Связь между параметрами формирования батареи и химическим процессом

Процесс формирования пленки SEI в процессе формирования литий-ионного аккумулятора, в частности, включает следующие четыре этапа:

Шаг 1: электроны переносятся изнутри частиц токоприемника-проводящего агента - графита в точку A, где должна формироваться пленка SEI;

Этап 2. Сольватированный ион лития диффундирует от положительного электрода к точке B поверхностного слоя пленки SEI, образующейся при инкапсулировании растворителя;

Шаг 3: электроны в точке A диффундируют в точку B посредством электронного туннелирования;

Шаг 4: Электроны, переходящие в точку B, реагируют с солью лития, сольватированным ионом лития, пленкообразователем и т. Д., И пленка SEI непрерывно формируется на поверхности исходной пленки SEI, так что толщина пленки SEI Поверхность графитовых частиц непрерывно увеличивается, и, наконец, образуется полная мембрана SEI.

Можно видеть, что общий процесс реакции, сформированный SEI, может быть конкретно разложен на указанные выше четыре пошаговых реакции, и четыре пошаговых процесса реакции определяют процесс формирования пленки всей пленки SEI.

Шаг 1: Электроны перемещаются внутри от частиц графита, токоприемника, проводящего агента, в точку A, где должна формироваться пленка SEI.

Число электронов, достигающих точки A, будет определяться однородностью тока и тока, используемых в пласте между положительным и отрицательным электродами: чем больше ток пласта, тем больше ток, проходящий через электродную площадку точки; Когда неровности находятся в точке, близкой друг к другу (а), ток больше; когда ток в точке а электрода увеличивается, ток частиц активного материала, проходящих через точку а, будет больше, то есть количество электронов, достигающих точки А в единицу времени, будет увеличиваться. Следовательно, реакция образования пленки, происходящая в точке A, будет изменена (как описано в приведенной выше статье: большое количество электронов сосредоточено на поверхности частиц графита, которые с большей вероятностью претерпят процесс двухэлектронной реакции с пленкообразователь и ионы лития).

Шаг 2: Сольватированный ион лития диффундирует от положительного электрода к точке B поверхностного слоя пленки SEI, формируемой при инкапсулировании растворителя: когда состав электролита постоянен, температура повышается, вязкость электролита опускается, и образуется пленка. Транспортное сопротивление сольватированного иона лития в электролите уменьшится; в то же время проводимость электролита будет увеличиваться при повышении температуры (как показано на рисунке ниже, вязкость и проводимость определенного электролита при разных температурах). Вышеупомянутый процесс приведет к увеличению количества пленкообразующего агента и сольватированного лития. ионы, чтобы достичь точки B на поверхности частиц активного материала в единицу времени, тем самым влияя на процесс пленкообразования в точке B (как описано в предыдущей статье: относительно меньше электронов (потому что пленкообразователь, более сольватированные ионы лития) ) накапливаются на поверхности частиц графита, которые с большей вероятностью вступают в одноэлектронную реакцию с пленкообразователем и ионами лития).

Шаг 3: электроны в точке A диффундируют в точку B посредством электронного туннелирования; Скорость этого процесса должна быть связана со структурой и составом сформированной пленки SEI: чем плотнее пленка SEI, тем выше доля органических компонентов и эффект блокировки электронов, чем сильнее сопротивление, тем больше сопротивление электроны проходят такое же расстояние. Толщина пленки SEI, сформированной в это время, будет меньше, и чем меньше общее количество необратимых реакций, тем выше будет первая эффективность батареи.

Шаг 4: Электроны, переходящие в точку B, реагируют с солью лития, сольватированным ионом лития, пленкообразователем и т. Д., И пленка SEI непрерывно формируется на поверхности исходной пленки SEI, так что толщина пленки SEI Поверхность графитовых частиц непрерывно увеличивается, и, наконец, образуется полная мембрана SEI. Вторичный процесс - это свободное столкновение и комбинированный процесс реакции. Чем выше температура, тем быстрее молекулярное движение, тем выше вероятность столкновения, и чем выше скорость реакции, тем меньше сопротивление этого шага.

