Phân tích và tóm tắt quá trình hình thành-lão hóa pin lithium

Việc sản xuất pin lithium-ion là một quá trình liên kết chặt chẽ giữa các bước quy trình. Nhìn chung, quá trình sản xuất pin lithium bao gồm quá trình sản xuất mảnh cực, quá trình lắp ráp pin và quá trình phun chất lỏng cuối cùng, làm kín, hình thành và lão hóa. Trong quy trình ba giai đoạn, mỗi quy trình có thể được chia thành nhiều quy trình chính, và mỗi bước sẽ có tác động lớn đến hiệu suất cuối cùng của pin.

Trong quy trình sản xuất miếng cực, nó có thể được chia thành năm quy trình: chuẩn bị bùn, phủ bùn, cán miếng cực, cắt miếng cực, và làm khô miếng cực. Trong quá trình lắp ráp pin, theo các thông số kỹ thuật pin khác nhau, nó có thể được chia đại khái thành các quy trình quấn, vỏ, hàn và các quy trình khác. Quá trình phun chất lỏng sau khi lắp ráp hoàn thành bao gồm phun chất lỏng và làm kín. Cuối cùng là quy trình ba bước hình thành, lão hóa và phân tách dung lượng của pin. Sau khi pin được sản xuất, pin cần được kích hoạt trước và ổn định lần đầu tiên, đó là quá trình hình thành-lão hoá-thể tích cuối cùng.

1. Sự hình thành

Khái niệm hình thành từ trước là sạc và xả pin lithium-ion được sản xuất với dòng điện nhỏ. Sau khi hoàn thành quá trình sản xuất pin lithium, pin cần được sạc và xả với dòng điện nhỏ. Về mục đích của việc tính phí trước, chủ yếu có hai:

1). Sau khi pin được sản xuất, vật liệu điện cực không ở trạng thái áp dụng tốt nhất hoặc các đặc tính vật lý không phù hợp (ví dụ: các hạt quá lớn, tiếp xúc không chặt chẽ, v.v.) hoặc bản thân pha không chính xác ( ví dụ, một số điện cực âm oxit kim loại của cơ chế hợp kim), nó cần được kích hoạt bởi lần sạc và phóng điện đầu tiên.

2). Trong lần sạc đầu tiên của pin lithium, Li + được loại bỏ khỏi vật liệu hoạt động của điện cực dương và sau khi đi qua màng ngăn chất điện phân, nó được chèn vào giữa các lớp của vật liệu graphite điện cực âm. Trong quá trình này, các điện tử di chuyển từ cực dương sang cực âm dọc theo mạch ngoại vi. Lúc này, do điện thế thấp của các ion liti được đưa vào cực dương graphit, đầu tiên các điện tử sẽ phản ứng với chất điện phân để tạo ra màng SEI và một số khí.

Trong quá trình này, một số khí sẽ được tạo ra và một lượng nhỏ chất điện phân sẽ được tiêu thụ. Một số nhà sản xuất pin sẽ thực hiện thao tác xả và nạp lại pin sau quá trình này. Đặc biệt đối với pin LTO sẽ sinh ra một lượng khí lớn và làm phồng pin. Độ dày vượt quá 10%. Đối với điện cực âm graphit, lượng khí sinh ra ít, không cần thực hiện thao tác xả khí. Điều này là do màng SEI được tạo ra trong quá trình sạc đầu tiên cản trở phản ứng tiếp theo của các electron với chất điện phân và không có thêm khí được tạo ra. Đây là nguồn cung cấp dung lượng không thể thay đổi của pin hệ thống than chì. Tuy nó gây ra tình trạng hao hụt dung lượng không thể khắc phục được nhưng nó cũng giúp cho pin ổn định.

2. Lão hóa

Lão hóa thường đề cập đến vị trí của pin sau lần sạc đầu tiên và hình thành sau khi pin được lắp ráp và bơm vào. Nó có thể bị lão hóa ở nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao. Cả hai chức năng này là làm cho các đặc tính và thành phần của màng SEI được hình thành sau quá trình sạc và hình thành ban đầu ổn định hơn và đảm bảo tính ổn định của hiệu suất điện hóa pin. Có ba mục đích chính của lão hóa:

1). Sau khi pin trải qua quá trình hình thành trước, một lượng màng SEI nhất định sẽ được hình thành trên điện cực âm than chì bên trong pin, tuy nhiên lớp màng này có cấu trúc đặc và các lỗ xốp nhỏ. Sự lão hóa của pin ở nhiệt độ cao sẽ giúp cấu trúc SEI tổ chức lại và hình thành các lỗ xốp. Màng.

2). Điện áp của pin ở giai đoạn không ổn định sau khi hình thành và điện áp của nó cao hơn một chút so với điện áp thực. Mục đích của việc lão hóa là để làm cho điện áp của nó chính xác và ổn định hơn.

3). Đặt pin ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ bình thường trong một khoảng thời gian có thể đảm bảo rằng chất điện phân có thể ngấm hoàn toàn vào các miếng cực, có lợi cho sự ổn định của hiệu suất pin.

Quá trình hình thành và lão hóa của pin là điều tất yếu. Trong thực tế sản xuất, quá trình nạp và xả pin được lựa chọn theo hệ thống vật liệu và hệ thống cấu tạo của pin, nhưng sự hình thành của pin phải được sạc và xả trong điều kiện dòng điện thấp. Sau hai quá trình quan trọng này, pin ổn định được chia thành dung lượng và pin có thể được giải phóng sau khi đóng gói và các quy trình khác.