リチウムイオン電池の製造プロセスでは、形成は重要な手順です。この記事では、内部抵抗、容量、サイクル寿命を含むバッテリー性能に対する形成条件（形成電流、形成電圧、形成温度、および外部圧力）の影響について説明します。Tob New Energy提供しますバッテリーフォーメーションマシンバッテリーラボの研究の生産ニーズを満たすためのさまざまな仕様のバッテリー生産ライン.
形成とは、電解質注入後の初期充電プロセスと休息を指し、その間に固体電解質間期（SEI）層が形成されます。形成プロトコルの変動により、SEI層がわずかに異なります。 SEI層の形態は、速度能力、高電圧安定性、特にサイクル寿命など、細胞性能に直接影響します。
以下は、形成条件が細胞のパフォーマンスにどのように影響するかの詳細な分析です。
1。形成電流
研究によると、電流密度が低いことが、堅牢なSEI層の形成を促進することが示されています。 SEI形成には、核形成と成長の2つの段階が含まれます。高電流密度は核生成を促進し、アノード表面への接着が不十分な多孔質SEI構造につながります。逆に、電流密度が低い核形成が遅く、密度の高いSEI層が生成されます。ただし、多孔質SEIは電解質への浸潤性を高めることができ、低電流密度の下で形成されたSEIと比較してイオン導電率が高くなります。
従来の低電流の前充電方法は、安定した密なSEIを形成するのに役立ちますが、低電流充電が長く増加し、SEIインピーダンスが増加し、速度能力とサイクル寿命に悪影響を及ぼします。さらに、低電流層は生産時間を延長し、製造効率を低下させます。これに対処するために、一定電流（CC）フェーズ中の段階的電流形成プロトコルが提案されています。このアプローチは、偏光を減らし、電荷容量を改善し、形成時間を短縮し、効率を向上させます。
図1（a）形成中のグラファイト表面上のSEI形成、および（b）SEI構造に対する形成電流密度の効果。
2。フォーメーション電圧
異なる形成電圧は、電極の表面条件、内部抵抗、サイクル性能に大きく影響します。たとえば、3.5 Vと4.2 Vのカットオフ電圧を比較した研究では、4.2 Vのカットオフがより高い充電容量を生成しますが、4.2 Vで形成された3.5 Vよりも4.1％低い充電退去効率が得られることがわかりました。
3。充電状態（SOC）
SOCは、フォーメーションの最適化における重要なパラメーターです。充電/排出電圧と相まって、老化中のSOCレベルの変化は、異なる程度の反応性を誘発し、SEI特性を変化させ、最終的にはバッテリー性能を誘発します。実験結果は、25％のSOCが老化前後のより高いインピーダンスと低容量の保持につながることを示しています。最適なプロトコルには、100％SoCへの充電が含まれ、室温で老化することにより、25％SOC（つまり、75％SOCの維持）に排出します。この方法は、最も高い初期排出能力と容量保持を達成します。
4。形成温度
ポリマーリチウムイオン電池の場合、高温形成はより完全なSEI形成を促進し、分離器の濡れ性を高め、ガス生成を減らします。ただし、低温層は、リチウム塩の減少が遅くなることを支持し、秩序化された密なSEI堆積を可能にし、サイクル寿命を延ばします。高温のSEI層はイオン導電率が高いことを示しますが、溶解の加速と溶媒の共摂取による不安定性はサイクルのパフォーマンスを悪化させます。ほとんどのメーカーは、サイクルとストレージのパフォーマンスを改善するために、高温老化（30〜60度）を採用しています。
5。外部圧力
形成中のガス生成は、電極間の距離を増加させ、リチウムイオン輸送経路を延長し、インピーダンスを上げ、それにより容量を減らします。中程度の圧力を適用すると、ガスが排除され、電極が密着し、変形を最小限に抑え、形成能力、レート能力、サイクル寿命が改善されます。死後分析により、圧力が不十分な場合はアノードにリチウムメッキを引き起こすことが明らかになり、最適な圧力はそのような欠陥を防ぎます。
まとめ：
フォーメーションプロセスは、リチウムイオンバッテリーの性能において決定的な役割を果たします。フォーメーションの電流、電圧、温度、および外部圧力の最適化は、バッテリー特性を強化するために重要です。ただし、個々のパラメーター調整により、限られた改善が得られます。バッテリーのパフォーマンスを最大化するには、全体的な最適化戦略が不可欠です。
