L'importanza delle prestazioni del ciclo per le batterie agli ioni di litio- è ovvia; inoltre, da un punto di vista macro, un ciclo di vita più lungo implica un consumo ridotto di risorse. Di conseguenza, i fattori che influenzano le prestazioni del ciclo sono una considerazione fondamentale per chiunque sia coinvolto nel settore delle batterie al litio. Di seguito sono descritti diversi fattori che possono influire sulle prestazioni del ciclo della batteria.
Tipo materiale:La scelta del materiale è il fattore principale che influenza le prestazioni della batteria agli ioni di litio-. Se vengono scelti materiali con scarse prestazioni del ciclo, la durata del ciclo della cella non può essere garantita, indipendentemente da quanto possa essere valida la progettazione del processo o la qualità della produzione. Al contrario, se vengono selezionati materiali superiori, le prestazioni del ciclo possono rimanere ragionevolmente buone anche se si verificano problemi minori durante la successiva produzione (ad esempio, una cella che utilizza ossido di litio cobalto con una capacità specifica di soli ~135,5 mAh/g e incline alla placcatura al litio ha mostrato un forte calo di capacità dopo poco più di un centinaio di cicli a 1°C, ma ha mantenuto oltre il 90% della capacità dopo 500 cicli a 0,5°C; in un'altra cella sono state riscontrate particelle di grafite nera sull'anodo allo smontaggio, mostrava ancora prestazioni di ciclo normali). Dal punto di vista dei materiali, le prestazioni del ciclo di una cella completa sono determinate dal "collegamento più debole" tra i due accoppiamenti: l'interfaccia catodo-elettrolita e l'interfaccia anodo-elettrolita.
Le scarse prestazioni del ciclo del materiale possono derivare da due cause principali: rapidi cambiamenti nella struttura cristallina durante il ciclo che impediscono la continua intercalazione/de-intercalazione del litio oppure l'incapacità del materiale attivo e dell'elettrolita di formare uno strato SEI (Interfase Elettrolita Solido) denso e uniforme. Quest'ultimo porta a reazioni collaterali premature tra il materiale attivo e l'elettrolita, causando un rapido consumo dell'elettrolita e quindi compromettendo la durata del ciclo. Durante la progettazione della cella, se per un elettrodo viene selezionato un materiale con scarse prestazioni del ciclo, non è necessario selezionare un materiale ad alte-prestazioni per l'altro, poiché ciò comporterebbe uno spreco.
Densità di compattazione catodica e anodica:Sebbene un'elevata densità di compattazione per il catodo e l'anodo possa aumentare la densità energetica della cella, compromette anche in una certa misura le prestazioni del ciclo dei materiali. In teoria, una densità di compattazione più elevata implica un danno strutturale maggiore al materiale-una struttura fondamentale per la ciclabilità della batteria agli ioni di litio-. Inoltre, le cellule con elevate densità di compattazione nei loro elettrodi positivi e negativi faticano a trattenere una quantità sufficiente di elettroliti, un fattore essenziale per sostenere un ciclo normale o prolungato.
Umidità:L'eccessiva umidità innesca reazioni collaterali con i materiali attivi presenti negli elettrodi, danneggiandone la struttura e compromettendone la durata; ostacola inoltre la corretta formazione dello strato di interfase elettrolitica solida (SEI). Tuttavia, anche se le tracce di umidità sono difficili da eliminare completamente, in una certa misura possono effettivamente aiutare a mantenere le prestazioni delle cellule.
Densità del rivestimento:Isolare la densità del rivestimento come un’unica variabile per valutarne l’impatto sul ciclismo è praticamente impossibile. Le incoerenze nella densità del rivestimento portano inevitabilmente a variazioni di capacità o differenze nel numero di strati di avvolgimento o impilamento. Per celle dello stesso modello, capacità e composizione del materiale, la riduzione della densità del rivestimento aumenta effettivamente il numero di strati di avvolgimento o impilamento; il conseguente aumento del materiale separatore consente un maggiore assorbimento dell'elettrolita, favorendo così la durata del ciclo. Sebbene una densità di rivestimento inferiore possa migliorare la capacità di velocità e facilitare la rimozione dell'umidità durante la cottura degli elettrodi e delle celle nude,- presenta delle sfide: la precisione del rivestimento diventa più difficile da controllare e le particelle di grandi dimensioni all'interno del materiale attivo possono influenzare negativamente i processi di rivestimento e calandratura. Inoltre, l’aumento del numero di strati richiede più fogli e materiale separatore, con conseguenti costi più elevati e una minore densità energetica. Occorre quindi una valutazione equilibrata.
