電池形成パラメータと化学プロセスの関係

リチウムイオン電池の形成プロセスにおけるSEI膜の形成プロセスには、具体的には次の4つのステップが含まれます。

ステップ1：電子は、集電体-導電剤-グラファイト粒子の内部から、SEI膜が形成されるA点に移動します。

ステップ２：溶媒和されたリチウムイオンは、正極から、溶媒のカプセル化の下で形成されているＳＥＩフィルムの表面層の点Ｂに拡散される。

ステップ3：点Aの電子は、電子トンネリングを介して点Bに拡散します。

ステップ4：点Bに遷移する電子は、リチウム塩、溶媒和リチウムイオン、皮膜形成剤などと反応し、元のSEI膜の表面にSEI膜が連続的に形成されるため、グラファイト粒子の表面は連続的に増加し、最終的に完全なSEIが膜を形成します。

SEIによって形成される反応プロセス全体は、上記の4つの段階的な反応に具体的に分解でき、4つの段階的な反応プロセスがSEIフィルム全体の膜形成プロセスを決定することがわかります。

ステップ1：電子は、集電体-導電剤-グラファイト粒子から、SEI膜が形成されるA点に内部的に移動します。

点Aに到達する電子の数は、正電極と負電極の間の形成に使用される電流と電流の均一性によって決まります。形成電流が大きいほど、電極パッドを通過する電流が大きくなります。凹凸が互いに近い点にある場合（a）、電流は大きくなります。電極の点aの電流が増加すると、点aを通過する活物質粒子の電流が大きくなります。つまり、単位時間あたりに点Aに到達する電子の数が増加します。そのため、A点で発生する膜形成反応が変化します（上記の記事で説明したように、大量の電子がグラファイト粒子の表面に集中し、2電子反応プロセスを経る可能性が高くなります。フィルム形成剤およびリチウムイオン）。

ステップ2：溶媒和リチウムイオンは正極から溶媒のカプセル化の下で形成されているSEIフィルムの表面層のBポイントに拡散します：電解質の組成が一定の場合、温度が上昇し、粘度が上昇します電解液の温度が下がり、膜が形成されます。電解質中の溶媒和リチウムイオンの輸送抵抗は減少します。同時に、温度が上昇すると電解質の導電率が増加します（下の図に示すように、さまざまな温度での特定の電解質の粘度と導電率）。上記のプロセスにより、より多くの皮膜形成剤と溶媒和リチウムが生成されます。イオンは単位時間あたりに活物質粒子の表面の点Bに到達し、点Bでの膜形成反応プロセスに影響を与えます（前の記事で説明したように：比較的少ない電子（膜形成剤のため、より溶媒和されたリチウムイオン） ）グラファイト粒子の表面に蓄積し、フィルム形成剤およびリチウムイオンと一電子反応を起こす可能性が高くなります。

ステップ3：点Aの電子は、電子トンネリングを介して点Bに拡散します。このプロセスの速度は、形成されたSEI膜の構造と組成に関連している必要があります。SEI膜の密度が高いほど、有機成分の割合が高くなり、電子をブロックする効果が強いほど、抵抗が大きくなります。同じ距離を通る電子。このとき形成されるSEI膜の厚さは薄くなり、不可逆反応の総量が少ないほど、バッテリーの最初の効率が高くなります。

ステップ4：点Bに遷移する電子は、リチウム塩、溶媒和リチウムイオン、皮膜形成剤などと反応し、元のSEI膜の表面にSEI膜が連続的に形成されるため、グラファイト粒子の表面は連続的に増加し、最終的に完全なSEIが膜を形成します。二次プロセスは、自由衝突と複合反応プロセスです。温度が高いほど、分子運動が速くなり、衝突の可能性が高くなり、反応速度が速くなるほど、このステップの抵抗は小さくなります。

上記の分析では、形成プロセスとSEIフィルム形成に対するさまざまなプロセスパラメータの特定の影響について詳しく説明しています。

1.電極シート上の形成電流と電流分布の均一性は、SEIフィルムの特定の組成に影響を与えます。

2.形成温度は、SEIフィルムの構造と組成に影響を与えます。

では、プロセスパラメータをどのように処理するかを選択する必要がありますか？

1. 1つ目は、地層温度です。

形成温度は、主に電解質の粘度と導電率、および電極材料のイオン拡散速度に影響を与えることにより、化学変換効果に影響を与えます。一般に、形成温度が高いほど、電解質の粘度が低くなり、電解質の導電率が高くなり、電極材料のイオン拡散速度が速くなるため、分極が小さいほど、形成効果が高くなります。ただし、温度が高すぎると、形成されたSEI膜の構造が破壊され、その組成が変化します。同時に、電解質は有機溶媒溶液であり、過度の温度は電解質中の低沸点成分の揮発速度を加速し、ターンイン効果に影響を与えます。したがって、オプションの地層温度はRT〜90°Cにすることをお勧めします。実験室の条件が許せば、高温形成（45〜70°C）を使用できます。

2.次に、正極と負極の間の距離と距離の一貫性

ボタン電池の場合、正極と負極の間の距離と距離の一貫性に影響を与える要因は、主にボタン電池とボタン電池アセンブリの選択です。

1）ボタン電池の選択：ボタン電池パックには、ネガティブシェル、スプリングピース、ガスケット、リチウムシート、セパレーター、研究電極、カソードシェル、およびその他のコンポーネントが含まれている必要があります。ポジシートとネガシート間の距離を最短にするには、より薄い絶縁フィルムを選択する必要があります（薄いセパレータはイオン透過距離が短くなりますが、短絡しやすくなります。業界の解決策は、セラミックコーティング処理とPVDFを適用することです。正極と負極の短絡を解消するためのセパレータ基板表面の処理問題ありますが、処理層とセパレータ基板の密着性に限界があります。セパレータを超音波洗浄せずに直接使用することをお勧めします。 。一般的に、業界ではバッテリーを組み立てる際にセパレーターを超音波洗浄する必要はありません。業界では7umまたはそれ以上の薄いセパレーターを使用し、セラミックやPVDFなどを表面に加工しています。負極が均一である場合、フラットガスケット、フラットリチウムなど、応力の緩衝とレベリングにスプリングプレートを使用する必要があります。加熱式たばこ、フラットリサーチ電極。

