تحليل وملخص لعملية شيخوخة تكوين بطارية الليثيوم

يعد إنتاج بطاريات الليثيوم أيون عملية مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بخطوات العملية. بشكل عام ، يشمل إنتاج بطاريات الليثيوم عملية تصنيع القطعة القطبية ، وعملية تجميع البطاريات ، وحقن السائل النهائي ، والختم ، والتكوين ، وعملية الشيخوخة. في العملية المكونة من ثلاث مراحل ، يمكن تقسيم كل عملية إلى عدة عمليات رئيسية ، وسيكون لكل خطوة تأثير كبير على الأداء النهائي للبطارية.

في عملية تصنيع قطعة العمود ، يمكن تقسيمها إلى خمس عمليات: تحضير الملاط ، طلاء الملاط ، درفلة قطعة العمود ، قطع قطعة العمود ، وتجفيف قطعة العمود. في عملية تجميع البطاريات ، وفقًا لمواصفات البطارية المختلفة ، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى عمليات لف ، غلاف ، لحام وعمليات أخرى. تتضمن عملية حقن السائل بعد اكتمال التجميع حقن سائل وختم. الأخير هو العملية المكونة من ثلاث خطوات لتشكيل البطارية ، والشيخوخة ، وفصل السعة. بعد تصنيع البطارية ، يجب تنشيط البطارية مسبقًا وتثبيتها لأول مرة ، أي العملية النهائية للتشكيل الحجمي.

1. التكوين

يتمثل مفهوم التكوين المسبق في شحن وتفريغ بطارية ليثيوم أيون المصنعة بتيار صغير. بعد اكتمال إنتاج بطارية الليثيوم ، تحتاج البطارية إلى الشحن والتفريغ بتيار صغير. فيما يتعلق بالغرض من الشحن المسبق ، هناك نوعان أساسيان:

1). بعد تصنيع البطارية ، لا تكون مادة القطب الكهربي في أفضل حالة قابلة للتطبيق ، أو تكون الخصائص الفيزيائية غير مناسبة (على سبيل المثال ، الجسيمات كبيرة جدًا ، أو جهة الاتصال ليست قريبة ، وما إلى ذلك) ، أو المرحلة نفسها غير صحيحة ( على سبيل المثال ، بعض الأقطاب الكهربائية السالبة لأكسيد المعدن لآلية السبيكة) ، يجب تنشيطها بواسطة الشحنة الأولى والتفريغ.

2). أثناء الشحن الأول لبطارية الليثيوم ، تتم إزالة Li + من المادة النشطة للإلكترود الموجب ، وبعد المرور عبر الإلكتروليت الغشاء بالكهرباء ، يتم إدخاله بين طبقات مادة الجرافيت للإلكترود السالب. في هذه العملية ، تهاجر الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب على طول الدائرة الطرفية. في هذا الوقت ، نظرًا للقدرة المنخفضة لأيونات الليثيوم التي يتم إدخالها في أنود الجرافيت ، ستتفاعل الإلكترونات أولاً مع الإلكتروليت لتوليد فيلم SEI وبعض الغاز.

خلال هذه العملية ، سيتم توليد بعض الغاز وسيتم استهلاك كمية صغيرة من الإلكتروليت. ستقوم بعض الشركات المصنعة للبطاريات بإجراء عمليات نفاد البطارية وإعادة التعبئة بعد هذه العملية. خاصة بالنسبة لبطاريات LTO ، سيتم توليد كمية كبيرة من الغاز وستنتفخ البطارية. سمك يتجاوز 10٪. بالنسبة لقطب الجرافيت السالب ، تكون كمية الغاز المنتجة صغيرة ، وليس من الضروري إجراء عملية الاستنفاد. وذلك لأن فيلم SEI الذي تم إنتاجه أثناء عملية الشحن الأولى يعيق التفاعل الإضافي للإلكترونات مع الإلكتروليت ، ولا يتم إنتاج المزيد من الغاز. هذا هو مصدر القدرة التي لا رجعة فيها لبطارية نظام الجرافيت. على الرغم من أنه يتسبب في فقدان قدرة لا رجعة فيه ، فإنه يجعل البطارية مستقرة أيضًا

2. الشيخوخة

تشير الشيخوخة عمومًا إلى وضع البطارية بعد إعادة الشحن والتشكيل الأولى بعد تجميع البطارية وحقنها. يمكن أن يكون الشيخوخة في درجة حرارة الغرفة أو ارتفاع في درجة الحرارة تهدف هاتان الوظيفتان إلى جعل خصائص وتكوين فيلم SEI المتشكل بعد الشحن والتشكيل الأولي أكثر استقرارًا وضمان استقرار الأداء الكهروكيميائي للبطارية هناك ثلاثة أغراض رئيسية للشيخوخة:

1). بعد أن تخضع البطارية لعملية التشكيل المسبق ، سيتم تشكيل كمية معينة من فيلم SEI على قطب الجرافيت السالب داخل البطارية ، لكن هذا الفيلم به هيكل مضغوط ومسام صغيرة. سيساعد تقادم البطارية في درجات الحرارة العالية هيكل SEI على إعادة تنظيم وتشكيل مسام فضفاضة.

2). الجهد الكهربائي للبطارية في مرحلة غير مستقرة بعد التكوين ، والجهد أعلى قليلاً من الجهد الحقيقي. الغرض من التقادم هو جعل جهدها أكثر دقة واستقرارًا.

3). يمكن أن يضمن وضع البطارية في درجة حرارة عالية أو درجة حرارة عادية لفترة من الوقت أن الإلكتروليت يمكن أن يتسلل بشكل كامل إلى قطع القطب ، وهو أمر مفيد لاستقرار أداء البطارية.

لا غنى عن عملية تكوين وتقادم عمر البطارية. في الإنتاج الفعلي ، يتم تحديد عملية شحن وتفريغ البطارية وفقًا لنظام المواد والنظام الهيكلي للبطارية ، ولكن يجب شحن وتفريغ تكوين البطارية في ظل ظروف التيار المنخفض. بعد هاتين العمليتين الرئيسيتين ، يتم تقسيم البطارية المستقرة إلى سعة ، ويمكن تحرير البطارية بعد التعبئة والعمليات الأخرى.