L'importance des performances de cycle pour les batteries lithium-ion va sans dire ; en outre, d’un point de vue macroéconomique, une durée de vie plus longue implique une consommation réduite de ressources. Par conséquent, les facteurs influençant les performances du cycle constituent une considération essentielle pour toute personne impliquée dans l’industrie des batteries au lithium. Vous trouverez ci-dessous plusieurs facteurs qui peuvent avoir un impact sur les performances du cycle de batterie.
Type de matériau :Le choix des matériaux est le principal facteur qui influence les performances des batteries lithium-ion. Si des matériaux ayant de mauvaises performances de cycle sont choisis, la durée de vie de la cellule ne peut pas être garantie, quelle que soit la qualité de la conception du processus ou de la fabrication. À l'inverse, si des matériaux de qualité supérieure sont sélectionnés, les performances du cycle peuvent rester raisonnablement bonnes même s'il y a des problèmes mineurs lors de la fabrication ultérieure (par exemple, une cellule utilisant de l'oxyde de lithium-cobalt avec une capacité spécifique de seulement ~135,5 mAh/g et sujette au placage au lithium a montré une forte baisse de capacité après un peu plus d'une centaine de cycles à 1 °C, mais a conservé plus de 90 % de sa capacité après 500 cycles à 0,5 °C ; une autre cellule, qui contenait des particules de graphite noir sur l'anode lors du démontage, a toujours présentait des performances de cycle normales). Du point de vue des matériaux, les performances de cycle d'une cellule complète sont déterminées par le « lien le plus faible » entre les deux paires : l'interface cathode-électrolyte et l'anode-interface électrolyte.
Les mauvaises performances du cycle de matériau peuvent provenir de deux causes principales : des changements rapides dans la structure cristalline au cours du cycle qui empêchent l'intercalation/désintercalation continue du lithium, ou l'incapacité du matériau actif et de l'électrolyte à former une couche d'interphase d'électrolyte solide (SEI) dense et uniforme. Cette dernière conduit à des réactions secondaires prématurées entre le matériau actif et l’électrolyte, provoquant une consommation rapide de l’électrolyte et nuisant ainsi à la durée de vie du cycle. Lors de la conception de la cellule, si un matériau ayant de mauvaises performances de cycle est sélectionné pour une électrode, il n'est pas nécessaire de sélectionner un matériau à haute -performance pour l'autre, car cela entraînerait un gaspillage.
Densité de compactage des cathodes et des anodes :Bien qu'une densité de compactage élevée pour la cathode et l'anode puisse augmenter la densité énergétique de la cellule, elle compromet également dans une certaine mesure les performances de cycle des matériaux. Théoriquement, une densité de compactage plus élevée implique des dommages structurels plus importants au matériau-une structure fondamentale pour la cyclabilité de la batterie lithium-ion. De plus, les cellules présentant des densités de compactage élevées dans leurs électrodes positives et négatives ont du mal à retenir suffisamment d'électrolyte, un facteur essentiel pour maintenir un cycle normal ou prolongé.
Humidité:Une humidité excessive déclenche des réactions secondaires avec les matériaux actifs des électrodes, endommageant leur structure et altérant leur durée de vie ; cela entrave également la formation appropriée de la couche d’interphase d’électrolyte solide (SEI). Cependant, même si les traces d’humidité sont difficiles à éliminer complètement, elles peuvent en réalité contribuer dans une certaine mesure à maintenir les performances des cellules.
Densité du revêtement :Isoler la densité du revêtement en tant que variable unique pour évaluer son impact sur le cyclage est pratiquement impossible. Les incohérences dans la densité du revêtement conduisent inévitablement à des variations de capacité ou à des différences dans le nombre de couches d'enroulement ou d'empilement. Pour des cellules de même modèle, capacité et composition de matériau, la réduction de la densité du revêtement augmente efficacement le nombre de couches d'enroulement ou d'empilement ; l'augmentation résultante du matériau séparateur permet une plus grande absorption de l'électrolyte, soutenant ainsi la durée de vie du cycle. Bien qu'une densité de revêtement plus faible puisse améliorer la capacité de débit et faciliter l'élimination de l'humidité pendant la cuisson des électrodes et des cellules nues-, elle présente des défis : la précision du revêtement devient plus difficile à contrôler et les grosses particules contenues dans le matériau actif peuvent nuire aux processus de revêtement et de calandrage. De plus, l’augmentation du nombre de couches nécessite davantage de feuilles et de matériaux séparateurs, ce qui entraîne des coûts plus élevés et une densité énergétique plus faible. Une évaluation équilibrée est donc nécessaire.
