V proizvodnem procesu litij-ionskih baterij je oblikovanje kritični postopek. Ta članek obravnava vpliv pogojev tvorbe (npr. Formacijski tok, napetost tvorbe, temperatura tvorbe in zunanji tlak) na delovanje baterije, vključno z notranjo upornostjo, zmogljivostjo in življenjsko dobo cikla.Tob nova energijazagotavljastroj za tvorbo baterijerazličnih specifikacij za zadovoljevanje proizvodnih potreb raziskav laboratorija inlinije za proizvodnjo baterije.
Oblikovanje se nanaša na začetni postopek polnjenja po injiciranju in počitku elektrolita, med katerim nastane trdni sloj interfaznega (SEI). Razlike v tvorbi protokolov povzročajo nekoliko drugačne plasti SEI. Morfologija plasti SEI neposredno vpliva na uspešnost celic, kot so sposobnost hitrosti, stabilnost visoke napetosti in zlasti življenjsko dobo cikla.
Spodaj je podrobna analiza, kako pogoji tvorbe vplivajo na uspešnost celic:
1. formacijski tok
Študije kažejo, da nižja gostota toka olajša nastanek robustne plasti SEI. SEI tvorba vključuje dve stopnji: nukleacijo in rast. Visoka gostota toka pospešuje nukleacijo, kar vodi do porozne strukture SEI s slabo oprijemljivostjo na anodno površino. Nasprotno pa nizka gostota toka počasi nukleacijo, kar ustvarja gostejšo plast SEI. Vendar pa lahko porozni SEI bolje infiltrira elektrolit, kar ima za posledico večjo ionsko prevodnost v primerjavi s SEI, ki nastane pod nizko gostoto toka.
Tradicionalne metode pred napolnjevanjem nizkih tokov pomagajo tvoriti stabilno in gosto SEI, vendar dolgotrajno nizko tovorno polnjenje poveča impedanco SEI, kar negativno vpliva na sposobnost hitrosti in življenjsko dobo cikla. Poleg tega se tvorba nizkih tokov podaljša čas proizvodnje, kar zmanjšuje učinkovitost proizvodnje. Za obravnavo tega je bil predlagan protokol stopenjskega toka med fazo stalnega toka (CC). Ta pristop zmanjšuje polarizacijo, izboljša zmogljivost naboja, skrajša čas tvorbe in poveča učinkovitost.
Slika 1 (a) SEI tvorba na grafitnih površinah med tvorbo in (b) učinek gostote tvorbe toka na strukturo SEI.
2. tvorba napetost
Različne napetosti tvorbe pomembno vplivajo na površinske pogoje elektrode, notranjo odpornost in delovanje cikla. Na primer, študija, ki je primerjala mejne napetosti 3,5 V in 4,2 V, je pokazala, da je 4,2 V izklop dal večjo zmogljivost naboja, vendar je 4,1% nižje učinkovitosti naboja kot 3,5 V. baterije, oblikovane pri 4,2 V, so pokazale večjo upornost elektrod in hitrejšo razgradnjo cikla.
3. Država (SOC)
SOC je kritični parameter pri optimizaciji tvorbe. Skupaj z napetostjo naboja/praznjenja med staranjem različno stopnjo reaktivnosti povzročajo različne stopnje reaktivnosti, spreminjajo lastnosti SEI in na koncu zmogljivost baterije. Eksperimentalni rezultati kažejo, da 25% SOC vodi do večje impedance in nižje zadrževanja zmogljivosti pred in po staranju. Optimalni protokol vključuje polnjenje na 100% SOC, odvajanje na 25% SOC (tj. Vzdrževanje 75% SOC) s staranjem pri sobni temperaturi. Ta metoda dosega najvišjo začetno zmogljivost in zadrževanje zmogljivosti.
4. Temperatura tvorbe
Za polimerne litij-ionske baterije visokotemperaturne tvorbe spodbuja popolnejšo tvorbo SEI in povečuje močenje z ločevanjem, kar zmanjšuje nastajanje plina. Vendar pa nizkotemperaturna tvorba daje prednost počasnejšemu zmanjšanju litijeve soli, kar omogoča urejeno in gosto odlaganje SEI, ki podaljša življenjsko dobo cikla. Medtem ko visokotemperaturne plasti SEI kažejo večjo ionsko prevodnost, njihova nestabilnost zaradi pospešenega raztapljanja in sočasne interkalacije topila poslabša delovanje cikla. Večina proizvajalcev sprejme visokotemperaturno staranje (30–60 stopinj) za izboljšanje učinkovitosti cikla in skladiščenja.
5. Zunanji tlak
Generacija plina med tvorbo poveča razdaljo med elektrodami, podaljša li-ionske transportne poti in dviguje impedanco, s čimer se zmanjša zmogljivost. Uporaba zmernega tlaka odpravlja plin, zagotavlja tesen stik z elektrodo, zmanjšuje deformacijo in izboljša zmogljivost tvorbe, zmogljivost hitrosti in življenjsko dobo cikla. Obdukcijska analiza razkriva, da nezadostni tlak povzroči litijevo oblogo na anodo, medtem ko optimalni tlak preprečuje takšne napake.
Povzetek:
Proces tvorbe ima odločilno vlogo pri zmogljivosti litij-ionske baterije. Optimizacija tvorbenega toka, napetosti, temperature in zunanjega tlaka je ključnega pomena za izboljšanje lastnosti baterije. Vendar pa posamezne prilagoditve parametrov prinašajo omejene izboljšave. Strategija celostne optimizacije je bistvenega pomena za povečanje zmogljivosti baterije.