Anodo in eccesso:Per determinare il livello appropriato di eccesso anodico è necessario considerare fattori che vanno oltre la semplice perdita di capacità irreversibile iniziale e le deviazioni della densità del rivestimento; anche l’impatto sul ciclo di vita è una considerazione critica. Nei sistemi con ossido di litio cobalto (LCO) e grafite, l'anodo di grafite diventa spesso l'"anello debole" durante il ciclo. Se l'eccesso di anodo è insufficiente, inizialmente la placcatura al litio potrebbe non verificarsi; tuttavia, dopo centinaia di cicli, la struttura del catodo rimane relativamente stabile mentre la struttura dell'anodo subisce un grave degrado. Di conseguenza, l'anodo non può più accettare completamente gli ioni di litio forniti dal catodo, con conseguente placcatura al litio e sbiadimento prematuro della capacità. Quantità di elettroliti: ci sono tre ragioni principali per cui una quantità insufficiente di elettroliti influisce sulla durata del ciclo. Innanzitutto, il volume di riempimento iniziale è inadeguato. In secondo luogo, nonostante un volume di riempimento sufficiente, il tempo di invecchiamento è troppo breve oppure la bagnatura dell’elettrolita è incompleta a causa di fattori quali l’eccessiva compattazione dell’elettrodo. In terzo luogo, l'elettrolita all'interno della cella si esaurisce durante il ciclo.
ACEY-BA3040-20tester del ciclo di vita della batteriaviene utilizzato per testare la durata, l'affidabilità, la capacità e altri parametri del pacco batteria attraverso test ciclici di carica e scarica.
Per quanto riguarda il terzo punto, la compatibilità tra gli elettrodi (soprattutto l'anodo) e l'elettrolita si manifesta microscopicamente con la formazione di uno strato SEI (Interfase Elettrolita Solido) denso e stabile; macroscopicamente, si osserva attraverso il tasso di consumo di elettroliti durante il ciclismo. Una pellicola SEI incompleta non riesce a prevenire efficacemente le reazioni collaterali tra l'anodo e l'elettrolita, portando al consumo dell'elettrolita. Inoltre, i difetti nella pellicola SEI innescano una continua riforma-della pellicola durante il ciclo, che consuma sia la fonte di litio reversibile che l'elettrolita. Sia che una cella subisca centinaia di cicli o subisca un calo di prestazioni dopo solo poche decine, se l'elettrolita è esaurito dopo il ciclo nonostante fosse inizialmente sufficiente, è probabile che l'aumento della ritenzione dell'elettrolito migliori in una certa misura le prestazioni del ciclo.
Condizioni di prova oggettive:Fattori esterni-come velocità di carica/scarica, tensioni di interruzione-, correnti di interruzione-di carica, eventi di sovraccarico/scarica eccessiva, temperatura della camera di test, interruzioni improvvise e resistenza di contatto tra le sonde di test e la cella-possono influenzare in varia misura i risultati dei test sulle prestazioni del ciclo. Inoltre, materiali diversi mostrano sensibilità diverse a questi fattori; tuttavia, l’adozione di protocolli di test standardizzati e la comprensione degli aspetti comuni e delle caratteristiche specifiche dei materiali chiave dovrebbero essere sufficienti per le operazioni di routine.
Riepilogo:Proprio come il "principio del secchio" (o legge del minimo), il fattore determinante ultimo delle prestazioni del ciclo di una cella è la "doga più corta"-il singolo fattore limitante tra le molte variabili in gioco. Inoltre, questi fattori interagiscono tra loro. Considerati materiali e capacità produttive identici, un ciclo di vita più elevato spesso va a scapito di una minore densità energetica. Pertanto, l'obiettivo primario è identificare l'equilibrio ottimale che soddisfi le esigenze del cliente garantendo al tempo stesso la massima coerenza nella produzione delle celle.
Chi siamo
Acey Nuova Energiaè impegnata a fornire soluzioni di catene di montaggio semi-automatizzate e completamente automatizzate per pacchi batterie agli ioni di litio-utilizzati in settori quali sistemi di accumulo di energia (ESS), droni, biciclette elettriche,-scooter, utensili elettrici e veicoli elettrici a due- o tre-ruote. Offriamo inoltre una suite completa di attrezzature che coprono l'intero processo di assemblaggio delle batterie-tra cui selezionatori di batterie, macchine per incollare carta isolante, tester CCD, saldatrici a punti manuali/automatiche, tester BMS, tester completi delle prestazioni delle batterie e tester di pacchi batterie-per aiutare i clienti a ottenere una produzione efficiente, intelligente e su larga scala.