2）ボタン電池アセンブリ：電源アセンブリにはダブルガスケットを使用することをお勧めします（図を参照）。ガスケットはフラットで剛性が高く、変形しにくいため、2つのガスケットの間に電極を配置します。電極を効果的に平らにして、正極と負極の間の距離を大きくします。 （Klud用のバッテリーパックを購入するには、一般的なパウダーにKe博士を強くお勧めします。共同購入価格は0.6元/セット（バッテリーケース+スプリングピース+）ガスケットを含む））。

3.最後に、形成プロセス

リチウムイオン電池の形成過程とは、主に電池の活性化過程、具体的には、膜形成添加剤が特定の電流下で電極活物質粒子の表面に固体電解質膜を形成する過程を指す。プロセス全体に影響を与えるプロセスパラメータは、主にフォーメーション電流とフォーメーションカットオフ電圧であり、これらは特に化学成形装置（化学成形機）によって制御されます。

1）化学化：上記の記事で、Ke博士は、大電流を使用すると2電子反応が発生する可能性が高くなる、つまり2つの電子が同時に反応に関与する可能性があることをすでに説明しています。 、無機リチウム塩成分の生成が容易であり、このとき、SEI膜分子が乱雑になりやすく、構造が緩くなり、対応する厚さが厚くなり、不可逆反応が大きくなります。小電流が発生すると、単一電子反応が起こりやすくなります。つまり、1つの電子が関与するだけで反応が実行できるため、有機リチウム塩成分が形成されやすくなります。このとき、SEI膜分子はより容易に秩序化および積み重ねられ、構造はより高密度になり、対応する厚さはより薄くなり、不可逆反応はより少なくなります。

2）カットオフ電圧の形成：形成プロセスは、フィルム形成添加剤によって活物質粒子の表面にSEIフィルムを形成するプロセスであり、SEIフィルムを形成するプロセスは不可逆的な反応プロセスであるため、フィルム形成添加剤の反応を完了するために必要なのは、形成カットオフ電圧を設定することだけである。完全な電位を超えると、膜形成反応を十分に行うことができる。ただし、一般的な皮膜形成添加剤（VC、FECなど）の皮膜形成電位は3.0V（リチウム金属の電位）よりも低いですが、分極が存在するため、成形が完全に行われるようにする必要があります。リチウムイオン電池のカソード材料の研究では、カットオフ電位を3.5V〜3.8Vに設定できます（つまり、それが形成されると、3.5Vに充電するのに必要な電流はわずかです。バッテリーは、通常の充電および放電電流を使用して充電および放電できます）。リチウムイオン電池のアノード材料の研究では、地層のカットオフ電位を約0.3Vに設定できます。

上記の形成電流および遮断電圧の形成を最適化することにより、より良好な性能を有する電池が得られるだけでなく、形成時間が大幅に短縮され、化学変換装置の所有が減少し、研究費を削減できます。しかし、新しいシステムの場合、使用する地層電流のサイズが最適であるかどうかを判断する方法と、カットオフ電圧を選択する方法はありますか？ Kolu Deke博士は、試行錯誤というシンプルで効果的な検証方法を紹介します。

コバルト酸リチウム/グラファイトシステムを例にとると、添加剤としてVCとFECを使用し、バッテリーが完全に充電されるまで（4.2V）クロスフロー充電に0.02Cを選択し、dQ / dVの値を計算して、dQ / dV-Vを作成します。 。下の図に示すように、グラフでは、最初の反応ピーク位置（〜2.8V）がフィルム形成添加剤がフィルムに分解する電位であり、カットオフ電位は〜2.92Vです。次に、0.03Cの電流が並列サンプル形成用に選択されます。最初の反応ピーク位置（〜2.8V）は、皮膜形成添加剤が分解して皮膜になる電位であり、カットオフ電位は〜2.94Vです。最後に、並列サンプル形成のために0.05Cの電流が選択され、最初の反応ピーク位置が得られます（〜2.9）.V）は、膜形成添加剤が膜に分解する電位であり、カットオフ電位は〜 3.16V。以上の結果から、0.02Cの電流が0.03Cに形成されると、膜形成反応シールが重なり、膜形成に大きな影響を与えないことがわかります。ただし、0.05Cが形成されると、ピーク位置が明らかに右にシフトし、分極が増加します。大きいと、フォーメーション効果に影響を与えるので、フォーメーションを保存する時から、優れた性能を持つセルの角度分析から、0.03C電流の選択がより良い結果になります。異なる形成電流の形成を使用する場合、膜形成反応のカットオフ電位はそれぞれ2.92V、2.94V、および3.16Vであり、十分な反応の観点から、カットオフ電位の形成を選択することができます。 3.5Vになります。つまり、化学変換プロセスは、0.03Cの定電流を3.5Vに充電することで完了します。

上記の分析では、リチウムイオン電池の研究を詳しく説明するための粉末の一般的なセクションについて、化学プロセスの形成：

1.地層温度：RT〜90°C;できれば45〜70°C;

2.正極と負極の間の距離と距離の一貫性：薄いダイヤフラムとダブルガスケットが組み立てられて差し引かれるように選択されます。

3.形成プロセス：現在の形成と形成期限を最適化するための試行錯誤の方法。

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