El proceso de producción de las baterías de litio es muy complejo e incluye diversos procesos. Formación de la batería es un vínculo que no puede ignorarse en cadena de suministro de baterías de litio. Tiene un impacto crucial en el rendimiento de las baterías de litio.
Definición de formación de pilas
La formación de baterías de litio es la primera carga de la batería proceso después de que la pila de litio se llene de líquido. Este proceso puede activar los materiales activos de la batería y activar la batería de litio. Al mismo tiempo, se produce una reacción lateral entre la sal de litio y el electrolito, formando una película de interfaz de electrolito sólido (SEI) en el lado del electrodo negativo de la pila de litio. Esta película puede evitar otras reacciones laterales, reduciendo así la pérdida de litio activo en la batería de litio. La calidad de la SEI tiene un gran impacto en la vida del ciclo, la pérdida de capacidad inicial, la tasa de rendimiento, etc. de las baterías de litio. pilas de litio.
Tipos de procesos de formación de pilas
Según las diferentes condiciones como temperatura, corriente y puerto de inyección de líquido durante la formación de baterías de litio, el proceso de formación puede dividirse en las siguientes categorías:
- Formación a alta temperatura: Durante el proceso de carga y descarga, el núcleo de la batería se encuentra siempre en un entorno de alta temperatura. Las altas temperaturas pueden aumentar la velocidad de reacción electroquímica y la velocidad de formación de la película SEI. La película SEI formada tiene una gran consistencia, pero es suelta e inestable.
- Formación a baja temperatura: Durante el proceso de carga y descarga, el núcleo de la batería se encuentra siempre en un entorno de baja temperatura. La película SEI formada durante el proceso de baja temperatura es densa y estable, pero la velocidad de reacción es lenta y el tiempo de formación largo.
- Gran formación de corriente: Durante el proceso de formación, la corriente de carga y descarga es siempre a una corriente mayor, como 0,5C, 1C, 2C. Una corriente grande puede aumentar la velocidad de reacción electroquímica y la velocidad de formación de la película SEI, pero la consistencia de la película SEI formada no es alta.
- Pequeña formación de corriente: Durante el proceso de formación, la corriente de carga y descarga es siempre a una corriente más pequeña, como 0,02C, 0,05C. La película SEI formada durante el proceso de baja corriente es densa y estable, pero la reducción de la velocidad de reacción prolongará el tiempo de formación.
- Formación abierta: Durante el proceso de carga y descarga, el puerto de inyección de líquido de la célula está siempre abierto a presión normal, y el gas generado por la reacción electroquímica puede eliminarse a tiempo, lo que mejora la consistencia de la formación de la película SEI. El equipo de formación es sencillo y de bajo coste, pero requiere un largo tiempo de permanencia y unas condiciones de humedad ambiental elevadas.
- Formación de agujero cerrado: Durante el proceso de carga y descarga, el puerto de inyección de líquido de la célula está siempre en estado sellado, y el proceso de formación no requiere condiciones de humedad ambiental. Sin embargo, el proceso de formación del equipo es complejo, y la carcasa de la batería presenta el riesgo de deformación plástica.
- Formación de presión negativa: Durante el proceso de carga y descarga, el núcleo de la batería se evacua desde el puerto de inyección de líquido hasta -80KPa. La formación de presión negativa puede eliminar a tiempo el gas generado, garantizando la estabilidad y consistencia de la película SEI. Sin embargo, el equipo de formación es complejo y requiere una elevada estanqueidad. Además, se producirá una pérdida de electrolito durante el proceso de vacío.
Efectos de las distintas condiciones de formación de la batería sobre su rendimiento
Las distintas condiciones de formación de la pila tienen diferentes efectos sobre rendimiento de la bateríaa continuación se explicará en detalle:
Densidad de corriente de formación: La alta densidad de corriente y la rápida formación de núcleos de cristal provocarán que la estructura de la película SEI sea suelta y no esté firmemente adherida a la superficie del electrodo negativo. Por el contrario, a baja densidad de corriente, la velocidad de formación de núcleos cristalinos es lenta y la estructura de la película SEI es más densa. Sin embargo, una película SEI con una estructura suelta puede infiltrar más electrolito, por lo que la conductividad iónica de la película SEI formada con una densidad de corriente alta es mayor que la de la película SEI formada con una densidad de corriente baja.
Tensión de corte de formación: A medida que avanza la carga, la tensión interna de la batería aumenta, acompañada de la generación de gas. Una vez que la tasa de producción de gas es superior a la tasa de escape del orificio de inyección de líquido, el gas se acumulará entre los separadores del interior de la batería, lo que provocará un contacto desigual entre el separador y la superficie del electrodo negativo, afectando así al proceso de incrustación de los iones de litio en la superficie del electrodo negativo. Por lo tanto, la reducción adecuada de la tensión de formación puede mejorar la eficiencia de la primera carga y descarga de la batería, reducir la resistencia interna de la batería y mejorar el rendimiento del ciclo de la batería.
Temperatura de formación: Por un lado, la temperatura afecta a la velocidad de formación y a la composición de la película SEI; por otro, algunos componentes de la película SEI se descompondrán a altas temperaturas, provocando la ruptura de la película SEI, que consumirá más litio para formar una nueva película SEI.
Presión externa: Durante el proceso de formación se generará gas. Si el gas no se elimina a tiempo, aumentará la distancia de transmisión de iones de litio, aumentará la impedancia y disminuirá la capacidad de carga de la batería. Si se añade una presión de laminación adecuada durante la carga, se puede ayudar a eliminar el gas, lo que no sólo aumentará la capacidad de formación de la batería, sino que también mejorará significativamente la tasa y el rendimiento del ciclo de la batería.
Proceso de prueba de formación de la batería
- El primer paso es la hibernación de la batería.
- El segundo paso es la carga a corriente constante.
Carga a 0,02C de corriente constante durante 270 minutos. El objetivo de la carga a baja corriente es mejorar la calidad y la interfaz de la película SEI. Sin embargo, la película SEI formada es inestable y reacciona fácilmente con los productos de descomposición anteriores. Se requiere una carga adicional para estabilizar la película SEI. - El tercer paso es la hibernación de la batería.
El propósito es hacer que las dos cargas tengan un proceso de conversión y lograr el efecto de eliminar la polarización; - Paso 4: Carga a corriente constante
Carga a 3,95V a 0,1C. Una vez formada la película SEI, cargue con una corriente ligeramente superior. Esto no sólo ahorra más tiempo, sino que también forma una película SEI densa con mejor estabilidad térmica. En este momento, la película SEI combina el electrolito y el grafito. Completamente separados, sólo los iones pueden pasar a la capa de grafito. Sin embargo, el voltaje no puede cargarse demasiado alto en este momento, ya que podría provocar la precipitación del litio.
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