Приведенный выше анализ подробно описывает конкретное влияние различных параметров процесса на процесс формирования и формирование пленки SEI:

1. Ток формирования и равномерность распределения тока на электродном листе будут влиять на конкретный состав пленки SEI;

2. Температура образования будет влиять на структуру и состав пленки SEI.

Итак, как нам выбрать обработку параметров процесса?

1. Первое - это пластовая температура:

Температура образования в основном влияет на эффект химического превращения, влияя на вязкость и проводимость электролита и скорость диффузии ионов материала электрода. Как правило, чем выше температура образования, тем ниже вязкость электролита, тем выше проводимость электролита и тем выше скорость диффузии ионов электродного материала, поэтому чем меньше поляризация, тем лучше эффект образования. Однако, когда температура слишком высока, структура сформированной пленки SEI будет разрушена, и ее состав изменится. В то же время электролит представляет собой раствор органического растворителя, и чрезмерная температура увеличивает скорость улетучивания низкокипящего компонента электролита, влияя на эффекты превращения. Поэтому рекомендуемая факультативная температура пласта составляет RT ~ 90 ° C; высокотемпературное образование (45 ~ 70 ° C) может использоваться, если позволяют лабораторные условия.

2. Во-вторых, расстояние между положительным и отрицательным электродами и постоянство расстояния.

Для батарейки-кнопки факторы, влияющие на расстояние между положительным и отрицательным электродами и постоянство расстояния, - это, в основном, выбор батарейки-кнопки и узла батарейки-кнопки.

1) Выбор батарейки-кнопки: батарейный блок кнопки должен включать отрицательную оболочку, пружину, прокладку, литиевый лист, сепаратор, исследовательский электрод, катодную оболочку и другие компоненты; Чтобы обеспечить кратчайшее расстояние между положительными и отрицательными листами, вам необходимо выбрать более тонкую изолирующую пленку (тонкий сепаратор имеет меньшее расстояние передачи ионов, но его легче закоротить. Промышленное решение состоит в применении керамического покрытия и PVDF обработка поверхности подложки сепаратора для устранения короткого замыкания между положительным и отрицательным электродами. Проблема; однако, адгезия между обрабатывающим слоем и подложкой сепаратора ограничена. Рекомендуется использовать непосредственно без ультразвуковой очистки сепаратора. Как правило, в промышленности не требуется ультразвуковая очистка сепаратора при сборке батареи. В промышленности используются сепараторы толщиной 7 мкм или даже более тонкие, а затем обрабатываются керамические, PVDF и т. Д. На его поверхности. и отрицательные электроды однородны, необходимо использовать пружинные пластины для демпфирования и выравнивания напряжений, включая плоские прокладки, плоские литиевые электроды и плоские исследовательские электроды.

2) Узел кнопочной батареи: рекомендуется использовать двойные прокладки для силового узла (как показано на рисунке). Поскольку прокладка плоская, имеет высокую жесткость и нелегко деформируется, электрод помещают между двумя прокладками. Эффективно сгладьте электрод, чтобы расстояние между положительным и отрицательным электродами было большим. (Доктор Ке настоятельно рекомендуется к обычному порошку, чтобы купить аккумулятор для Klud. Цена групповой покупки составляет 0,6 юаня / комплект (включая корпус аккумулятора + пружина +) кусок прокладки)).

3. Наконец, процесс формирования

Процесс формирования ионно-литиевой батареи в основном относится к процессу активации батареи, а именно: процессу, в котором пленкообразующая добавка образует твердую электролитную мембрану на поверхности частиц активного материала электрода под действием определенного тока. Параметры процесса, влияющие на весь процесс, - это, в основном, ток пласта и напряжение отключения пласта, которые специально регулируются оборудованием для химического формования (машиной для химического формования).

1) Химизация: в приведенной выше статье доктор Ке уже поделился с вами, что при использовании большого тока более вероятна двухэлектронная реакция, то есть два электрона могут участвовать в реакции одновременно. , и легче генерировать компонент неорганической соли лития, и в это время молекулы мембраны SEI с большей вероятностью будут загромождены, а структура более рыхлая, соответствующая толщина больше, а необратимая реакция больше; при образовании небольшого тока более вероятно возникновение одноэлектронной реакции, то есть реакция может быть проведена только при участии одного электрона, соответственно, легче образуется компонент органической соли лития, и в это время SEI молекулы мембраны легче упорядочиваются и укладываются друг на друга, структура более плотная, соответствующая толщина меньше, а необратимая реакция меньше.