Excès d’anode :Déterminer le niveau approprié d’excès d’anode nécessite de prendre en compte des facteurs allant au-delà de la simple perte de capacité irréversible initiale et des écarts de densité de revêtement ; l'impact sur la durée de vie est également un facteur critique. Dans les systèmes à base d'oxyde de lithium-cobalt (LCO) et de graphite, l'anode en graphite devient souvent le « maillon faible » pendant le cyclage. Si l’excès d’anode est insuffisant, le placage au lithium peut ne pas avoir lieu initialement ; cependant, après des centaines de cycles, la structure cathodique reste relativement stable tandis que la structure anodique subit une grave dégradation. Par conséquent, l’anode ne peut plus accepter pleinement les ions lithium fournis par la cathode, ce qui entraîne un placage au lithium et une diminution prématurée de la capacité. Quantité d'électrolyte : Il existe trois raisons principales pour lesquelles un manque d'électrolyte affecte la durée de vie. Premièrement, le volume de remplissage initial est insuffisant. Deuxièmement, malgré un volume de remplissage suffisant, le temps de vieillissement est trop court ou le mouillage de l'électrolyte est incomplet en raison de facteurs tels qu'un compactage excessif des électrodes. Troisièmement, l’électrolyte à l’intérieur de la cellule s’épuise pendant le cycle.
ACEY-BA3040-20testeur de cycle de vie de batterieest utilisé pour tester la durée de vie, la fiabilité, la capacité et d’autres paramètres de la batterie grâce à des tests de charge et de décharge cycliques.
Concernant le troisième point, la compatibilité entre les électrodes (notamment l'anode) et l'électrolyte se manifeste microscopiquement par la formation d'une couche d'interphase électrolyte solide (SEI) dense et stable ; macroscopiquement, elle s'observe à travers le taux de consommation d'électrolytes lors du cyclage. Un film SEI incomplet ne parvient pas à empêcher efficacement les réactions secondaires entre l'anode et l'électrolyte, entraînant une consommation d'électrolyte. De plus, les défauts du film SEI déclenchent une reformation continue-du film pendant le cyclage, qui consomme à la fois la source de lithium réversible et l'électrolyte. Qu'une cellule subisse des centaines de cycles ou connaisse une baisse de performance après seulement quelques douzaines, si l'électrolyte est épuisé après le cycle alors qu'il était suffisant au départ, l'augmentation de la rétention d'électrolyte est susceptible d'améliorer les performances du cycle dans une certaine mesure.
Conditions de test objectives :Les facteurs externes-tels que les taux de charge/décharge, les-tensions de coupure, les-courants de coupure de charge, les événements de surcharge/sur-décharge, la température de la chambre de test, les interruptions soudaines et la résistance de contact entre les sondes de test et la cellule-peuvent tous influencer les résultats des tests de performances de cycle à des degrés divers. De plus, différents matériaux présentent des sensibilités variables à ces facteurs ; cependant, l'adoption de protocoles de test standardisés et la compréhension des points communs et des caractéristiques spécifiques des matériaux clés devraient suffire pour les opérations de routine.
Résumé:Tout comme le "principe du seau" (ou loi du minimum), le déterminant ultime des performances du cycle cellulaire est la "portée la plus courte"-le facteur le plus limitant parmi les nombreuses variables en jeu. De plus, ces facteurs interagissent les uns avec les autres. À matériaux et capacités de fabrication identiques, une durée de vie plus longue se fait souvent au prix d’une densité énergétique plus faible. Par conséquent, l’objectif principal est d’identifier l’équilibre optimal qui répond aux exigences des clients tout en garantissant une cohérence maximale dans la fabrication des cellules.
À propos de nous
Acey Nouvelle Énergiese consacre à fournir des solutions de chaîne d'assemblage semi-automatisées et entièrement automatisées pour les batteries lithium-ion utilisées dans des secteurs tels que les systèmes de stockage d'énergie (ESS), les drones, les-vélos électriques, les-scooters électriques, les outils électriques et les véhicules électriques à deux- ou trois-roues. Nous proposons également une suite complète d'équipements couvrant l'ensemble du processus d'assemblage des batteries-y compris des trieurs de batteries, une machine à coller le papier isolant, un testeur CCD, des soudeuses par points manuelles/automatiques, des testeurs BMS, des testeurs de performances complets de batteries et un testeur de batteries-pour aider les clients à réaliser une production efficace, intelligente et à grande échelle-.
