배터리 성능에 대한 형성 조건의 영향

리튬 이온 배터리의 제조 공정에서 형성은 중요한 절차입니다. 이 기사는 내부 저항, 용량 및 사이클 수명을 포함한 배터리 성능에 대한 형성 조건 (예 : 형성 전류, 형성 전압, 형성 온도 및 외부 압력)의 영향에 대해 설명합니다.TOB 새로운 에너지제공배터리 형성 기계배터리 실험실 연구의 생산 요구를 충족시키기위한 다양한 사양 및배터리 생산 라인.

형성은 전해질 주입 및 REST 후 초기 충전 공정을 지칭하며, 그 동안 고체 전해질 인터상 (SEI) 층이 형성된다. 형성 프로토콜의 변화는 약간 다른 SEI 층을 초래합니다. SEI 층의 형태는 속도 능력, 고전압 안정성 및 특히 사이클 수명과 같은 세포 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

아래는 형성 조건이 세포 성능에 미치는 영향에 대한 자세한 분석입니다.

1. 형성 전류

연구에 따르면 전류 밀도가 낮은 밀도가 강력한 SEI 층의 형성을 촉진합니다. SEI 형성에는 핵 생성과 성장의 두 단계가 포함됩니다. 고전류 밀도는 핵 생성을 가속화하여 양극 표면에 접착력이 불량한 다공성 SEI 구조를 초래합니다. 반대로, 낮은 전류 밀도는 느리게 핵 생성되어 밀도가 높은 SEI 층을 생성합니다. 그러나, 다공성 SEI는 전해질에 더 잘 침투 할 수 있으며, 저 전류 밀도 하에서 형성된 SEI에 비해 이온 전도도가 높아질 수있다.

전통적인 저전류 사전 차저 방법은 안정적이고 밀도가 높은 SEI를 형성하는 데 도움이되지만 장기간의 저전류 충전은 SEI 임피던스를 증가시켜 속도 능력 및 사이클 수명에 부정적인 영향을 미칩니다. 또한 저전류 형성은 생산 시간을 연장하여 제조 효율을 감소시킵니다. 이를 해결하기 위해, 일정한 전류 (CC) 단계 동안 단계적 전류 형성 프로토콜이 제안되었다. 이 접근법은 편광을 줄이고, 전하 용량을 향상시키고, 형성 시간을 단축하며, 효율성을 향상시킵니다.

도 1 (a) 형성 동안 흑연 표면의 SEI 형성 및 (b) SEI 구조에 대한 형성 전류 밀도의 효과.

2. 형성 전압

다른 형성 전압은 전극 표면 조건, 내부 저항 및 사이클 성능에 크게 영향을 미칩니다. 예를 들어, 컷오프 전압 3.5V와 4.2V의 컷오프 전압을 비교 한 연구에 따르면 4.2V 컷오프는 4.2V에서 형성된 배터리가 4.2V 컷오프가 더 높은 전하 용량을 산출했지만 4.2V로 형성된 배터리는 더 높은 전극 저항성과 빠른 사이클 분해를 나타냈다.

3. 충전 상태 (Soc)

SOC는 형성 최적화의 중요한 매개 변수입니다. 전하/방전 전압과 결합하여 노화 동안 다양한 SOC 수준은 상이한 정도의 반응성을 유도하여 SEI 특성을 변화 시키며 궁극적으로 배터리 성능을 유도합니다. 실험 결과는 25% SOC가 노화 전후에 더 높은 임피던스와 더 낮은 용량 유지를 초래한다는 것을 나타냅니다. 최적의 프로토콜은 실온에서 노화에 의해 25% SOC (즉, 75% SOC)로 배출되는 100% SOC로 충전을 포함합니다. 이 방법은 가장 높은 초기 방전 용량 및 용량 보유를 달성합니다.

4. 형성 온도

중합체 리튬 이온 배터리의 경우, 고온 형성은보다 완전한 SEI 형성을 촉진하고 분리기 습윤성을 향상시켜 가스 생성을 감소시킨다. 그러나, 낮은 온도 형성은 느린 리튬 소금 감소를 선호하여 순서 및 밀도가 높은 SEI 증착을 가능하게하여 사이클 수명을 연장시킨다. 고온 SEI 층은 더 높은 이온 전도도를 나타내지 만, 가속화 된 용해 및 용매 공동 인터 칼리지로 인한 불안정성은 사이클 성능을 악화시킨다. 대부분의 제조업체는 사이클 및 저장 성능을 향상시키기 위해 고온 노화 (30-60도)를 채택합니다.

5. 외부 압력

형성 동안의 가스 생성은 전극 사이의 거리를 증가시키고, 리-이온 수송 경로를 길게하고 임피던스를 높여 용량을 감소시킨다. 중간 정도의 압력을 가스를 적용하면 가스가 없어지고 전극 접촉이 꽉 찼습니다. 변형을 최소화하며 형성 용량, 속도 능력 및 사이클 수명을 향상시킵니다. 사후 분석에 따르면 압력이 불충분 한 압력이 양극에 리튬 도금을 유발하는 반면, 최적의 압력은 이러한 결함을 방지합니다.

요약:

형성 프로세스는 리튬 이온 배터리 성능에서 결정적인 역할을합니다. 형성 전류, 전압, 온도 및 외부 압력 최적화는 배터리 특성을 향상시키는 데 중요합니다. 그러나 개별 매개 변수 조정은 제한된 개선을 산출합니다. 배터리 성능을 극대화하려면 전체적인 최적화 전략이 필수적입니다.