Het belang van cyclusprestaties voor lithium-ionbatterijen spreekt voor zich; bovendien impliceert een langere levensduur van de cyclus, vanuit macro-oogpunt, een lager verbruik van hulpbronnen. Bijgevolg zijn de factoren die de cyclusprestaties beïnvloeden een kritische overweging voor iedereen die betrokken is bij de lithiumbatterij-industrie. Hieronder worden verschillende factoren beschreven die de prestaties van de batterijcyclus kunnen beïnvloeden.
Materiaalsoort:Materiaalkeuze is de belangrijkste factor die de prestaties van lithium-ionbatterijen beïnvloedt. Als materialen met slechte cyclusprestaties worden gekozen, kan de cycluslevensduur van de cel niet worden gegarandeerd, ongeacht hoe goed het procesontwerp of de productiekwaliteit ook is. Omgekeerd, als superieure materialen worden geselecteerd, kunnen de cyclusprestaties redelijk goed blijven, zelfs als er kleine problemen zijn tijdens de daaropvolgende productie (bijvoorbeeld een cel die lithiumkobaltoxide gebruikt met een specifieke capaciteit van slechts ~135,5 mAh/g en vatbaar voor lithiumplatering vertoonde een scherpe daling in capaciteit na iets meer dan honderd cycli bij 1°C, maar behield meer dan 90% capaciteit na 500 cycli bij 0,5°C; een andere cel bleek zwarte grafietdeeltjes op de anode te hebben demontage, vertoonde nog steeds normale cyclusprestaties). Vanuit materiaalperspectief worden de cyclusprestaties van een volledige cel bepaald door de 'zwakkere schakel' tussen de twee paren: het kathode-elektrolytinterface en het anode-elektrolytinterface.
Slechte prestaties van de materiaalcyclus kunnen het gevolg zijn van twee hoofdoorzaken: snelle veranderingen in de kristalstructuur tijdens het fietsen die voortdurende lithium-intercalatie/de-intercalatie voorkomen, of het onvermogen van het actieve materiaal en de elektrolyt om een dichte, uniforme Solid Electrolyte Interphase (SEI)-laag te vormen. Dit laatste leidt tot voortijdige nevenreacties tussen het actieve materiaal en de elektrolyt, waardoor een snel elektrolytverbruik ontstaat en daardoor de levensduur van de cyclus wordt aangetast. Als tijdens het celontwerp een materiaal met slechte cyclusprestaties wordt geselecteerd voor de ene elektrode, is het niet nodig om een materiaal met hoge- prestaties voor de andere te selecteren, omdat dit tot verspilling zou leiden.
Kathode- en anodeverdichtingsdichtheid:Hoewel een hoge verdichtingsdichtheid voor de kathode en anode de energiedichtheid van de cel kan verhogen, brengt dit ook tot op zekere hoogte de cyclusprestaties van de materialen in gevaar. Theoretisch impliceert een hogere verdichtingsdichtheid grotere structurele schade aan het materiaal-een structuur die fundamenteel is voor de recycleerbaarheid van de lithium--ionbatterij. Bovendien hebben cellen met een hoge verdichtingsdichtheid in hun positieve en negatieve elektroden moeite om voldoende elektrolyt vast te houden, een factor die essentieel is voor het in stand houden van normale of langdurige cycli.
Vocht:Overmatig vocht veroorzaakt nevenreacties met de actieve materialen in de elektroden, waardoor hun structuur wordt beschadigd en de levensduur van de cyclus wordt aangetast; het belemmert ook de juiste vorming van de Solid Electrolyte Interphase (SEI)-laag. Hoewel sporen van vocht moeilijk volledig te elimineren zijn, kunnen ze de celprestaties tot op zekere hoogte helpen behouden.
Deklaagdichtheid:Het is vrijwel onmogelijk om de coatingdichtheid als een enkele variabele te isoleren om de impact ervan op het fietsen te beoordelen. Inconsistenties in de coatingdichtheid leiden onvermijdelijk tot variaties in capaciteit of verschillen in het aantal wikkel- of stapellagen. Voor cellen van hetzelfde model, capaciteit en materiaalsamenstelling vergroot het verlagen van de coatingdichtheid effectief het aantal wikkel- of stapellagen; de resulterende toename van het scheidingsmateriaal zorgt voor een grotere elektrolytabsorptie, waardoor de levensduur van de cyclus wordt ondersteund. Hoewel een lagere coatingdichtheid het snelheidsvermogen kan verbeteren en de vochtverwijdering tijdens het bakken van elektrodes en kale{3}}cellen kan vergemakkelijken, brengt dit uitdagingen met zich mee: de nauwkeurigheid van de coating wordt moeilijker te controleren en grote deeltjes in het actieve materiaal kunnen de coating- en kalanderprocessen negatief beïnvloeden. Bovendien vereist het vergroten van het aantal lagen meer folie en scheidingsmateriaal, wat leidt tot hogere kosten en een lagere energiedichtheid. Daarom is een evenwichtige beoordeling nodig.
