ผลกระทบของพารามิเตอร์กระบวนการก่อตัวต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

ปัจจัยสําคัญที่ส่งผลกระทบต่อผลงานของแบตเตอรี่ลิตিয়ামไอออนคือฟิล์มระหว่างระยะของสารประกอบไฟฟ้า (SEI) ที่แข็งแรงที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของไฟฟ้าลบโดยการละลายของสารประกอบไฟฟ้าหนัง SEI เกิดขึ้นในช่วงวงจรชาร์จ-ปล่อยของกระบวนการสร้างแบตเตอรี่ครั้งแรกผนัง SEI ที่มั่นคงป้องกันอิเล็กตรอดลบจากการบริโภคระหว่างการละลายของอิเล็กตรอลิตต่อมา และป้องกันการหลั่งกราฟิตอุปกรณ์สร้างแบตเตอรี่เป็นเครื่องจักรที่สําคัญในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิตিয়ামไอออน

กระบวนการการสร้างประกอบด้วยการนําแบตเตอรี่ที่มีคุณสมบัติ, หลังจากการฉีดอิเล็กทรอลิตและการตั้งอยู่, ไปสู่วัฏจักรการชาร์จ-การชาร์จครั้งแรกของมัน, การสร้างหนัง SEI บนพื้นผิวอิเล็กทรอร์ดลบ.กระบวนการสร้างแบตเตอรี่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่ส่วน: การชาร์จแบบเปิด (ชาร์จก่อนหรือปล่อยอากาศ), การชาร์จแบบปิด, การช้าแบบปิด และการปล่อยแบบปิดและสภาพของหนัง SEI ที่แตกต่างกันนี้ มีผลต่อผลงานของแบตเตอรี่ที่แตกต่างกันดังนั้นกระบวนการการสร้างที่แตกต่างกันจะมีผลที่แตกต่างกันต่อผลงานของแบตเตอรี่ลิตียมไอออนเวลาในการสร้างค่าใช้จ่าย-การปล่อย, ความตึงเครียดตัดการชาร์จ-การชาร์จการสร้าง, และเวลาและอุณหภูมิการเฒ่าของการสร้างและความสามารถในการเก็บรักษาอุณหภูมิสูง.

1. ผลของกระแสการชาร์จ/การปล่อยในระบบในเรื่องของผลงานของแบตเตอรี่

กระแสการชาร์จ/การปล่อยไฟฟ้าประกอบโดยหลัก ๆ ประกอบด้วยส่วนแรก (การชาร์จในวงจรเปิด หรือการเปิด) กระแสกระแสไฟฟ้า ส่วนที่สอง (การชาร์จในวงจรปิด)และส่วนที่สี่ (การปล่อยวงจรปิด).

ส่วนแรก การสร้างวงจรเปิด (การชาร์จก่อนหรือการปล่อยอากาศ) ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการชาร์จกระแสไฟฟ้าที่ต่ําเพื่อสร้างฟิล์ม SEI ที่มั่นคงและหนาแน่นทําให้ก๊าซที่เกิดจากการปฏิกิริยาของสารเสริมในสารประกอบไฟฟ้าหลอดออกนอกจากนี้ประเภทและปริมาณของสารเสริมอิเล็กทรอลิต พลังงานปฏิกิริยาและเวลาทั้งหมดส่งผลต่ออัตราการชาร์จที่ต้องการดังนั้น ขั้นตอนนี้ใช้โหมดการชาร์จในระดับหลักๆ, หมายถึง การชาร์จในระดับต่ําในขั้นตอนแรก, โดยขั้นตอนต่อมาจะเพิ่มกระแสตามขั้นตอนก่อนหน้านี้.

ส่วนที่สอง, การสร้างวงจรปิด, ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มกระแสการชาร์จบนพื้นฐานของส่วนแรก ในส่วนแรก,และมีผนัง SEI หนาอย่างไรก็ตาม หนัง SEI ที่หนาแน่นเกิน อาจส่งผลกระทบต่อการขนส่งลิตยู-ไอออน ระหว่างกระบวนการปฏิกิริยากระแสไฟฟ้าต้องเพิ่มขึ้นอย่างช้า ๆ เพื่ออนุญาตให้หนัง SEI ที่เกิดขึ้นเปลี่ยนจากความหนาแน่นไปเป็นรูการเพิ่มกระแสการชาร์จสามารถลดเวลาในการชาร์จแบตเตอรี่และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตทําลายหนัง SEI และทําให้มันละลายและฟอร์มซึ่งนําไปสู่ความจุของแบตเตอรี่ การทํางานของวงจรที่ไม่ดี และแม้กระทั่งอุบัติเหตุความปลอดภัย

