La relación entre los parámetros de formación de la batería y el proceso químico.

El proceso de formación de la película SEI en el proceso de formación de la batería de iones de litio incluye específicamente los siguientes cuatro pasos:

Paso 1: los electrones se transfieren desde el interior del colector de corriente-agente conductor-partículas de grafito al punto A donde se va a formar la película SEI;

Etapa 2: El ion de litio solvatado se difunde desde el electrodo positivo hasta el punto B de la capa superficial de la película SEI que se forma bajo la encapsulación del disolvente;

Paso 3: Los electrones en el punto A se difunden al punto B a través del túnel de electrones;

Paso 4: Los electrones que pasan al punto B reaccionan con sal de litio, ion de litio solvatado, formador de película, etc., y la película SEI se forma continuamente en la superficie de la película SEI original, de modo que el espesor de la película SEI del La superficie de la partícula de grafito aumenta continuamente y finalmente se forma una membrana SEI completa.

Puede verse que el proceso de reacción general formado por SEI puede descomponerse específicamente en las cuatro reacciones paso a paso anteriores, y los cuatro procesos de reacción paso a paso determinan el proceso de formación de película de toda la película de SEI.

Paso 1: Los electrones se transfieren internamente desde el colector de corriente-agente conductor-partículas de grafito al punto A donde se formará la película SEI.

El número de electrones que llegan al punto A estará determinado por la uniformidad de la corriente y la corriente utilizada en la formación entre los electrodos positivo y negativo: cuanto mayor sea la corriente de formación, mayor será la corriente que pasa a través de la almohadilla del electrodo un punto; Cuando el desnivel está en un punto cercano entre sí (a), la corriente es mayor; cuando la corriente en el punto a del electrodo aumenta, la corriente de las partículas de material activo que pasan por el punto a será mayor, es decir, aumentará el número de electrones que llegan al punto A por unidad de tiempo. Por lo tanto, la reacción de formación de película que ocurre en el punto A cambiará (como se describe en el artículo anterior: una gran cantidad de electrones se concentra en la superficie de las partículas de grafito, que es más probable que se someta a un proceso de reacción de dos electrones con el formador de película e iones de litio).

Paso 2: el ion de litio solvatado se difunde desde el electrodo positivo hasta el punto B de la capa superficial de la película SEI que se forma bajo la encapsulación del solvente: cuando la composición del electrolito es constante, la temperatura aumenta, la viscosidad del electrolito se reduce y se forma la película. La resistencia al transporte del ion litio solvatado en el electrolito disminuirá; Al mismo tiempo, la conductividad del electrolito aumentará cuando la temperatura aumente (como se muestra en la figura siguiente, la viscosidad y conductividad de un determinado electrolito a diferentes temperaturas). El proceso anterior causará más agente formador de película y litio solvatado. iones para alcanzar el punto B en la superficie de las partículas de material activo por unidad de tiempo, lo que afecta el proceso de reacción de formación de película en el punto B (como se describe en el artículo anterior: relativamente menos electrones (debido a que el formador de película, más iones de litio solvatados ) se acumulan en la superficie de las partículas de grafito, que es más probable que experimente una reacción de un electrón con el formador de película y los iones de litio).

Paso 3: Los electrones en el punto A se difunden al punto B a través del túnel de electrones; La velocidad de este proceso debe estar relacionada con la estructura y composición de la película SEI formada: cuanto más densa es la película SEI, mayor es la proporción de componentes orgánicos y el efecto de bloquear los electrones, cuanto más fuerte es la resistencia, mayor es la resistencia de los electrones a través de la misma distancia. El espesor de la película SEI formada en este momento será menor, y cuanto menor sea la cantidad total de reacciones irreversibles, mayor será la primera eficiencia de la batería.

Paso 4: Los electrones que pasan al punto B reaccionan con sal de litio, ion de litio solvatado, formador de película, etc., y la película SEI se forma continuamente en la superficie de la película SEI original, de modo que el espesor de la película SEI del La superficie de la partícula de grafito aumenta continuamente y finalmente se forma una membrana SEI completa. El proceso secundario es la colisión libre y el proceso de reacción combinado. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápido será el movimiento molecular, mayor será la probabilidad de colisión y cuanto mayor sea la velocidad de reacción, menor será la resistencia de este paso.

