Le processus de production des piles au lithium est très complexe et comprend plusieurs procédés. Formation de la batterie est un lien qui ne peut être ignoré dans chaîne d'approvisionnement des piles au lithium. Il a un impact crucial sur les performances des batteries au lithium.
Définition de la formation de la batterie
La formation de piles au lithium est la première charge de la batterie après que la pile au lithium a été remplie de liquide. Ce processus peut activer les matériaux actifs de la batterie et activer la batterie au lithium. En même temps, une réaction secondaire se produit entre le sel de lithium et l'électrolyte, formant un film d'interface électrolyte solide (SEI) du côté de l'électrode négative de la batterie au lithium. Ce film peut empêcher d'autres réactions secondaires, réduisant ainsi la perte de lithium actif dans la batterie au lithium. La qualité de l'interface électrolytique solide a un impact important sur la durée du cycle, la perte de capacité initiale, la performance du taux, etc. de la batterie au lithium. éléments de batterie au lithium.
Types de processus de formation des piles
En fonction des différentes conditions telles que la température, le courant et le port d'injection du liquide pendant la formation des piles au lithium, le processus de formation peut être divisé en plusieurs catégories :
- Formation à haute température : Pendant le processus de charge et de décharge, le cœur de la batterie se trouve toujours dans un environnement à haute température. La température élevée peut augmenter la vitesse de réaction électrochimique et la vitesse de formation du film SEI. Le film SEI formé a une grande consistance, mais il est lâche et instable.
- Formation à basse température : Pendant le processus de charge et de décharge, le cœur de la batterie se trouve toujours dans un environnement à basse température. Le film SEI formé pendant le processus à basse température est dense et stable, mais la vitesse de réaction est lente et le temps de formation est long.
- Formation d'un grand courant : Pendant le processus de formation, le courant de charge et de décharge est toujours plus élevé, par exemple 0,5C, 1C, 2C. Un courant élevé peut augmenter la vitesse de réaction électrochimique et la vitesse de formation du film SEI, mais la consistance du film SEI formé n'est pas élevée.
- Petite formation de courant : Pendant le processus de formation, le courant de charge et de décharge est toujours inférieur à 0,02C, 0,05C. Le film SEI formé pendant le processus à faible courant est dense et stable, mais la réduction de la vitesse de réaction prolonge le temps de formation.
- Formation ouverte : Pendant le processus de charge et de décharge, le port d'injection du liquide de la cellule est toujours ouvert à une pression normale, et le gaz généré par la réaction électrochimique peut être éliminé à temps, ce qui améliore l'homogénéité de la formation du film SEI. L'équipement de formation est simple et peu coûteux, mais il nécessite une longue période d'attente et des conditions d'humidité environnementale élevées.
- Formation en trou fermé : Pendant le processus de charge et de décharge, le port d'injection du liquide de la cellule est toujours scellé, et le processus de formation ne nécessite pas de conditions d'humidité environnementale. Cependant, le processus de formation de l'équipement est complexe et la coque de la batterie risque de se déformer sous l'effet du plastique.
- Formation de pression négative : Pendant les processus de charge et de décharge, le cœur de la batterie est évacué par le port d'injection de liquide jusqu'à -80KPa. La formation par pression négative peut éliminer le gaz généré à temps, ce qui garantit la stabilité et la consistance du film SEI. Cependant, l'équipement de formation est complexe et nécessite une grande étanchéité à l'air. En outre, une perte d'électrolyte se produira au cours du processus de mise sous vide.
Effets des différentes conditions de formation de la batterie sur ses performances
Les différentes conditions de formation de la batterie ont des effets différents sur performance de la batterieNous y reviendrons plus en détail dans la suite de ce document :
Densité de courant de formation : une densité de courant élevée et la formation rapide de noyaux de cristaux entraîneront une structure du film SEI lâche et mal fixée à la surface de l'électrode négative. Au contraire, à faible densité de courant, la vitesse de formation des noyaux de cristaux est lente et la structure du film SEI est plus dense. Cependant, un film SEI avec une structure lâche peut infiltrer plus d'électrolyte, de sorte que la conductivité ionique du film SEI formé sous une densité de courant élevée est supérieure à celle du film SEI formé sous une faible densité de courant.
Tension de coupure de la formation : Au fur et à mesure de la charge, la tension interne de la batterie augmente, ce qui s'accompagne d'une production de gaz. Lorsque le taux de production de gaz est supérieur au taux d'échappement du trou d'injection de liquide, le gaz s'accumule entre les séparateurs à l'intérieur de la batterie, ce qui entraîne un contact inégal entre le séparateur et la surface de l'électrode négative, affectant ainsi le processus d'incorporation des ions lithium sur la surface de l'électrode négative. Par conséquent, une réduction appropriée de la tension de formation peut améliorer l'efficacité de la première charge et de la première décharge de la batterie, réduire la résistance interne de la batterie et améliorer les performances du cycle de la batterie.
Température de formation : D'une part, la température affecte la vitesse de formation et la composition du film SEI ; d'autre part, certains composants du film SEI se décomposent à des températures élevées, entraînant la rupture du film SEI, qui consommera à nouveau du lithium pour former un nouveau film SEI.
Pression externe : Du gaz est généré au cours du processus de formation. Si le gaz n'est pas éliminé à temps, la distance de transmission des ions lithium augmentera, l'impédance augmentera et la capacité de charge de la batterie diminuera. Si une pression de roulement appropriée est ajoutée pendant la charge, elle peut aider à éliminer le gaz, ce qui augmentera non seulement la capacité de formation de la batterie, mais améliorera également de manière significative le taux et la performance du cycle de la batterie.
Processus d'essai de formation de la batterie
- La première étape est l'hibernation de la batterie.
- La deuxième étape est le chargement à courant constant.
Charger à un courant constant de 0,02C pendant 270 minutes. L'objectif du chargement à faible courant est d'améliorer la qualité et l'interface du film SEI. Cependant, le film SEI formé est instable et réagit facilement avec les produits de décomposition précédents. Une charge supplémentaire est nécessaire pour stabiliser le film SEI. - La troisième étape est l'hibernation de la batterie.
L'objectif est de faire en sorte que les deux charges aient un processus de conversion et d'obtenir l'effet d'élimination de la polarisation ; - Étape 4 : Chargement à courant constant
Charger à 3,95V à 0,1C. Une fois que le film SEI est pratiquement formé, chargez avec un courant légèrement plus élevé. Cela permet non seulement de gagner du temps, mais aussi de former un film SEI dense avec une meilleure stabilité thermique. À ce stade, le film SEI combine l'électrolyte et le graphite. Complètement séparés, seuls les ions peuvent passer dans la couche de graphite. Cependant, la tension ne peut pas être trop élevée à ce moment-là, ce qui pourrait entraîner une précipitation du lithium.
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