Pour différents systèmes de batterie, tels que les batteries au lithium à électrode positive ternaire/électrode négative en graphite, les batteries au lithium à électrode positive au phosphate de fer/lithium/électrode négative en graphite ou les batteries à électrode négative au titanate de lithium, des tests ciblés doivent être effectués en fonction des caractéristiques du matériau et de la batterie au lithium.
Le processus de production des batteries au lithium peut être divisé en trois étapes : la fabrication de l'électrode avant, le conditionnement de l'électrode centrale et l'activation de la batterie arrière. Le but de l'étape d'activation de la batterie est d'activer complètement les substances actives et l'électrolyte dans la batterie pour obtenir des performances électrochimiques stables. L'étape d'activation comprend des étapes telles que la précharge, la formation, le vieillissement et le volume constant. Le but de la précharge et de la formation est d'activer les matériaux d'électrode positive et négative à travers les quelques charges et décharges initiales, de sorte que les matériaux soient dans un état d'utilisation optimal. Les principaux objectifs du vieillissement sont : premièrement, de rendre l'électrolyte plus bien mouillé, ce qui est propice à la stabilité des performances de la batterie ; Deuxièmement, après vieillissement, les substances actives dans les matériaux des électrodes positives et négatives peuvent accélérer certains effets secondaires, tels que la production de gaz et la décomposition de l'électrolyte, permettant aux performances électrochimiques des batteries au lithium d'atteindre rapidement la stabilité ; Le troisième consiste à effectuer un contrôle de cohérence des batteries au lithium après vieillissement pendant une période de temps. Après la formation, la tension de la cellule de batterie est instable et sa valeur mesurée peut s'écarter de la valeur réelle. Après vieillissement, la tension et la résistance interne de la cellule de la batterie sont plus stables, ce qui facilite le criblage des batteries avec une grande cohérence.
Le système de vieillissement a deux facteurs principaux qui affectent les performances des batteries au lithium, à savoir la température de vieillissement et le temps de vieillissement. De plus, il est également important que la batterie soit dans un état scellé ou ouvert pendant le vieillissement. Pour le processus d'ouverture, si l'usine peut bien contrôler l'humidité, elle peut être scellée après vieillissement. Si le vieillissement à haute température est utilisé, le vieillissement après scellage est meilleur. Pour différents systèmes de batterie, tels que les batteries au lithium à électrode positive ternaire/électrode négative en graphite, les batteries au lithium à électrode positive au phosphate de fer/lithium/électrode négative en graphite ou les batteries à électrode négative au titanate de lithium, des tests ciblés doivent être effectués en fonction des caractéristiques du matériau et de la batterie au lithium. Dans la conception expérimentale, le calendrier de vieillissement optimal peut être déterminé par la différence de capacité, la différence de résistance interne et les caractéristiques de chute de tension des batteries au lithium.
1, électrode positive au phosphate de fer ternaire ou au lithium/batterie au lithium à électrode négative en graphite
Pour les batteries lithium-ion avec du ternaire comme matériau d'électrode positive et du graphite comme matériau d'électrode négative, un film d'électrolyte solide (SEI) est formé sur la surface de l'électrode négative en graphite pendant l'étape de précharge des batteries lithium-ion. Le potentiel de formation de ce film est d'environ 0.8V, et SEI permet aux ions de pénétrer mais pas aux électrons de passer à travers. Par conséquent, après avoir formé une certaine épaisseur, il empêchera une décomposition supplémentaire de l'électrolyte, il peut empêcher la dégradation des performances de la batterie causée par la décomposition de l'électrolyte. Cependant, la membrane SEI formée après formation a une structure compacte et de petits pores. Un vieillissement supplémentaire de la batterie contribuera à restructurer la structure SEI et à former une membrane lâche et poreuse, améliorant ainsi les performances des batteries au lithium. Le vieillissement des batteries au lithium ternaire/graphite prend généralement 7-28 jours à température ambiante, mais certaines usines adoptent également un système de vieillissement à haute température, avec un temps de vieillissement de 1-3 jours. La température dite haute est généralement comprise entre 38 degrés et 50 degrés. Le vieillissement à haute température vise simplement à raccourcir l'ensemble du cycle de production, et son objectif est le même que le vieillissement à température ambiante, qui est d'équilibrer pleinement les électrodes positives et négatives, les séparateurs, les électrolytes et d'autres réactions chimiques pour obtenir un état plus stable des batteries au lithium.
2, batterie au lithium à électrode négative au titanate de lithium
La batterie au titanate de lithium communément connue est une batterie avec une électrode négative en titanate de lithium, tandis que le matériau d'électrode positive est principalement composé de ternaire, de cobalt de lithium et d'autres matériaux. La différence entre les batteries au titanate de lithium et les batteries à électrodes négatives en graphite est que le potentiel d'intercalation du lithium du titanate de lithium est de 1,55 V (par rapport au lithium métal), ce qui est supérieur au 0 0,8 V formé par SEI. Par conséquent, pendant le processus de charge et de décharge, aucun film d'électrolyte solide (SEI) ou lithium dendritique ne se formera, ce qui présente une sécurité plus élevée. Cela signifie que pendant le processus de charge du titanate de lithium, il y a des réactions continues entre les électrons et l'électrolyte, générant des sous-produits et des gaz tels que l'hydrogène, le CO, le CH4, le C2H4, qui peuvent faire gonfler la batterie. Le problème de renflement du titanate de lithium repose principalement sur les modifications des propriétés des matériaux à atténuer, telles que le revêtement de surface, la modification de la distribution de la taille des particules et la recherche d'un électrolyte approprié. De plus, l'optimisation du système de précharge, de formation et de vieillissement peut également réduire de manière appropriée le phénomène de gonflement du titanate de lithium. Le système de vieillissement des batteries au titanate de lithium est généralement le système de vieillissement à haute température préféré, avec une température de vieillissement de 40 degrés -55 degrés et un temps de vieillissement de 1-3 jours. Après vieillissement, un échappement à pression négative est nécessaire. Effectuer plusieurs tests de vieillissement à haute température pour réagir pleinement avec l'humidité interne de la batterie peut supprimer efficacement le problème de ballonnement des batteries au titanate de lithium et améliorer leur durée de vie.
Quel que soit le système de batterie, le vieillissement est un processus essentiel. Bien que le vieillissement des batteries au lithium puisse être compris comme une perte et un endommagement de celles-ci, il s'agit en fait d'un moyen efficace de cribler les batteries avec une grande cohérence et d'éliminer les produits défectueux. Seul le vieillissement permet de sélectionner des batteries au lithium adaptées à l'emballage pour améliorer la durée de vie des outils électriques.