Im Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien ist die Bildung ein kritisches Verfahren. In diesem Artikel werden die Auswirkungen der Bildungsbedingungen (z. B. Bildungsstrom, Formationsspannung, Bildungstemperatur und externer Druck) auf die Batterieleistung einschließlich interner Widerstand, Kapazität und Zyklusdauer erläutert.Tob neue EnergiebietetBatteriebildungsmaschinevon verschiedenen Spezifikationen, um den Produktionsbedarf der Batterie -Laborforschung zu erfüllen undBatterieproduktionslinien.
Die Formation bezieht sich auf den anfänglichen Ladungsprozess nach Elektrolytinjektion und Ruhe, während der die feste Elektrolyt -Interphase -Schicht (SEI) gebildet wird. Variationen der Bildungsprotokolle führen zu leicht unterschiedlichen SEI -Schichten. Die Morphologie der SEI-Schicht wirkt sich direkt auf die Zellleistung aus, wie die Geschwindigkeitsfähigkeit, Hochspannungsstabilität und insbesondere die Lebensdauer des Zyklus.
Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Analyse, wie die Bildungsbedingungen die Zellleistung beeinflussen:
1. Formationsstrom
Studien zeigen, dass niedrigere Stromdichten die Bildung einer robusten SEI -Schicht erleichtern. Die SEI -Bildung umfasst zwei Stufen: Keimbildung und Wachstum. Hochstromdichten beschleunigen die Keimbildung und führen zu einer porösen SEI -Struktur mit schlechter Haftung an der Anodenoberfläche. Umgekehrt verlangsamen niedrige Stromdichten die Keimbildung und erzeugen eine dichtere SEI -Schicht. Ein poröser SEI kann jedoch den Elektrolyten besser infiltrieren, was zu einer höheren ionischen Leitfähigkeit im Vergleich zu SEI führt, die bei niedrigen Stromdichten gebildet werden.
Herkömmliche Methoden mit niedrigem Strom vor dem Aufladen bilden eine stabile und dichte SEI, aber eine längere Ladung mit niedrigem Strom erhöht die SEI-Impedanz und wirkt sich negativ auf die Ratenfähigkeit und die Lebensdauer der Zyklus aus. Darüber hinaus verlängert die Produktionszeit mit niedriger Stromerziehung die Produktionszeit und verkürzt die Herstellungseffizienz. Um dies zu beheben, wurde ein schrittweise Strombildungsprotokoll während der Phase konstanter Strom (CC) vorgeschlagen. Dieser Ansatz reduziert die Polarisation, verbessert die Ladungskapazität, verkürzt die Bildungszeit und verbessert die Effizienz.
Abbildung 1 (a) SEI -Bildung auf Graphitoberflächen während der Bildung und (b) den Effekt der Bildungsstromdichte auf die SEI -Struktur.
2. Formationsspannung
Unterschiedliche Bildungsspannungen beeinflussen die Elektrodenoberflächenbedingungen, den Innenwiderstand und die Zyklusleistung erheblich. Beispielsweise ergab eine Studie, in der Cutoff-Spannungen von 3,5 V und 4,2 V verglichen wurden, dass ein Grenzwert von 4,2 V eine höhere Ladungskapazität ergab, jedoch um 4,1% eine niedrigere Ladungsabladungseffizienz als 3,5 V. Batterien, die bei 4,2 V gebildet wurden, zeigten einen höheren Elektrodenwiderstand und einen schnelleren Zyklusabbau.
3. Gebührenzustand (SOC)
SOC ist ein kritischer Parameter bei der Formationsoptimierung. In Verbindung mit Ladung/Entladungspannung führen variierende SoC -Werte während des Alterns unterschiedliche Reaktivitätsgrade, verändern die SEI -Eigenschaften und letztendlich die Batterieleistung. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass 25% SOC vor und nach dem Altern zu einer höheren Impedanz und einer geringeren Kapazitätsretention führen. Das optimale Protokoll beinhaltet das Aufladen von 100% SOC, die auf 25% SoC (dh 75% SoC) durch Alterung bei Raumtemperatur geladen wird. Diese Methode erreicht die höchste anfängliche Entladungskapazität und die Kapazitätsrückhaltung.
4. Bildungstemperatur
Für Polymer-Lithium-Ionen-Batterien fördert die Hochtemperaturbildung eine vollständigere SEI-Bildung und verbessert die Benetzbarkeit der Separator, wodurch die Gaserzeugung reduziert wird. Die Bildung mit niedriger Temperatur begünstigt jedoch eine langsamere Lithiumsalzreduktion, die geordnete und dichte SEI-Ablagerung ermöglicht, die die Lebensdauer der Zyklus verlängert. Während Hochtemperatur-SEI-Schichten eine höhere ionische Leitfähigkeit aufweisen, verschlechtert ihre Instabilität aufgrund einer beschleunigten Auflösung und des Lösungsmittel-Co-Intercalation die Zyklusleistung. Die meisten Hersteller nehmen eine hohe Temperaturalterung (30–60 Grad) ein, um die Zyklus- und Lagerleistung zu verbessern.
5. Externer Druck
Die Gaserzeugung während der Bildung erhöht den Abstand zwischen den Elektroden, verlängert die Li-Ionen-Transportwege und erhöht die Impedanz, wodurch die Kapazität verringert wird. Durch den mäßigen Druck wird das Gas beseitigt, sorgt für den engen Elektrodenkontakt, minimiert die Verformung und verbessert die Bildungskapazität, die Ratenfähigkeit und die Lebensdauer der Zyklus. Die Post-Mortem-Analyse zeigt, dass unzureichender Druck die Lithium-Plattierung auf der Anode verursacht, während der optimale Druck solche Defekte verhindert.
Zusammenfassung:
Der Bildungsprozess spielt eine entscheidende Rolle bei der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien. Die Optimierung des Bildungsstroms, der Spannung, der Temperatur und des externen Drucks ist für die Verbesserung der Batterieeigenschaften von entscheidender Bedeutung. Individuelle Parameteranpassungen ergeben jedoch nur begrenzte Verbesserungen. Eine ganzheitliche Optimierungsstrategie ist wichtig, um die Batterieleistung zu maximieren.
