فرآیند تولید باتری لیتیوم یون: فرآیند تبدیل شیمیایی و جداسازی ظرفیت

فرآیند تشکیل و تقسیم ظرفیت باتری‌های لیتیومی پیوند مهمی در فرآیند تولید باتری‌های لیتیومی است که نقش مهمی در تضمین پایداری و ثبات عملکرد باتری ایفا می‌کند.

1 فرآیند شیمیایی

تبدیل شیمیایی به طور کلی به اجرای یک سری اقدامات فرآیندی بر روی اولین باتری شارژ شده برای تثبیت عملکرد آن، از جمله شارژ و تخلیه جریان کم، ثابت ماندن دمای ثابت و غیره اشاره دارد. هدف اصلی تشکیل یک لایه رابط الکترولیت جامد متراکم و پایدار است. (فیلم SEI) روی سطح الکترود منفی باتری، به منظور بهبود عملکرد الکتروشیمیایی باتری، مانند عمر چرخه، پایداری، تخلیه خود و ایمنی.

پارامترهای کلیدی فرآیند تبدیل شیمیایی عبارتند از:

1. جریان تشکیل:بزرگی و شکل موج جریان سازند تاثیر بسزایی در تشکیل فیلم SEI دارد. به طور کلی، یک جریان کوچک برای تولید یک فیلم نسبتاً متراکم SEI استفاده می شود و به دنبال آن با یک جریان بزرگتر شارژ می شود تا باتری را با شرایط کاری واقعی جریان بالا تطبیق دهد و عیوب SEI را تعمیر کند. در طول فرآیند شکل‌گیری، کنترل دقیق جریان شارژ و دشارژ برای جلوگیری از افزایش امپدانس فیلم SEI مورد نیاز است، که می‌تواند بر عملکرد سرعت تخلیه باتری‌های لیتیوم یون تأثیر بگذارد.

2. ولتاژ تشکیل:انتخاب ولتاژ تشکیل باید بر اساس سیستم خاص و مواد باتری تعیین شود. ولتاژ بیش از حد ممکن است باعث آسیب داخلی باتری شود و بر عملکرد چرخشی آن تأثیر بگذارد.

3. دمای تشکیل:دمای تشکیل نیز تأثیر قابل توجهی بر تشکیل فیلم SEI و عملکرد باتری دارد. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که مناسب‌ترین دما برای شکل‌گیری 20-35 درجه است، اما اکثر تولیدکنندگان باتری‌های لیتیوم یون دمای کمی بالاتر (30-60) درجه را برای شکل‌گیری انتخاب می‌کنند تا عملکرد چرخه و ذخیره‌سازی باتری را بهبود بخشند. . با این حال، دمای بیش از حد ممکن است منجر به انحلال فیلم SEI و جاسازی مولکول‌های حلال شود و پایداری فیلم SEI را کاهش دهد.

4. فشار خارجی:اعمال فشار نورد مناسب در طول فرآیند شکل‌گیری می‌تواند گاز تولید شده توسط باتری را به طور قابل توجهی از بین ببرد (مواد آلی تحت فشار بالا تجزیه می‌شود و گاز تولید می‌شود)، ظرفیت شکل‌گیری، سرعت و عملکرد چرخشی باتری را بهبود می‌بخشد.

مراحل خاص فرآیند تبدیل شیمیایی به شرح زیر است:

1. یک تزریق:الکترولیت را به باتری مونتاژ شده تزریق کنید. ابتدا باتری را تخلیه کنید و منتظر بمانید تا فشار منفی داخل آن ایجاد شود. سپس شیر تزریق را باز کنید و اجازه دهید الکترولیت به دلیل اختلاف فشار وارد باتری شود.

2. پیری در دمای بالا:باتری را در یک اتاق با دمای بالا برای مدت زمان معینی قرار دهید تا الکترولیت به طور کامل به لنت های الکترود نفوذ کند و پایه ای برای تشکیل یک فیلم SEI با کیفیت بهتر در آینده ایجاد کند.

