влияние температуры на производительность батареи проявляется в основном в ускоренном разложении электролита и добавок, утолщении пленки SEI на поверхности отрицательного электрода,и увеличение внутреннего сопротивления батареи по мере повышения температурыОсновным компонентом электролита литий-ионной батареи является LiPF6. При чрезмерно высоких температурах LiPF6 подвергается термическому разложению, генерируя PF5.PF5 в дальнейшем вступает в реакцию с водой в электролите и образует HFНФ является важной причиной растворения железа в катодном материале.

Для улучшения высокотемпературных показателей цикла литий-ионных батарей к электролиту добавляется дисульфонат метилена (MMDS).MMDS значительно улучшает производительность цикла батареи как при комнатной температуре, так и при высоких температурахОднако эта добавка чувствительна к температуре; использование и хранение при высоких температурах могут привести к увеличению ее цвета и кислотности,влияющие на производительность батареиСледовательно, температура хранения электролита, температура осаждения после заполнения, а также температура дегазации и формирования батареи должны строго контролироваться, чтобы предотвратить сбой MMDS..