Для различных аккумуляторных систем, таких как тройные литиевые батареи с положительным электродом/графитовым отрицательным электродом, литий-железо-фосфатные литиевые батареи с положительным электродом/графитовым отрицательным электродом или батареи с отрицательным электродом из титаната лития, необходимо проводить целенаправленные испытания на основе материала и характеристик литиевой батареи.
Процесс производства литиевых аккумуляторов можно разделить на три этапа: изготовление переднего электрода, упаковка среднего электрода и активация заднего аккумулятора. Целью стадии активации батареи является полная активация активных веществ и электролита в батарее для достижения стабильных электрохимических характеристик. Стадия активации включает в себя такие этапы, как предварительная зарядка, формирование, старение и постоянный объем. Целью предварительной зарядки и формирования является активация материалов положительного и отрицательного электродов посредством первых нескольких зарядов и разрядов, чтобы материалы находились в оптимальном состоянии использования. Основными целями старения являются: во-первых, сделать электролит более хорошо смачиваемым, что способствует стабильности работы батареи; Во-вторых, после старения активные вещества в материалах положительного и отрицательного электродов могут ускорить некоторые побочные эффекты, такие как образование газа и разложение электролита, что позволяет быстро достичь стабильности электрохимических характеристик литиевых батарей; В-третьих, провести скрининг литиевых батарей после старения в течение определенного периода времени. После формирования напряжение элемента батареи нестабильно, и его измеренное значение может отклоняться от фактического значения. После старения напряжение и внутреннее сопротивление элемента батареи становятся более стабильными, что упрощает проверку батарей с высокой консистенцией.
Система старения имеет два основных фактора, влияющих на производительность литиевых батарей, а именно температуру старения и время старения. Кроме того, также важно, находится ли аккумулятор в закрытом или открытом состоянии во время старения. Для процесса открытия, если фабрика может хорошо контролировать влажность, ее можно запечатать после старения. Если используется высокотемпературное старение, лучше старение после герметизации. Для различных аккумуляторных систем, таких как тройные литиевые батареи с положительным электродом/графитовым отрицательным электродом, литий-железо-фосфатные литиевые батареи с положительным электродом/графитовым отрицательным электродом или батареи с отрицательным электродом из титаната лития, необходимо проводить целенаправленные испытания на основе материала и характеристик литиевой батареи. В экспериментальном плане оптимальный график старения можно определить по разнице емкости, разнице внутреннего сопротивления и характеристикам падения напряжения литиевых батарей.
1, литиевая батарея тройного или литий-железо-фосфатного положительного электрода/графитового отрицательного электрода
Для литий-ионных аккумуляторов с тройным материалом в качестве материала положительного электрода и графитом в качестве материала отрицательного электрода на поверхности графитового отрицательного электрода во время стадии предварительной зарядки литий-ионных аккумуляторов образуется пленка твердого электролита (SEI). Потенциал формирования этой пленки составляет около 0,8 В, и SEI позволяет проникать ионам, но не электронам. Следовательно, после образования определенной толщины он будет препятствовать дальнейшему разложению электролита, что может предотвратить ухудшение характеристик батареи, вызванное разложением электролита. Однако образующаяся после формирования мембрана SEI имеет компактную структуру и мелкие поры. Дальнейшее старение батареи поможет реструктурировать структуру SEI и сформировать рыхлую и пористую мембрану, тем самым улучшив характеристики литиевых батарей. Старение тройных/графитовых литиевых батарей обычно занимает 7-28 дней при комнатной температуре, но некоторые фабрики также используют систему высокотемпературного старения со временем старения 1-3 дней. Так называемая высокая температура обычно составляет от 38 до 50 градусов. Высокотемпературное старение предназначено только для сокращения всего производственного цикла, и его цель такая же, как и при комнатной температуре, то есть полностью сбалансировать положительные и отрицательные электроды, сепараторы, электролиты и другие химические реакции для достижения более стабильного состояния литиевых батарей.
2, литиевая батарея с отрицательным электродом из титаната лития
Общеизвестная батарея на основе титаната лития представляет собой батарею с отрицательным электродом, изготовленным из титаната лития, в то время как материал положительного электрода в основном состоит из тройного, литий-кобальтового и других материалов. Разница между батареями из титаната лития и батареями с графитовым отрицательным электродом заключается в том, что потенциал интеркаляции лития титаната лития составляет 1,55 В (относительно металлического лития), что выше, чем 0,8 В, образованное SEI. Следовательно, в процессе зарядки и разрядки не будет образовываться пленка твердого электролита (SEI) или дендритный литий, что имеет более высокую безопасность. Это означает, что в процессе зарядки титаната лития между электронами и электролитом происходят непрерывные реакции с образованием побочных продуктов и газов, таких как водород, CO, CH4, C2H4, которые могут вызвать вздутие батареи. Проблема вздутия титаната лития в основном связана с изменениями свойств материала, которые необходимо облегчить, такими как поверхностное покрытие, изменение распределения частиц по размерам и поиск подходящего электролита. Кроме того, оптимизация системы предварительной зарядки, формирования и старения также может надлежащим образом уменьшить явление вздутия титаната лития. Система старения литий-титанатных батарей, как правило, является предпочтительной высокотемпературной системой старения с температурой старения 40 градусов -55 градусов и временем старения 1-3 дней. После старения требуется выпуск с отрицательным давлением. Выполнение нескольких испытаний на старение при высоких температурах для полной реакции с внутренней влагой батареи может эффективно решить проблему вздутия литий-титанатных батарей и увеличить срок их службы.
Независимо от аккумуляторной системы старение является важным процессом. Хотя старение литиевых аккумуляторов можно понимать как их потерю и повреждение, на самом деле это эффективный способ проверки аккумуляторов с высокой стабильностью и устранения бракованных изделий. Только благодаря старению можно выбрать подходящие для упаковки литиевые батареи для увеличения срока службы электроинструментов.