3. عملیات تبدیل شیمیایی:یک عملیات شارژ جریان کوچک انجام دهید تا یک فیلم SEI متراکم و پایدار روی سطح الکترود منفی تشکیل شود. در طی فرآیند تشکیل، از تشکیل فشار منفی برای استخراج گاز تولید شده استفاده می شود که از تجمع گاز در سطح مشترک الکترود جلوگیری می کند و بر مسیر انتشار یون های لیتیوم و یکنواختی فیلم SEI تأثیر می گذارد.

4. تزریق ثانویه:با توجه به مصرف مقداری الکترولیت در فرآیند تشکیل و اینکه تشکیل فشار منفی مقداری الکترولیت را نیز حذف می کند، تزریق ثانویه لازم است. حجم تزریق در مقایسه با یک تزریق نسبتاً کوچک است.

2 فرآیند پارتیشن بندی

درک ساده از مرتب سازی ظرفیت، مرتب سازی ظرفیت، غربالگری عملکرد و درجه بندی است. هدف اصلی آن بررسی کیفیت باتری ها، مطابقت ظرفیت، تعادل ولتاژ، اطمینان از ایمنی و بهبود کارایی است.

کلید فرآیند جداسازی ظرفیت، انجام تست های شارژ و دشارژ روی باتری از طریق تشکیل کابینت جداسازی ظرفیت، به دست آوردن پارامترهایی مانند ظرفیت باتری و مقاومت داخلی و تعیین سطح کیفی باتری است. کنترل دقیق جریان و ولتاژ شارژ و دشارژ در طول فرآیند تقسیم ظرفیت برای اطمینان از صحت نتایج آزمایش مورد نیاز است.

مراحل خاص فرآیند جداسازی حجم به شرح زیر است:

1. اندازه گیری OCV:پس از تزریق دوم، ولتاژ مدار باز (OCV) را دو بار اندازه بگیرید تا مقدار K در دمای بالا محاسبه شود.

2. تجزیه و تحلیل مقدار K دمای بالا:با تجزیه و تحلیل اندازه مقدار K می توان مشخص کرد که آیا پدیده اتصال کوتاه میکرو در باتری وجود دارد یا خیر. اگر مقدار K بیش از حد بالا باشد، باتری ممکن است یک اتصال کوتاه میکرو داشته باشد و باید خارج شود.

3. عملیات تقسیم ظرفیت:برای بدست آوردن پارامترهای مربوطه مانند ظرفیت باتری، آزمایش تخلیه شارژ را روی باتری انجام دهید. با توجه به نتایج آزمایش، باتری را به سطوح مختلف طبقه بندی کنید، مانند سطح A برای ظرفیت بالا و سطح B برای ظرفیت کم.

4. اندازه گیری مقدار K در دمای اتاق:پس از تقسیم ظرفیت، باتری را برای مدتی در دمای اتاق بگذارید (به طور کلی نه کمتر از 15 روز)، و پس از تثبیت ولتاژ باتری، مقدار K را در دمای اتاق اندازه گیری کنید. مقدار K دمای اتاق نیز به عنوان پارامتری برای بازتاب میزان تخلیه خود باتری و صفحه نمایش بیشتر باتری های معیوب استفاده می شود.

3 الزامات دقت برای تجهیزات جداسازی شیمیایی

به منظور بهبود عملکرد الکتروشیمیایی باتری‌های لیتیومی، مانند عمر چرخه، پایداری، تخلیه خودکار و ایمنی، لازم است به شدت سازگاری را کنترل کرده یا درجه باتری‌های لیتیومی را به طور دقیق ارزیابی کنید. بنابراین، الزامات بالایی برای دقت اندازه گیری جریان و ولتاژ در تجهیزات شیمیایی و خازنی وجود دارد. در حال حاضر دقت اندازه گیری جریان و ولتاژ در تجهیزات جداسازی ظرفیت شیمیایی موجود در بازار به طور کلی حدود یک هزارم است، در حالی که دقت سنسورهای جریان و ولتاژ بالای یک ده هزارم یک انتخاب ایده آل است.

فرآیند تشکیل و تقسیم ظرفیت باتری‌های لیتیومی گام مهمی در تضمین پایداری و ثبات عملکرد باتری است. با کنترل دقیق پارامترها و مراحل کلیدی در فرآیندهای تشکیل و جداسازی ظرفیت، عملکرد الکتروشیمیایی و ایمنی باتری را می توان به طور قابل توجهی بهبود بخشید.