Anode-overschot:Voor het bepalen van het juiste niveau van anode-overmaat moet rekening worden gehouden met factoren die verder gaan dan alleen het aanvankelijke onomkeerbare capaciteitsverlies en afwijkingen in de coatingdichtheid; de impact op de levensduur van de cyclus is ook een kritische overweging. Bij lithiumkobaltoxide- (LCO)- en grafietsystemen wordt de grafietanode vaak de "zwakke schakel" tijdens het fietsen. Als de overmaat aan anoden onvoldoende is, kan lithiumplating aanvankelijk niet optreden; na honderden cycli blijft de kathodestructuur echter relatief stabiel, terwijl de anodestructuur aan ernstige degradatie lijdt. Bijgevolg kan de anode de door de kathode geleverde lithiumionen niet langer volledig accepteren, wat leidt tot lithiumplatering en voortijdige capaciteitsvervaging. Hoeveelheid elektrolyten: Er zijn drie belangrijke redenen waarom onvoldoende elektrolyten de levensduur van de cyclus beïnvloeden. Ten eerste is het aanvankelijke vulvolume onvoldoende. Ten tweede is de verouderingstijd, ondanks voldoende vulvolume, te kort, of is de bevochtiging van de elektrolyt onvolledig vanwege factoren zoals overmatige verdichting van de elektrode. Ten derde raakt het elektrolyt in de cel tijdens het fietsen uitgeput.
ACEY-BA3040-20Levenscyclustester van de batterijwordt gebruikt om de levensduur, betrouwbaarheid, capaciteit en andere parameters van het batterijpakket te testen door middel van een cyclische laad- en ontlaadtest.
Wat het derde punt betreft, wordt de compatibiliteit tussen de elektroden (vooral de anode) en de elektrolyt microscopisch gemanifesteerd door de vorming van een dichte, stabiele Solid Electrolyte Interphase (SEI) laag; macroscopisch wordt dit waargenomen via de snelheid van het elektrolytverbruik tijdens het fietsen. Een onvolledige SEI-film slaagt er niet in om nevenreacties tussen de anode en de elektrolyt effectief te voorkomen, wat leidt tot elektrolytverbruik. Bovendien veroorzaken defecten in de SEI-film een voortdurende re-vorming van de film tijdens het fietsen, waarbij zowel de omkeerbare lithiumbron als de elektrolyt worden verbruikt. Of een cel nu honderden cycli ondergaat of na slechts enkele tientallen een prestatiedaling ervaart, als de elektrolyt na de cyclus uitgeput raakt, ondanks dat deze aanvankelijk voldoende was, zal het verhogen van de elektrolytenretentie waarschijnlijk de cyclusprestaties tot op zekere hoogte verbeteren.
Objectieve testomstandigheden:Externe factoren-zoals laad-/ontlaadsnelheid, -uitschakelspanningen, laadstroom-, overbelasting/over- ontladingsgebeurtenissen, testkamertemperatuur, plotselinge onderbrekingen en contactweerstand tussen testsondes en de cel- kunnen allemaal in verschillende mate de testresultaten van de cyclusprestaties beïnvloeden. Bovendien vertonen verschillende materialen verschillende gevoeligheden voor deze factoren; Voor routinematige werkzaamheden zou het gebruik van gestandaardiseerde testprotocollen en het begrijpen van de overeenkomsten en specifieke kenmerken van de belangrijkste materialen echter voldoende moeten zijn.
Samenvatting:Net als het 'emmerprincipe' (of de wet van het minimum), is de uiteindelijke bepalende factor voor de cyclusprestaties van een cel de 'kortste notenbalk'-de meest beperkende factor onder de vele variabelen die een rol spelen. Bovendien hebben deze factoren een wisselwerking met elkaar. Gegeven identieke materialen en productiemogelijkheden gaat een langere levensduur vaak ten koste van een lagere energiedichtheid. Daarom is het primaire doel het identificeren van de optimale balans die voldoet aan de eisen van de klant en tegelijkertijd maximale consistentie in de celproductie garandeert.
Over ons
Acey Nieuwe Energiericht zich op het leveren van semi-geautomatiseerde en volledig geautomatiseerde assemblagelijnoplossingen voor lithium-ionbatterijpakketten die worden gebruikt in sectoren zoals energieopslagsystemen (ESS), drones, e-fietsen, e-scooters, elektrisch gereedschap en twee- of drie- elektrische voertuigen op wielen. We bieden ook een uitgebreide reeks apparatuur die het gehele batterijassemblageproces bestrijkt-waaronder batterijsorteerders, isolatiepapierplakmachine, CCD-tester, handmatige/automatische puntlasmachines, BMS-testers, uitgebreide batterijprestatietesters en batterijtesters-om klanten te helpen een efficiënte, intelligente en grootschalige productie op- schaal te realiseren.
