تعد عملية تشكيل وتقسيم سعة بطاريات الليثيوم حلقة مهمة في عملية إنتاج بطاريات الليثيوم، والتي تلعب دورًا حاسمًا في ضمان استقرار واتساق أداء البطارية.
1 العملية الكيميائية
يشير التحويل الكيميائي عمومًا إلى تنفيذ سلسلة من إجراءات العملية على أول بطارية مشحونة لتحقيق الاستقرار في أدائها، بما في ذلك الشحن والتفريغ بتيار منخفض، وثبات درجة الحرارة، وما إلى ذلك. والغرض الرئيسي هو تشكيل طبقة واجهة إلكتروليت صلبة كثيفة ومستقرة (فيلم SEI) على سطح القطب السالب للبطارية، من أجل تحسين الأداء الكهروكيميائي للبطارية، مثل دورة الحياة، والاستقرار، والتفريغ الذاتي، والسلامة.
تشمل المعالم الرئيسية لعملية التحويل الكيميائي ما يلي:
1. تيار التكوين:إن الحجم والشكل الموجي لتيار التكوين لهما تأثير كبير على تكوين فيلم SEI. بشكل عام، يتم استخدام تيار صغير لتوليد فيلم SEI كثيف نسبيًا، يليه الشحن بتيار أكبر لتكييف البطارية مع ظروف العمل الفعلية للتيار العالي، ولإصلاح العيوب في SEI. أثناء عملية التشكيل، يلزم التحكم الدقيق في تيار الشحن والتفريغ لمنع زيادة مقاومة فيلم SEI، والتي يمكن أن تؤثر على معدل أداء تفريغ بطاريات الليثيوم أيون.
2. تشكيل الجهد:يجب تحديد اختيار جهد التكوين بناءً على النظام والمواد المحددة للبطارية. قد يتسبب الجهد الزائد في تلف البطارية داخليًا، مما يؤثر على أداء دورانها.
3. درجة حرارة التكوين:درجة حرارة التكوين لها أيضًا تأثير كبير على تكوين فيلم SEI وأداء البطارية. أظهرت التجارب أن درجة الحرارة الأكثر ملاءمة للتكوين هي 20-35 درجة، لكن معظم الشركات المصنعة لبطاريات الليثيوم أيون تختار درجة حرارة أعلى قليلاً (30-60 درجة) للتكوين لتحسين أداء التدوير والتخزين للبطارية. . ومع ذلك، قد تؤدي درجة الحرارة المفرطة أيضًا إلى انحلال فيلم SEI والتضمين المشترك لجزيئات المذيبات، مما يقلل من ثبات فيلم SEI.
4. الضغط الخارجي:يمكن أن يؤدي تطبيق ضغط التدحرج المناسب أثناء عملية التشكيل إلى التخلص بشكل كبير من الغاز الناتج عن البطارية (تتحلل المادة العضوية تحت ضغط عالٍ لإنتاج الغاز)، وتحسين قدرة التكوين ومعدل وأداء دورة البطارية.
الخطوات المحددة لعملية التحويل الكيميائي هي كما يلي:
1. حقنة واحدة:حقن المنحل بالكهرباء في البطارية المجمعة. أولاً، قم بإخلاء البطارية وانتظر حتى يتشكل الضغط السلبي بالداخل. ثم افتح صمام الحقن واترك الإلكتروليت يتدفق إلى البطارية بسبب اختلاف الضغط.
2. ارتفاع درجة حرارة الشيخوخة:ضع البطارية في غرفة ذات درجة حرارة عالية لفترة زمنية معينة للسماح للإلكتروليت بالتسلل بالكامل إلى منصات الأقطاب الكهربائية، مما يضع الأساس لتكوين فيلم SEI عالي الجودة في المستقبل.
3. عملية التحويل الكيميائي:قم بإجراء عملية شحن تيار صغير لتشكيل فيلم SEI كثيف ومستقر على سطح القطب السالب. أثناء عملية التشكيل، يتم استخدام تكوين الضغط السلبي لاستخراج الغاز المتولد، مما يمنع الغاز من التراكم عند واجهة القطب الكهربائي ويؤثر على مسار انتشار أيونات الليثيوم وتوحيد فيلم SEI.
