Επίδραση της διαδικασίας σχηματισμού της μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λίθιου στην απόδοσή της
Aug 25, 2020
Ο σχηματισμός είναι μια σημαντική διαδικασία στη διαδικασία παραγωγής μπαταριών λιθίου. Κατά τη διάρκεια του σχηματισμού, σχηματίζεται ένα στρώμα παθητικής στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου, δηλαδή της στερεάς μεμβράνης διασύνδεσης ηλεκτρολυτών (ταινία SEI). Η ποιότητα της ταινίας SEI επηρεάζει τη διάρκεια ζωής του κύκλου, τη σταθερότητα, και οι ηλεκτροχημικές ιδιότητες, όπως η αυτο-απαλλαγή και η ασφάλεια πληρούν τις απαιτήσεις της "συντήρησης-free" για τη δευτερεύουσα σφράγιση της μπαταρίας. Ωστόσο, η ταινία SEI που σχηματίζεται από διαφορετικές διαδικασίες μετατροπής χημικών είναι διαφορετική, και ο αντίκτυπος στην απόδοση της μπαταρίας είναι επίσης πολύ διαφορετική.
Η παραδοσιακή μέθοδος προφόρτισης χαμηλού ρεύματος βοηθά στη διαμόρφωση μιας σταθερής ταινίας SEI, αλλά η μακροχρόνια φόρτιση χαμηλού ρεύματος θα αυξήσει την αντίσταση της διαμορφωμένης ταινίας SEI, επηρεάζοντας έτσι την απόδοση απαλλαγής ποσοστού της μπαταρίας ιόντων λιθίου, και ο μακροπρόθεσμος χρόνος διαδικασίας επηρεάζει την αποδοτικότητα παραγωγής. Τα διαφορετικά συστήματα μπαταριών λίθιου έχουν τις διαφορετικές διαδικασίες σχηματισμού. Αυτό το άρθρο αναλύει τα συστήματα μπαταριών φωσφορικού σιδήρου λίθιου.
Η διαδικασία σχηματισμού του φωσφορικού σιδήρου λιθίου επιλέγεται συνήθως ως εξής:
Χρέωση ρεύματος 0.05C~0.2C, τάση αποκοπής 3.6~3.7V, χρέωση του ρεύματος αποκοπής 0.025C~0.05C, μετά από να σταθεί για μια χρονική περίοδο (10-20min), 0.1~0.2C που απαλλάσσεται σε 2.5V, που στέκεται για μια χρονική περίοδο (20 -60min). Κάτω από διαφορετικούς μηχανισμούς φόρτισης και αποφόρτισης, η διαφορά στο ρεύμα φόρτισης επηρεάζει το σχηματισμό και την ποιότητα του SEI, ενώ ο μόνιμος χρόνος και το ρεύμα διακοπής φόρτισης επηρεάζουν το χρόνο διαμόρφωσης της μπαταρίας.
Η διαδικασία σχηματισμού μπαταριών του φωσφορικού σιδήρου λίθιου πρέπει να επιλέξει μια κατάλληλη τάση αποκοπής. Από την κρυσταλλική δομή του υλικού, όταν η τάση φόρτισης είναι μεγαλύτερη από 3,7V, η δομή πλέγματος του φωσφορικού σιδήρου λιθίου μπορεί να υποστεί βλάβη, επηρεάζοντας έτσι την απόδοση του κύκλου της μπαταρίας. Τα αποτελέσματα του πειράματος μερικής εσωτερικής αντίστασης και της παρατήρησης sem κομματιού πόλων αποδεικνύουν επίσης ότι τα ακόλουθα συμπεράσματα είναι σωστά:
1. Η κατάλληλη μείωση της τάσης σχηματισμού και η μείωση του χρόνου σχηματισμού μπορούν αποτελεσματικά να μειώσουν την παραγωγή της πτώσης λίθιου στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου, έτσι ώστε μια ομαλότερη επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου μπορεί να ληφθεί. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν η τάση σχηματισμού είναι υψηλή, ο ρυθμός παραγωγής αερίου μέσα στην μπαταρία είναι τόσο γρήγορος που το αέριο μέσα στην μπαταρία δεν μπορεί να αποφορτιστεί εγκαίρως, το οποίο εναποτίθεται στην επιφάνεια του διαφράγματος, το οποίο επηρεάζει το υπόλοιπο επαφής μεταξύ του διαφράγματος και του αρνητικού ηλεκτροδίου. Κατά τη διαδικασία της εξαγωγής ιόντων λιθίου, η ανισορροπία της επαφής μεταξύ των δύο προκαλεί υπερβολική εισαγωγή ιόντων λιθίου σε ορισμένες περιοχές, προκαλώντας την επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου να είναι άνιση, και τελικά επηρεάζουν την απόδοση της μπαταρίας.
2. Μετά από τη εσωτερική δοκιμή αντίστασης μπαταριών μετά από το σχηματισμό, διαπιστώνεται ότι κατάλληλα η μείωση της τάσης σχηματισμού και η μείωση του χρόνου σχηματισμού μπορούν να μειώσουν την εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας. Η υψηλή εσωτερική αντίσταση που προκαλείται από την υψηλή χημική τάση μετατροπής σχετίζεται επίσης με την ανώμαλη επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου και το σχηματισμό λευκών κηλίδων. Επειδή οι λευκές κηλίδες είναι ενώσεις λιθίου, η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι κακή, έτσι ώστε η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας είναι πολύ μεγάλη.
3. Η κατάλληλη μείωση της τάσης σχηματισμού στο σχέδιο διαδικασίας σχηματισμού μπορεί να αυξήσει την πρώτη ικανότητα δαπανών και απαλλαγής της μπαταρίας και να βελτιώσει την απόδοση κύκλων της μπαταρίας. Η πολύ υψηλή τάση σχηματισμού είναι εύκολο να προκαλέσει την εναπόθεση του λιθίου και των ενώσεων του στην επιφάνεια του αρνητικού ηλεκτροδίου, το οποίο αυξάνει την αμετάκλητη ικανότητα της μπαταρίας, η οποία αναπόφευκτα θα επηρεάσει την ικανότητα της μπαταρίας. Λόγω της ύπαρξης λιθίου και των ενώσεων του, η χωρητικότητα της μπαταρίας θα μειωθεί κατά τη διάρκεια του κύκλου φόρτισης και εκκένωσης. Γρήγορη, επηρεάζοντας τη διάρκεια ζωής του κύκλου της μπαταρίας.