El análisis anterior detalla los efectos específicos de varios parámetros del proceso sobre el proceso de formación y la formación de la película SEI:

1. La corriente de formación y la uniformidad de la distribución de la corriente en la hoja del electrodo afectarán la composición específica de la película SEI;

2. La temperatura de formación tendrá un efecto sobre la estructura y composición de la película SEI.

Entonces, ¿cómo deberíamos elegir procesar los parámetros del proceso?

1. La primera es la temperatura de formación:

La temperatura de formación afecta principalmente al efecto de conversión química al afectar la viscosidad y conductividad del electrolito y la velocidad de difusión de iones del material del electrodo. Generalmente, cuanto mayor es la temperatura de formación, menor es la viscosidad del electrolito, mayor es la conductividad del electrolito y más rápida es la velocidad de difusión de iones del material del electrodo, por lo tanto, cuanto menor es la polarización, mejor es el efecto de formación. Sin embargo, cuando la temperatura es demasiado alta, la estructura de la película SEI formada se destruirá y su composición cambiará. Al mismo tiempo, el electrolito es una solución de disolvente orgánico y la temperatura excesiva acelerará la velocidad de volatilización del componente de bajo punto de ebullición en el electrolito, lo que afectará a los efectos de Turn. Por lo tanto, se recomienda que la temperatura de formación opcional sea RT ~ 90 ° C; La formación de alta temperatura (45 ~ 70 ° C) se puede utilizar si las condiciones del laboratorio lo permiten.

2. En segundo lugar, la distancia entre los electrodos positivo y negativo y la consistencia de la distancia

Para la batería del botón, los factores que afectan la distancia entre los electrodos positivo y negativo y la consistencia de la distancia son principalmente la selección de la batería del botón y el conjunto de la batería del botón.

1) Selección de batería de botón: la batería de botón debe incluir carcasa negativa, pieza de resorte, junta, hoja de litio, separador, electrodo de investigación, carcasa de cátodo y otros componentes; Para garantizar la distancia más corta entre las hojas positivas y negativas, debe elegir una película aislante más delgada (el separador delgado tiene una distancia de transmisión de iones más corta, pero es más fácil de cortocircuitar. La solución de la industria es aplicar un tratamiento de revestimiento cerámico y PVDF tratamiento en la superficie del sustrato separador para solucionar el cortocircuito entre los electrodos positivo y negativo. Problema; sin embargo, la adherencia entre la capa de tratamiento y el sustrato separador es limitada. Se recomienda utilizarlo directamente sin limpieza ultrasónica del separador . Generalmente, la industria no necesita limpiar ultrasónicamente el separador al ensamblar la batería. La industria ha utilizado separadores de 7um o incluso más delgados, y luego procesa cerámica, PVDF, etc. en su superficie. Para hacer la distancia entre el positivo y electrodos negativos uniformes, es necesario utilizar placas de resorte para amortiguar el estrés y nivelar, incluidas las juntas planas, las placas de litio planas heets y electrodos planos de investigación.

2) Conjunto de batería de botón: se recomienda utilizar juntas dobles para el conjunto de alimentación (como se muestra en la figura). Debido a que la junta es plana y tiene una alta rigidez y no se deforma fácilmente, el electrodo se coloca entre dos juntas. Aplanar eficazmente el electrodo, de modo que la distancia entre los electrodos positivo y negativo sea alta. (Se recomienda encarecidamente al Dr. Ke que el polvo en general compre el paquete de baterías para el Klud. El precio de compra del grupo es de 0,6 yuanes / juego (incluida la caja de la batería + pieza de resorte +) Una pieza de junta)).

3. Finalmente, el proceso de formación

El proceso de formación de una batería de iones de litio se refiere principalmente al proceso de activación de la batería, específicamente: un proceso en el que un aditivo formador de película forma una membrana electrolítica sólida en la superficie de las partículas de material activo del electrodo bajo una determinada corriente. Los parámetros del proceso que afectan a todo el proceso son principalmente la corriente de formación y el voltaje de corte de formación, que son controlados específicamente por el equipo de formación química (máquina de formación química).

1) Química: en el artículo anterior, el Dr. Ke ya compartió contigo que cuando se usa una gran corriente, es más probable que ocurra una reacción de dos electrones, es decir, dos electrones pueden participar en la reacción al mismo tiempo. , y es más fácil generar un componente de sal de litio inorgánica, y en este momento, es más probable que las moléculas de la membrana SEI estén abarrotadas, y la estructura esté más suelta, el grosor correspondiente sea mayor y la reacción irreversible sea mayor; cuando se forma la pequeña corriente, es más probable que ocurra la reacción de un solo electrón, es decir, la reacción se puede realizar solo con la participación de un electrón, en consecuencia, el componente de sal orgánica de litio se forma más fácilmente y, en este momento, el SEI las moléculas de la membrana se ordenan y apilan más fácilmente y la estructura es más densa, el espesor correspondiente es menor y la reacción irreversible es menor.

