Dans le processus de fabrication des batteries lithium-ion, la formation est une procédure critique. Cet article examine l'impact des conditions de formation (par exemple, le courant de formation, la tension de formation, la température de formation et la pression externe) sur les performances de la batterie, y compris la résistance interne, la capacité et la durée de vie du cycle.Tob New EnergyproposerMachine de formation de batteriede diverses spécifications pour répondre aux besoins de production de la recherche en laboratoire de batterie etlignes de production de batterie.
La formation se réfère au processus de charge initial après injection d'électrolyte et repos, au cours de laquelle la couche interphase d'électrolyte solide (SEI) est formée. Les variations des protocoles de formation entraînent des couches SEI légèrement différentes. La morphologie de la couche SEI affecte directement les performances cellulaires, telles que la capacité de taux, la stabilité à haute tension et en particulier la durée de vie du cycle.
Vous trouverez ci-dessous une analyse détaillée de la façon dont les conditions de formation influencent les performances cellulaires:
1. Courant de formation
Des études montrent que les densités de courant plus faibles facilitent la formation d'une couche SEI robuste. La formation SEI implique deux étapes: la nucléation et la croissance. Des densités de courant élevé accélèrent la nucléation, conduisant à une structure SEI poreuse avec une mauvaise adhérence à la surface de l'anode. Inversement, de faibles densités de courant ralentissent la nucléation, produisant une couche SEI plus dense. Cependant, un SEI poreux peut mieux infiltrer l'électrolyte, entraînant une conductivité ionique plus élevée par rapport à SEI formé sous de faibles densités de courant.
Les méthodes de pré-chargement traditionnelles à faible courant aident à former un SEI stable et dense, mais une charge prolongée à faible courant augmente l'impédance de la SEI, un impact négatif sur la capacité de taux et la durée de vie du cycle. De plus, la formation à faible courant prolonge le temps de production, réduisant l'efficacité de la fabrication. Pour y remédier, un protocole de formation de courant pas à pas pendant la phase à courant constant (CC) a été proposé. Cette approche réduit la polarisation, améliore la capacité de charge, raccourcit le temps de formation et améliore l'efficacité.
Figure 1 (a) Formation de SEI sur les surfaces du graphite pendant la formation et (b) l'effet de la densité de courant de formation sur la structure SEI.
2. Tension de formation
Différentes tensions de formation affectent considérablement les conditions de surface des électrodes, la résistance interne et les performances du cycle. Par exemple, une étude comparant les tensions de coupure de 3,5 V et 4,2 V a révélé qu'un coup de 4,2 V a donné une capacité de charge plus élevée, mais 4,1% d'efficacité de charge de charge inférieure à 3,5 V. Les batteries formées à 4,2 V présentaient une résistance aux électrodes plus élevée et une dégradation du cycle plus rapide.
3. État d'accusation (SOC)
SOC est un paramètre critique dans l'optimisation de la formation. Couplé à la tension de charge / décharge, différents niveaux de SOC pendant le vieillissement induisent différents degrés de réactivité, modifiant les propriétés SEI et, finalement, les performances de la batterie. Les résultats expérimentaux indiquent que 25% SOC entraîne une impédance plus élevée et une rétention de capacité plus faible avant et après le vieillissement. Le protocole optimal consiste à charger à 100% SOC, en décharge à 25% SOC (c.-à-d. En maintenant 75% SOC), en vieillissant à température ambiante. Cette méthode atteint la capacité de décharge initiale la plus élevée et la rétention de capacité.
4. Température de formation
Pour les batteries au lithium-ion polymère, la formation à haute température favorise la formation de SEI plus complète et améliore la mouillabilité du séparateur, réduisant la génération de gaz. Cependant, la formation à basse température favorise la réduction plus lente du sel de lithium, permettant un dépôt de SEI ordonné et dense, qui prolonge la durée de vie du cycle. Alors que les couches SEI à haute température présentent une conductivité ionique plus élevée, leur instabilité due à une dissolution accélérée et à la co-intercalation du solvant aggrave les performances du cycle. La plupart des fabricants adoptent un vieillissement à haute température (30 à 60 degrés) pour améliorer les performances du cycle et du stockage.
5. Pression externe
La génération de gaz pendant la formation augmente la distance entre les électrodes, l'allongement des chemins de transport Li-ion et l'élévation de l'impédance, réduisant ainsi la capacité. L'application d'une pression modérée élimine le gaz, assure un contact étroit d'électrode, minimise la déformation et améliore la capacité de formation, la capacité de taux et la durée de vie du cycle. L'analyse post mortem révèle que la pression insuffisante provoque un placage au lithium sur l'anode, tandis que la pression optimale empêche de tels défauts.
Résumé:
Le processus de formation joue un rôle décisif dans les performances de la batterie lithium-ion. L'optimisation du courant de formation, de la tension, de la température et de la pression externe est cruciale pour améliorer les propriétés de la batterie. Cependant, les ajustements des paramètres individuels donnent des améliorations limitées. Une stratégie d'optimisation holistique est essentielle pour maximiser les performances de la batterie.
