Liitiumakude moodustumise-vananemise protsessi analüüs ja kokkuvõte

Liitiumioonakude tootmine on protsessietappide tihedalt seotud protsess. Üldiselt hõlmab liitiumpatareide tootmine varda valmistamise protsessi, patareide kokkupaneku protsessi ja vedeliku lõplikku sissepritsimist, tihendamist, moodustamist ja vananemisprotsessi. Kolmeastmelises protsessis saab iga protsessi jagada mitmeks põhiprotsessiks ja igal etapil on suur mõju aku lõplikule jõudlusele.

Masti valmistamise protsessis saab selle jagada viieks protsessiks: läga ettevalmistamine, läga katmine, varda valtsimine, varda lõikamine ja varda kuivatamine. Aku kokkupanekuprotsessis võib vastavalt erinevatele aku spetsifikatsioonidele jagada selle mähise, korpuse, keevitamise ja muudeks protsessideks. Pärast kokkupanekut on vedeliku sissepritseprotsess vedeliku sissepritsimine ja tihendamine. Viimane on akude moodustamise, vananemise ja mahtude eraldamise kolmeastmeline protsess. Pärast patarei valmistamist tuleb aku esimest korda eelaktiveerida ja stabiliseerida, see tähendab lõpliku moodustumise-vananemise-mahulise protsessi abil.

1. Moodustumine

Eelvormimise mõiste on toodetud liitiumioonaku laadimine ja tühjendamine väikese vooluga. Pärast liitiumaku tootmise lõpetamist tuleb akut väikese vooluga laadida ja tühjaks laadida. Eel laadimise eesmärgi osas on peamiselt kaks:

1). Pärast aku valmistamist ei ole elektroodi materjal parimas rakendatavas olekus või füüsikalised omadused on sobimatud (näiteks osakesed on liiga suured, kontakt pole lähedal jne) või faas ise on vale ( näiteks mõned sulami mehhanismi negatiivsed metalloksiidi elektroodid), tuleb see aktiveerida esimese laengu ja tühjenemisega.

2). Liitiumaku esimese laadimise ajal eemaldatakse positiivse elektroodi aktiivsest materjalist Li + ja pärast elektrolüüdi-diafragma-elektrolüüdi läbimist sisestatakse see negatiivse elektroodi grafiitmaterjali kihtide vahele. Selles protsessis rändavad elektronid perifeerses vooluringis positiivsest poolusest negatiivsesse poolusesse. Sel ajal reageerivad grafiidianoodi sisestatud liitiumioonide vähese potentsiaali tõttu elektronid kõigepealt elektrolüüdiga, et tekitada SEI-kile ja veidi gaasi.

Selle protsessi käigus tekib veidi gaasi ja kulub väike kogus elektrolüüdi. Mõni akutootja teostab pärast seda protsessi aku tühjendamise ja täitmise toiminguid. Eriti LTO-akude jaoks tekib suur kogus gaasi ja aku punnitab. Paksus ületab 10%. Grafiit-negatiivse elektroodi jaoks on toodetud gaasi kogus väike ja heitgaasi toimingut pole vaja teha. Seda seetõttu, et esimese laadimisprotsessi käigus tekkinud SEI-kile takistab elektronide edasist reaktsiooni elektrolüüdiga ja gaasi enam ei teki. See on grafiit-süsteemi aku pöördumatu võimsuse allikas. Kuigi see põhjustab pöördumatut võimsuse kadu, muudab see ka aku stabiilseks.

2. Vananemine

Vananemine viitab üldiselt aku paigaldamisele pärast esimest laadimist ja moodustamist pärast aku kokkupanekut ja süstimist. See võib vananeda toatemperatuuril või kõrgel temperatuuril. Mõlemad funktsioonid peavad muutma pärast esmast laadimist ja moodustamist moodustunud SEI-kile omadused ja koostise stabiilsemaks ning tagama aku elektrokeemilise jõudluse stabiilsuse. Vananemisel on kolm peamist eesmärki:

1). Pärast seda, kui aku on eelvormimisprotsessi läbinud, moodustub aku sees oleval grafiit-negatiivsel elektroodil teatud kogus SEI-kilet, kuid sellel kilel on kompaktne struktuur ja väikesed poorid. Aku vananemine kõrgel temperatuuril aitab SEI struktuuril korrastada ja moodustada lahtised poorid.

2). Aku pinge on pärast moodustumist ebastabiilses staadiumis ja selle pinge on tegelikust pingest veidi kõrgem. Vananemise eesmärk on muuta selle pinge täpsemaks ja stabiilsemaks.

3). Aku asetamine teatud ajaks kõrgele või tavalisele temperatuurile võib tagada elektrolüüdi täieliku sissetungimise pooluste osadesse, mis on kasulik aku jõudluse stabiilsusele.

Aku moodustumine ja vananemisprotsess on hädavajalikud. Tegelikus tootmises valitakse aku laadimis- ja tühjenemisprotsess vastavalt aku materjalisüsteemile ja struktuurilisele süsteemile, kuid aku moodustumist tuleb laadida ja tühjendada vähese voolu tingimustes. Pärast neid kahte põhiprotsessi jagatakse stabiliseeritud aku mahutavuseks ja aku saab pärast pakendamist ja muid protsesse vabastada.