في عملية تصنيع بطاريات الليثيوم أيون ، يعد التكوين إجراءً مهمًا. تناقش هذه المقالة تأثير ظروف التكوين (على سبيل المثال ، تيار التكوين ، وجهد التكوين ، ودرجة حرارة التكوين ، والضغط الخارجي) على أداء البطارية ، بما في ذلك المقاومة الداخلية ، والقدرة ، وعمر الدورة.طاقة جديدةيوفرآلة تكوين البطاريةمن مختلف المواصفات لتلبية احتياجات إنتاج أبحاث مختبر البطارية وخطوط إنتاج البطارية.
يشير التكوين إلى عملية الشحن الأولية بعد حقن الإلكتروليت والراحة ، والتي تتشكل خلالها طبقة interclyte interclyte الصلبة (SEI). تؤدي الاختلافات في بروتوكولات التكوين إلى طبقات SEI مختلفة قليلاً. يؤثر مورفولوجيا طبقة SEI بشكل مباشر على أداء الخلايا ، مثل قدرة المعدل ، واستقرار الجهد العالي ، وخاصة عمر الدورة.
فيما يلي تحليل مفصل لكيفية تأثير ظروف التكوين على أداء الخلية:
1. تشكيل الحالي
تشير الدراسات إلى أن أقل كثافة التيار تسهل تشكيل طبقة SEI قوية. يشتمل تكوين SEI على مرحلتين: النواة والنمو. الكثافة العالية الحالية تسريع النوى ، مما يؤدي إلى بنية SEI التي يسهل اختراقها مع ضعف التصاق على سطح الأنود. على العكس من ذلك ، فإن الكثافات التيار المنخفضة بطيئة ، والتي تنتج طبقة SEI كثيفة. ومع ذلك ، يمكن لـ SEI المسامية أن يتسلل إلى المنحل بالكهرباء بشكل أفضل ، مما يؤدي إلى ارتفاع التوصيل الأيوني مقارنةً بـ SEI المتكونة تحت كثافة التيار المنخفض.
تساعد طرق الشحن التقليدية في الشحن التقليدية على تشكيل SEI مستقرة وكثيفة ، ولكن الشحنات التي تعمل بالتواصل المنخفضة لفترة طويلة تزيد من مقاومة SEI ، وتؤثر سلبًا على معدل المعدل وعمر الدورة. بالإضافة إلى ذلك ، يطيل التكوين منخفضة الزمن وقت الإنتاج ، مما يقلل من كفاءة التصنيع. لمعالجة هذا ، تم اقتراح بروتوكول تشكيل تيار تدريجي خلال مرحلة التيار الثابت (CC). هذا النهج يقلل من الاستقطاب ، ويحسن قدرة الشحن ، ويقصر وقت التكوين ، ويعزز الكفاءة.
الشكل 1 (أ) تكوين SEI على أسطح الجرافيت أثناء التكوين و (ب) تأثير الكثافة الحالية للتكوين على بنية SEI.
2. جهد التكوين
تؤثر فولتية التكوين المختلفة بشكل كبير على ظروف سطح القطب ، والمقاومة الداخلية ، وأداء الدورة. على سبيل المثال ، وجدت دراسة تقارن فولتية القطع من 3.5 فولت و 4.2 فولت أن قطع 4.2 فولت أسفر عن قدرة أعلى على الشحن ولكن كفاءة تفريغ الشحن أقل بنسبة 4.1 ٪ من 3.5 فولت. بطاريات تشكلت في 4.2 فولت مقاومة أعلى من القطب وتدهور الدورة بشكل أسرع.
3. حالة التهمة (SOC)
SOC هي معلمة حرجة في تحسين التكوين. إلى جانب جهد الشحن/التفريغ ، فإن مستويات SOC المتغيرة أثناء الشيخوخة تحفز درجات مختلفة من التفاعل ، وتغيير خصائص SEI وأداء البطارية في نهاية المطاف. تشير النتائج التجريبية إلى أن 25 ٪ من SOC يؤدي إلى ارتفاع مقاومة وانخفاض الاحتفاظ بالقدرة قبل الشيخوخة وبعدها. يتضمن البروتوكول الأمثل فرض رسوم على SOC بنسبة 100 ٪ ، وتصرف إلى 25 ٪ من SOC (أي الحفاظ على 75 ٪ من SOC) ، عن طريق الشيخوخة في درجة حرارة الغرفة. هذه الطريقة تحقق أعلى قدرة تصريف أولية والاحتفاظ بالقدرة.
4. درجة حرارة التكوين
بالنسبة لبطاريات ليثيوم أيون البوليمر ، يعزز تكوين درجة الحرارة العالية تكوين SEI أكثر اكتمالا ويعزز قابلية الفاصل ، مما يقلل من توليد الغاز. ومع ذلك ، فإن تكوين درجات الحرارة المنخفضة يفضل الحد من ملح الليثيوم الأبطأ ، مما يتيح ترسب SEI المرتب والكثيف ، والذي يمتد إلى عمر دورة. في حين أن طبقات SEI ذات درجة حرارة عالية تظهر توصيلًا أيونيًا أعلى ، فإن عدم الاستقرار بسبب الانحلال المتسارع والمذيبات المشتركة يزداد أداء الدورة. يعتمد معظم الشركات المصنعة شيخوخة درجات الحرارة العالية (30-60 درجة) لتحسين أداء الدورة والتخزين.
5. الضغط الخارجي
يزيد توليد الغاز أثناء التكوين من المسافة بين الأقطاب الكهربائية ، وإطالة مسارات النقل في أيون وزيادة المعاوقة ، وبالتالي تقليل القدرة. يزيل الضغط المعتدل الغاز ، ويضمن ملامسة القطب الضيق ، ويقلل من التشوه ، ويحسن قدرة التكوين ، وقدرة المعدل ، وعمر الدورة. يكشف تحليل ما بعد الوفاة أن الضغط غير الكافي يسبب طلاء الليثيوم على الأنود ، في حين أن الضغط الأمثل يمنع مثل هذه العيوب.
ملخص:
تلعب عملية التكوين دورًا حاسمًا في أداء بطارية الليثيوم أيون. يعد تحسين التكوين الحالي والجهد ودرجة الحرارة والضغط الخارجي أمرًا ضروريًا لتحسين خصائص البطارية. ومع ذلك ، فإن تعديلات المعلمات الفردية تسفر عن تحسينات محدودة. تعد استراتيجية التحسين الشاملة ضرورية لزيادة أداء البطارية إلى الحد الأقصى.
