Yn y broses weithgynhyrchu o fatris lithiwm-ion, mae ffurfio yn weithdrefn hanfodol. Mae'r erthygl hon yn trafod effaith amodau ffurfio (ee ffurfio cerrynt, foltedd ffurfio, tymheredd ffurfio, a phwysau allanol) ar berfformiad batri, gan gynnwys ymwrthedd mewnol, gallu a bywyd beicio.TOB Energy Newyddddarperidpeiriant ffurfio batrio wahanol fanylebau i ddiwallu anghenion cynhyrchu ymchwil labordy batri allinellau cynhyrchu batri.
Mae ffurfiant yn cyfeirio at y broses wefru gychwynnol ar ôl pigiad electrolyt a gorffwys, pan ffurfir yr haen rhyngffas electrolyt solet (SEI). Mae amrywiadau mewn protocolau ffurfio yn arwain at haenau SEI ychydig yn wahanol. Mae morffoleg yr haen SEI yn effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad celloedd, megis gallu cyfradd, sefydlogrwydd foltedd uchel, ac yn enwedig bywyd beicio.
Isod mae dadansoddiad manwl o sut mae amodau ffurfio yn dylanwadu ar berfformiad celloedd:
1. Cyfredol ffurfio
Mae astudiaethau'n dangos bod dwyseddau cerrynt is yn hwyluso ffurfio haen SEI gadarn. Mae ffurfiad SEI yn cynnwys dau gam: cnewylliad a thwf. Mae dwyseddau cerrynt uchel yn cyflymu cnewylliad, gan arwain at strwythur SEI hydraidd gydag adlyniad gwael i wyneb yr anod. I'r gwrthwyneb, mae dwyseddau cerrynt isel yn arafu cnewylliad, gan gynhyrchu haen SEI ddwysach. Fodd bynnag, gall SEI hydraidd ymdreiddio'n well i'r electrolyt, gan arwain at ddargludedd ïonig uwch o'i gymharu â SEI a ffurfiwyd o dan ddwysedd cyfredol isel.
Mae dulliau cyn-wefru cerrynt isel traddodiadol yn helpu i ffurfio SEI sefydlog a thrwchus, ond mae gwefru cerrynt isel hirfaith yn cynyddu rhwystriant SEI, gan effeithio'n negyddol ar allu cyfradd a bywyd beicio. Yn ogystal, mae ffurfiant cerrynt isel yn ymestyn amser cynhyrchu, gan leihau effeithlonrwydd gweithgynhyrchu. Er mwyn mynd i'r afael â hyn, cynigiwyd protocol ffurfio cyfredol cam wrth gam yn ystod y cyfnod cyson-gyfredol (CC). Mae'r dull hwn yn lleihau polareiddio, yn gwella gallu gwefr, yn byrhau amser ffurfio, ac yn gwella effeithlonrwydd.
Ffigur 1 (a) Ffurfiant SEI ar arwynebau graffit wrth ffurfio a (b) effaith ffurfio dwysedd cyfredol ar strwythur SEI.
2. Foltedd ffurfio
Mae gwahanol folteddau ffurfio yn effeithio'n sylweddol ar amodau arwyneb electrod, ymwrthedd mewnol, a pherfformiad beicio. Er enghraifft, canfu astudiaeth a oedd yn cymharu folteddau torri o 3.5 V a 4.2 V fod toriad 4.2 V yn esgor ar gapasiti gwefr uwch ond 4.1% yn is effeithlonrwydd rhyddhau gwefr na 3.5 V. Roedd batris a ffurfiwyd ar 4.2 V yn arddangos ymwrthedd electrod uwch a diraddiad cylch cyflymach.
3. Cyflwr Tâl (SOC)
Mae SOC yn baramedr critigol wrth optimeiddio ffurfio. Ynghyd â foltedd gwefr/rhyddhau, mae amrywio lefelau SOC yn ystod heneiddio yn cymell gwahanol raddau o adweithedd, newid eiddo SEI ac yn y pen draw perfformiad batri. Mae canlyniadau arbrofol yn dangos bod 25% SOC yn arwain at rwystriant uwch a chadw capasiti is cyn ac ar ôl heneiddio. Mae'r protocol gorau posibl yn cynnwys codi tâl i 100% SOC, gollwng i 25% SOC (h.y., cynnal 75% SOC), trwy heneiddio ar dymheredd yr ystafell. Mae'r dull hwn yn cyflawni'r gallu rhyddhau cychwynnol uchaf a chadw gallu.
4. Tymheredd ffurfio
Ar gyfer batris polymer lithiwm-ion, mae ffurfiant tymheredd uchel yn hyrwyddo ffurfiad SEI mwy cyflawn ac yn gwella gwlybaniaeth gwahanydd, gan leihau cynhyrchu nwy. Fodd bynnag, mae ffurfiant tymheredd isel yn ffafrio lleihau halen lithiwm arafach, gan alluogi dyddodiad SEI trwchus a thrwchus, sy'n ymestyn oes feicio. Er bod haenau SEI tymheredd uchel yn arddangos dargludedd ïonig uwch, mae eu hansefydlogrwydd oherwydd diddymiad carlam a chyd-gyfwng toddyddion yn gwaethygu perfformiad beiciau. Mae'r rhan fwyaf o wneuthurwyr yn mabwysiadu heneiddio tymheredd uchel (gradd 30-60) i wella perfformiad beicio a storio.
5. Pwysedd allanol
Mae cynhyrchu nwy yn ystod y ffurfiant yn cynyddu'r pellter rhwng electrodau, ymestyn llwybrau cludo li-ion a chodi rhwystriant, a thrwy hynny leihau'r gallu. Mae cymhwyso pwysau cymedrol yn dileu nwy, yn sicrhau cyswllt electrod tynn, yn lleihau dadffurfiad, ac yn gwella gallu ffurfio, gallu ardrethi, a bywyd beicio. Mae dadansoddiad post-mortem yn datgelu nad yw pwysau annigonol yn achosi platio lithiwm ar yr anod, tra bod y pwysau gorau posibl yn atal diffygion o'r fath.
Crynodeb:
Mae'r broses ffurfio yn chwarae rhan bendant ym mherfformiad batri lithiwm-ion. Mae optimeiddio cerrynt ffurfio, foltedd, tymheredd a gwasgedd allanol yn hanfodol ar gyfer gwella priodweddau batri. Fodd bynnag, mae addasiadau paramedr unigol yn cynhyrchu gwelliannau cyfyngedig. Mae strategaeth optimeiddio gyfannol yn hanfodol i gynyddu perfformiad batri i'r eithaf.