4. الحقن الثانوي:نظرًا لاستهلاك بعض الإلكتروليتات أثناء عملية التكوين وحقيقة أن تكوين الضغط السلبي سيؤدي أيضًا إلى إزالة بعض الإلكتروليتات، يلزم إجراء حقنة ثانوية. حجم الحقن صغير نسبيًا مقارنة بحقنة واحدة.
2 عملية التقسيم
الفهم البسيط لفرز السعة هو فرز السعة وفحص الأداء وتصنيفه. والغرض الرئيسي منه هو فحص جودة البطاريات، ومطابقة السعة، وتوازن الجهد، وضمان السلامة، وتحسين الكفاءة.
مفتاح عملية فصل السعة هو إجراء اختبارات الشحن والتفريغ على البطارية من خلال تشكيل خزانة فصل السعة، والحصول على معلمات مثل سعة البطارية والمقاومة الداخلية، وتحديد مستوى جودة البطارية. يلزم التحكم الصارم في تيار الشحن والتفريغ والجهد أثناء عملية تقسيم السعة لضمان دقة نتائج الاختبار.
الخطوات المحددة لعملية فصل الحجم هي كما يلي:
1. قياس OCV:بعد الحقن الثاني، قم بقياس جهد الدائرة المفتوحة (OCV) مرتين لحساب قيمة K عند درجة الحرارة العالية.
2. تحليل قيمة درجة الحرارة العالية K:من خلال تحليل حجم قيمة K، يمكن تحديد ما إذا كانت هناك ظاهرة ماس كهربائي صغير في البطارية. إذا كانت قيمة K مرتفعة للغاية، فقد يكون هناك دائرة قصر صغيرة في البطارية ويجب إزالتها.
3. عملية تقسيم القدرات:قم بإجراء اختبار تفريغ الشحن على البطارية للحصول على المعلمات ذات الصلة مثل سعة البطارية. وفقًا لنتائج الاختبار، قم بتصنيف البطارية إلى مستويات مختلفة، مثل المستوى A للسعة العالية والمستوى B للسعة المنخفضة.
4. قياس قيمة K في درجة حرارة الغرفة:بعد تقسيم السعة، اترك البطارية في درجة حرارة الغرفة لفترة من الوقت (لا تقل عن 15 يومًا بشكل عام)، وقم بقياس قيمة K في درجة حرارة الغرفة بعد استقرار جهد البطارية. يتم أيضًا استخدام قيمة درجة حرارة الغرفة K كمعلمة لتعكس معدل التفريغ الذاتي للبطارية وشاشة إضافية للبطاريات المعيبة.
3 متطلبات الدقة لمعدات فصل المواد الكيميائية
من أجل تحسين الأداء الكهروكيميائي لبطاريات الليثيوم، مثل عمر الدورة والاستقرار والتفريغ الذاتي والسلامة، من الضروري التحكم الصارم في الاتساق أو تقييم درجة بطارية بطاريات الليثيوم بدقة. ولذلك، هناك متطلبات عالية لدقة قياس التيار والجهد في المعدات الكيميائية والسعة. في الوقت الحاضر، تبلغ دقة قياس التيار والجهد في معدات فصل السعة الكيميائية المتوفرة في السوق حوالي جزء من الألف بشكل عام، بينما تعد دقة أجهزة استشعار التيار والجهد التي تزيد عن جزء من عشرة آلاف خيارًا مثاليًا.
تعد عملية تكوين وتقسيم سعة بطاريات الليثيوم خطوة مهمة في ضمان استقرار واتساق أداء البطارية. من خلال التحكم الدقيق في المعلمات والخطوات الرئيسية في عمليات التشكيل وفصل السعة، يمكن تحسين الأداء الكهروكيميائي والسلامة للبطارية بشكل كبير.