En el procés de fabricació de bateries d’ions de liti, la formació és un procediment crític. Aquest article tracta l’impacte de les condicions de formació (per exemple, corrent de formació, tensió de formació, temperatura de formació i pressió externa) sobre el rendiment de la bateria, inclosa la resistència interna, la capacitat i la vida del cicle.Tob New EnergyproporcionarMàquina de formació de bateriesde diverses especificacions per satisfer les necessitats de producció de la investigació de laboratori de bateries iLínies de producció de bateries.
La formació es refereix al procés de càrrega inicial després de la injecció i el descans dels electròlits, durant el qual es forma la capa d'interfase d'electròlits sòlida (SEI). Les variacions en els protocols de formació donen lloc a capes SEI lleugerament diferents. La morfologia de la capa SEI afecta directament el rendiment cel·lular, com ara la capacitat de velocitat, l'estabilitat d'alta tensió i, sobretot, la vida del cicle.
A continuació, es mostra una anàlisi detallada de com influeixen les condicions de formació: el rendiment de les cèl·lules:
1. Corrent de formació
Els estudis demostren que les densitats de corrent més baixes faciliten la formació d’una capa SEI robusta. La formació SEI implica dues etapes: la nucleació i el creixement. Les altes densitats de corrent acceleren la nucleació, provocant una estructura SEI porosa amb una mala adhesió a la superfície de l’ànode. Per la seva banda, les densitats de corrent baixes lenten la nucleació, produint una capa SEI més densa. Tot i això, un SEI porós pot infiltrar -se millor a l’electròlit, donant lloc a una conductivitat iònica més elevada en comparació amb la SEI formada amb densitats de corrent baix.
Els mètodes tradicionals de pre-càrrega de baix corrent ajuden a formar un SEI estable i dens, però la càrrega de baix corrent baixa augmenta la impedància SEI, afectant negativament la capacitat de velocitat i la vida del cicle. A més, la formació de baix corrent perllonga el temps de producció, reduint l'eficiència de fabricació. Per solucionar-ho, s'ha proposat un protocol de formació de corrent pas a pas durant la fase de corrent constant (CC). Aquest enfocament redueix la polarització, millora la capacitat de càrrega, redueix el temps de formació i millora l'eficiència.
Figura 1 (a) Formació SEI en superfícies de grafit durant la formació i (b) l'efecte de la densitat de corrent de formació sobre l'estructura SEI.
2. Tensió de formació
Diferents tensions de formació afecten significativament les condicions de la superfície dels elèctrodes, la resistència interna i el rendiment del cicle. Per exemple, un estudi que compara les tensions de tall de 3,5 V i 4,2 V va trobar que un tall de 4,2 V va produir una capacitat de càrrega més elevada, però el 4,1% de la càrrega de càrrega inferior a 3,5 V. Les bateries formades a 4,2 V presentaven una major resistència als elèctrodes i una degradació més ràpida del cicle.
3. Estat de càrrega (SOC)
SOC és un paràmetre crític en l’optimització de la formació. Combinat amb la tensió de càrrega/descàrrega, els diferents nivells de SOC durant l’envelliment indueixen diferents graus de reactivitat, alterant les propietats SEI i, en definitiva, el rendiment de la bateria. Els resultats experimentals indiquen que el 25% de SOC condueix a una impedància més elevada i una menor retenció de capacitat abans i després de l’envelliment. El protocol òptim consisteix en carregar fins al 100% de SOC, descarregant -se al 25% de SOC (és a dir, mantenint el 75% de SOC), envellint a temperatura ambient. Aquest mètode aconsegueix la capacitat de descàrrega inicial i la retenció de capacitat més alta.
4. Temperatura de formació
Per a les bateries d’ions de liti de polímer, la formació d’alta temperatura afavoreix la formació de SEI més completa i millora la humectació separadora, reduint la generació de gas. No obstant això, la formació a baixa temperatura afavoreix la reducció de sal de liti més lenta, que permet la deposició SEI ordenada i densa, que amplia la vida del cicle. Mentre que les capes SEI a alta temperatura presenten una conductivitat iònica més elevada, la seva inestabilitat a causa de la dissolució accelerada i la co-organització de dissolvents empitjora el rendiment del cicle. La majoria dels fabricants adopten un envelliment a alta temperatura (30-60 graus) per millorar el rendiment del cicle i l’emmagatzematge.
5. Pressió externa
La generació de gas durant la formació augmenta la distància entre els elèctrodes, allargant les vies de transport de ions de Li i augmentant la impedància, reduint així la capacitat. L’aplicació de la pressió moderada elimina el gas, garanteix un contacte amb l’elèctrode ajustat, minimitza la deformació i millora la capacitat de formació, la capacitat de velocitat i la vida del cicle. L’anàlisi post-mortem revela que la pressió insuficient provoca una placa de liti a l’ànode, mentre que la pressió òptima impedeix aquests defectes.
Resum:
El procés de formació té un paper decisiu en el rendiment de la bateria d’ions de liti. L’optimització del corrent de formació, la tensió, la temperatura i la pressió externa són crucials per millorar les propietats de la bateria. No obstant això, els ajustaments de paràmetres individuals produeixen millores limitades. Una estratègia d’optimització holística és essencial per maximitzar el rendiment de la bateria.