ส่วนที่สี่ คือการชาร์จแบบปิด คือการชาร์จแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มครั้งแรก ทําให้กระบวนการชาร์จแบตเตอรี่สําเร็จหนัง SEI บนผิวอิเล็กทรอัดลบโดยพื้นฐานจะสร้าง, ดังนั้นกระแสการปล่อยของส่วนนี้สามารถเท่ากับหรือมากกว่าเล็กน้อยของกระแสการชาร์จในส่วนที่สอง แต่กระแสนี้ไม่ควรสูงเกินไปเพราะมันจะทําให้แบตเตอรี่ขัดแย้งและอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วนอกจากนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่คงที่เป็นต่อเนื่อง การทอดกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก ควรทําหลังจากการทอดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่

2. ผลของเวลาชาร์จ-ชาร์จในการสร้างบนผลประกอบการของแบตเตอรี่

ระยะเวลาการชาร์จ-การปล่อยไฟส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนแรก, ระยะเวลาการชาร์จแบบเปิด (การชาร์จก่อนหรือการปล่อย) ส่วนที่สอง, ระยะเวลาการชาร์จแบบปิด และส่วนที่สี่เวลาการปล่อยของปิด.

ส่วนแรกคือเวลาชาร์จแบบเปิด (การชาร์จก่อนหรือการปล่อยอากาศ) เป็นเวลาชาร์จแบบมีกระแสไฟฟ้าน้อย และไม่ควรยาวเกินไปเนื่องจากการชาร์จไฟฟ้าในระยะยาวขนาดเล็กจะเพิ่มอุปสรรคของหนัง SEI ที่เกิดขึ้นและเพิ่มความต้านทานภายในของแบตเตอรี่โดยศึกษาผลกระทบของเวลาการชาร์จการสร้างขึ้นบนผลงานของแบตเตอรี่ในแคทอดลิตียมเหล็กฟอสเฟตและแบตเตอรี่พลังงานแอโนด์กราฟิตพบว่าการลดเวลาในการสร้างที่เหมาะสม ภายใต้กระแสการชาร์จเดียวกัน มีประโยชน์ต่อการสร้างหนัง SEI บนผิวของแอนโดแบตเตอรี่พื้นผิวแอโนด์ที่ใช้วิธีการชาร์จนี้เรียบเรียบ, ปรับปรุงความต้านทานภายในแบตเตอรี่, ผลงานวงจร, และผลงานการเก็บรักษาอุณหภูมิสูง

ส่วนที่สองคือเวลาชาร์จแบบปิด โดยไม่มีการจํากัดความดันขณะที่เวลาการชาร์จที่สั้น ๆ ส่งผลให้การเปิดตัวของวัสดุที่ใช้งานในไฟฟ้าภายในของแบตเตอรี่ไม่สมบูรณ์, ส่งผลให้มีหนัง SEI ที่ไม่ครบถ้วนและหนาแน่นน้อยลง ซึ่งส่งผลต่อผลการทํางานของแบตเตอรี่ ดังนั้นส่วนนี้ของเวลาการชาร์จ ควรควบคุมพร้อมกับความดันตัดการชาร์จ

ส่วนที่สี่คือเวลาการทอดไฟปิด ซึ่งเกี่ยวข้องกับความลึกของการทอดไฟของแบตเตอรี่สะดวกยิ่งขึ้นส่งผลให้เกิดการปล่อยเกิน และอายุการใช้งานที่สั้น

3- ผลของแรงดันตัดการชาร์จ / การปล่อยของระบบบนผลประกอบการของแบตเตอรี่

ส่วนแรกคือความดันตัดปิดการชาร์จแบบเปิด (ก่อนการสร้าง) เป็นความดันตัดปิดหลังจากการชาร์จก่อน. เป้าหมายของการสร้างก่อนคือการกําจัดสารสกปรกและสร้างหนัง SEI.ความสกปรกรวมถึงความชื้น, องค์ประกอบในร่องรอย, และปริมาณลักษณะของสารสกัดโลหะ. ความตึงเครียดตัดการสร้างมีผลต่อเส้นทางปฏิกิริยาของการสร้างหนัง SEI.