2) Формирование напряжения отсечки: процесс формирования - это процесс формирования пленки SEI на поверхности частиц активного материала с помощью пленкообразующей добавки, а процесс формирования пленки SEI является необратимым реакционным процессом, поэтому необходимо только установить напряжение отсечки образования, чтобы завершить реакцию пленкообразующей добавки. Выше полного потенциала реакция образования пленки может протекать в достаточной степени. Однако потенциал пленкообразования обычных пленкообразующих добавок (таких как VC, FEC) ниже 3,0 В (потенциал металлического лития), но из-за наличия поляризации необходимо обеспечить полное формирование пленки. Для исследования материала катода литий-ионного аккумулятора можно установить потенциал отсечки в диапазоне от 3,5 В до 3,8 В (то есть, когда он формируется, требуется только небольшой ток для зарядки до 3,5 В, тогда аккумулятор можно заряжать и разряжать обычным током заряда и разряда). Для исследования анодных материалов литий-ионных аккумуляторов потенциал отсечки пласта может быть установлен примерно на 0,3 В.

Путем оптимизации вышеописанного тока пласта и формирования напряжения отсечки может быть получена не только батарея с лучшими характеристиками, но также может быть значительно сокращено время формирования, можно уменьшить владение оборудованием для химического преобразования и Стоимость исследования может быть уменьшена. Но для новой системы, как определить, оптимальна ли величина используемого пластового тока и как выбрать напряжение отсечки? Доктор Колу Деке представит простой и эффективный метод проверки: проб и ошибок.

Взяв в качестве примера систему кобальтат лития / графит, используйте VC и FEC в качестве добавок, выберите 0,02C для зарядки с поперечным потоком, пока батарея не будет полностью заряжена (4,2 В), рассчитайте значение dQ / dV и сделайте dQ / dV-V . На графике, как показано на рисунке ниже, положение первого пика реакции (~ 2,8 В) представляет собой потенциал для разложения пленкообразующей добавки на пленку, а потенциал отсечки составляет ~ 2,92 В; затем выбирается ток 0,03 ° C для параллельного формирования образца. Положение первого пика реакции (~ 2,8 В) - это потенциал, при котором пленкообразующая добавка разлагается на пленку, а потенциал отсечки составляет ~ 2,94 В. Наконец, для параллельного формирования образца выбирается ток 0,05 ° C, и получается положение первого пика реакции (~ 2,9). V) - это потенциал, при котором пленкообразующая добавка разлагается на пленку, а потенциал отсечки составляет ~ 3,16 В. Из приведенных выше результатов видно, что, когда ток 0,02 ° C превращается в 0,03 ° C, реакции образования пленки перекрываются и не имеют большого влияния на формирование пленки. Однако, когда формируется 0,05 ° C, положение пика, очевидно, смещается вправо, а поляризация увеличивается. Большой, будет иметь влияние на эффект пласта, поэтому с момента сохранения пласта и углового анализа ячейки с отличной производительностью выбор тока 0,03 ° C является лучшим результатом. Когда используется формирование различных токов образования, отсечные потенциалы реакции образования пленки составляют 2,92 В, 2,94 В и 3,16 В, соответственно, и с точки зрения достаточной реакции можно выбрать формирование потенциала отсечки. быть 3,5 В. То есть процесс химического преобразования завершается зарядкой постоянного тока 0,03 ° C до 3,5 В.

Приведенный выше анализ для общего раздела порошка для разработки исследования литиево-ионной батареи, формирование химического процесса:

1. Температура формирования: RT ~ 90 ° C; предпочтительно 45 ~ 70 ° С;

2. Расстояние между положительным и отрицательным электродами и постоянство расстояния: тонкая диафрагма и двойная прокладка выбираются для сборки и вычитаются;

3. Процесс формирования: метод проб и ошибок для оптимизации формирования текущего и дедлайна формирования.

Страница содержит содержимое машинного перевода.