2) Formación de voltaje de corte: el proceso de formación es el proceso de formación de una película SEI en la superficie de las partículas de material activo mediante el aditivo formador de película, y el proceso de formación de la película SEI es un proceso de reacción irreversible, por lo que solo es necesario establecer el voltaje de corte de formación para completar la reacción del aditivo formador de película. Por encima del potencial completo, la reacción de formación de película puede llevarse a cabo suficientemente. Sin embargo, el potencial de formación de película de los aditivos formadores de película en general (como VC, FEC) es inferior a 3,0 V (potencial para el metal de litio), pero debido a la existencia de polarización, es necesario asegurarse de que la formación se lleve por completo. hacia fuera, para el estudio del material del cátodo de la batería de iones de litio se puede establecer el potencial de corte entre 3.5V y 3.8V (es decir, cuando se forma, solo se requiere una pequeña corriente para cargar a 3.5V, luego el la batería se puede cargar y descargar usando la corriente normal de carga y descarga). Para el estudio de los materiales del ánodo de la batería de iones de litio, el potencial de corte de formación se puede establecer en aproximadamente 0,3 V.

Al optimizar la corriente de formación descrita anteriormente y la formación del voltaje de corte, no solo se puede obtener una batería con un mejor rendimiento, sino que también se puede acortar considerablemente el tiempo de formación, se puede reducir la posesión del equipo de conversión química y el el costo de la investigación se puede reducir. Pero para un nuevo sistema, ¿cómo determinar si el tamaño de la corriente de formación utilizada es óptimo y cómo elegir el voltaje de corte? El Dr. Kolu Deke presentará un método de verificación simple y efectivo: prueba y error.

Tomando el sistema de cobaltato de litio / grafito como ejemplo, use VC y FEC como aditivos, seleccione 0.02C para la carga de flujo cruzado hasta que la batería esté completamente cargada (4.2V), calcule el valor de dQ / dV y haga dQ / dV-V . En el gráfico, como se muestra en la figura siguiente, la posición del primer pico de reacción (~ 2,8 V) es el potencial para que el aditivo formador de película se descomponga en una película, y el potencial de corte es ~ 2,92 V; luego se selecciona la corriente de 0.03C para la formación de muestras en paralelo. La primera posición del pico de reacción (~ 2.8V) es el potencial al cual el aditivo formador de película se descompone en una película, y el potencial de corte es ~ 2.94V. Finalmente, se selecciona la corriente de 0.05C para la formación de muestras paralelas y se obtiene la primera posición del pico de reacción (~ 2.9). V) es el potencial al cual el aditivo formador de película se descompone en una película, y el potencial de corte es ~ 3,16V. Puede verse a partir de los resultados anteriores que cuando la corriente de 0,02 ° C se transforma en 0,03 ° C, los sellos de reacción de formación de película se solapan y no tiene un gran efecto sobre la formación de película. Sin embargo, cuando se forma 0.05C, la posición del pico obviamente se desplaza hacia la derecha y la polarización aumenta. Grande, tendrá un impacto en el efecto de formación, por lo que desde el momento de guardar la formación y el análisis del ángulo de la celda con un rendimiento excelente, la selección de la corriente de 0.03C es un mejor resultado. Cuando se usa la formación de diferentes corrientes de formación, los potenciales de corte de la reacción de formación de película son 2.92V, 2.94V y 3.16V, respectivamente, y desde el punto de vista de una reacción suficiente, se puede seleccionar la formación del potencial de corte. ser de 3,5 V. Es decir, el proceso de conversión química se completa cargando una corriente constante de 0.03C a 3.5V.

El análisis anterior, para la sección general del polvo para elaborar la investigación de la batería de iones de litio, la formación del proceso químico:

1. Temperatura de formación: RT ~ 90 ° C; preferiblemente 45 ~ 70 ° C;

2. La distancia entre los electrodos positivo y negativo y la consistencia de la distancia: el diafragma delgado y la junta doble se seleccionan para ensamblar y deducir;

3. Proceso de formación: método de prueba y error para optimizar la formación de la corriente y el plazo de formación.

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