ส่วนที่สองเกี่ยวข้องกับความดันตัดการชาร์จแบบปิด ซึ่งเป็นความดันที่แบตเตอรี่ชาร์จเต็มส่งผลให้ไอออนลิตยูมส่วนเกินถูกปล่อยออกจากวัสดุประกอบของอิเล็กทรอัดบวก และถูกฝากบนพื้นผิวของอิเล็กทรอัดลบการชาร์จมากเกินไปยังทําให้ไฟฟ้าบวกพังออก ปล่อยออกซิเจน ซึ่งเป็นกระตุ้นในการพังของเอเลคโทรลิตสารละลายเอเลคโทรลิตปฏิกิริยากับลิเดียมที่ทํางานที่ฝากบนพื้นผิวของอิเล็กตรอดลบส่งผลให้สูญเสียวัสดุที่ใช้ในไฟฟ้าบวก และความจุของแบตเตอรี่

ส่วนที่สี่เกี่ยวข้องกับความแรงดันตัดการชําระไฟที่ปิดปลาย ซึ่งเป็นความแรงดันควบคุมสําหรับการชําระไฟที่ครบถ้วนครั้งแรกของแบตเตอรี่ ความแรงดันที่ไม่เพียงพอนําไปสู่การชําระไฟเกินการกัดกรองของอิเล็กตรอดลบ, และการทําลายและการย่อยสลายของหนัง SEI บนพื้นผิวไฟฟ้าลบเพิ่มอัมพาตของแบตเตอรี่และการขั้วโลกที่ปลายการชาร์จและการปล่อย, ส่งผลให้มีประสิทธิภาพการชาร์จและการชาร์จที่ลดลง และการทํางานในวงจรที่แย่ลง 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, และอุณหภูมิพื้นผิวแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องถึง 41 °C หลังจากประมาณ 250 วินาที ความดันและกระแสของแบตเตอรี่ลดลงถึงเกือบ 0V และ 0mA ตามลําดับนี่คือกลไกป้องกันตัวเองของแบตเตอรี่เพื่อป้องกันการปล่อยไฟและการอุ่นเกิน.

4ผลของเวลาและอุณหภูมิในการเติบโตต่อผลงานของแบตเตอรี่

ระยะเวลาการเฒ่าแก่คือระยะระหว่างการชาร์จครั้งแรกและการปล่อยครั้งแรก หลังจากการชาร์จเต็มครั้งแรก แบตเตอรี่ลิตিয়াম-ไอออนต้องใช้เวลาพักผ่อนที่แน่นอนเพื่อกําจัดการขั้วขั้วภายในซึ่งส่งผลกระทบอย่างสําคัญต่อความจุและอุปสรรคของแบตเตอรี่การศึกษาที่ใช้แบตเตอรี่ลิตியம்ไอออน 18650 เพื่อวิจัยผลกระทบของเวลาพักผ่อนต่อผลการทํางานของวงจรของแบตเตอรี่ลิตিয়ামไอออนแสดงผลที่สําคัญแบตเตอรี่ที่มีเวลาพัก ≤ 2 ชั่วโมงไม่ได้แสดงความแตกต่างที่สําคัญในการทํางานและอาการต่อต้านในวงจรเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ที่ไม่มีเวลาพัก.

ผลของอุณหภูมิต่อผลงานของแบตเตอรี่แสดงออกเป็นหลักในการยกระดับการละลายของเอเล็กทรอลิตและสารเสริม, การหนาของหนัง SEI บนผิวไฟฟ้าลบ,และเพิ่มความต้านทานภายในของแบตเตอรี่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นองค์ประกอบหลักของสารประกอบไฟฟ้าแบตเตอรี่ลิตியம்ไอออนคือ LiPF6 ณ อุณหภูมิที่สูงเกินไป LiPF6 ละลายทางอุณหภูมิ สร้าง PF5PF5 จะปฏิกิริยากับน้ําในสารประกอบไฟฟ้า เพื่อสร้าง HFHF เป็นสาเหตุสําคัญของการละลายเหล็กในวัสดุ cathode

เพื่อปรับปรุงผลการทํางานของวงจรอุณหภูมิสูงของแบตเตอรี่ลิตিয়ামไอออน มีเมธีลีนดีซัลโฟเนต (MMDS) เพิ่มเข้าไปในเอเลคโทรลิตMMDS ปรับปรุงการทํางานของวงจรของแบตเตอรี่ให้ดีขึ้นอย่างมาก ทั้งในอุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูง, และความมั่นคงของวงจรเพิ่มขึ้นกับการเพิ่มปริมาณยาเสริม แต่สารเสริมนี้มีความรู้สึกต่ออุณหภูมิ การใช้และการเก็บรักษาในอุณหภูมิสูงอาจทําให้สีและความกรดของมันเพิ่มขึ้นที่ส่งผลต่อการทํางานของแบตเตอรี่ดังนั้น อุณหภูมิการเก็บของเอเลคโทรลิต อุณหภูมิการตั้งค่าหลังการเติม และอุณหภูมิการออกแก๊สและการสร้างแบตเตอรี่ต้องควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันการล้มเหลวของ MMDS.