개요
리튬-이온 배터리의 사이클 성능은 매우 중요합니다. 이는 배터리의 서비스 수명에 영향을 미칠 뿐만 아니라 거시적 관점에서 보면 수명이 길다는 것은 자원 활용도가 더 효율적이라는 것을 의미합니다.
리튬 배터리 산업에 종사하거나 배터리 기술에 관심이 있는 소비자라면 리튬{0}이온 배터리의 사이클 성능에 영향을 미치는 요소를 이해하는 것이 필수적입니다. 다음은 이러한 주요 요인에 대한 자세한 분석입니다.
요인
1. 재료 유형
재료 선택은 리튬{0}}이온 배터리의 사이클 성능을 결정하는 주요 요소입니다. 소재 자체의 사이클 성능이 좋지 않으면 아무리 최적의 공정 설계와 꼼꼼한 제조 공정이라도 배터리 셀의 사이클 수명을 보장할 수 없습니다. 반대로, 우수한 재료를 선택하면 제조 과정에서 특정 결함이 있더라도 일반적으로 사이클 성능이 크게 저하되지 않습니다.
재료 관점에서 볼 때, 전체 배터리의 사이클 성능은 주로 양극과 전해질 조합의 성능 또는 음극과 전해질 조합의 성능 중 더 나쁜 성능에 의해 결정됩니다.
재료의 사이클링 성능이 만족스럽지 못한 경우 다음과 같은 이유가 원인일 수 있습니다. 첫째, 사이클링 중에 결정 구조가 너무 빠르게 변하여 리튬 이온 삽입 및 추출을 방해합니다. 둘째, 활물질과 전해질이 균일하고 조밀한 SEI 막을 형성할 수 없어 활물질의 조기 부반응이 발생하고 전해질 소모가 빨라 사이클 수명이 단축된다.
배터리 셀 설계 단계에서 한쪽 전극에 선택한 재료의 사이클링 성능이 좋지 않으면 다른 전극의 높은 사이클링 성능을 개선할 여지가 제한되어 자원 낭비가 발생할 수 있습니다.
2. 양극 및 음극 압축
양극과 음극의 압축은 배터리 셀의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있지만 과도한 압축은 종종 사이클링 성능에 부정적인 영향을 미칩니다. 이론적으로 압축이 클수록 재료 구조에 더 큰 응력이 가해지며, 리튬{1}}이온 배터리의 지속 가능한 사이클링을 위해서는 안정적인 재료 구조가 필수적입니다. 또한, 높은 압축은 배터리 셀이 여러 사이클을 성공적으로 완료하는 데 중요한 요구 사항인 전극의 액체 유지 능력을 감소시킬 수 있습니다.
3. 수분 함량
배터리 셀에 과도한 수분이 있으면 양극 및 음극 활물질과 부반응이 발생하여 소재 구조가 손상되어 사이클링 성능이 저하될 수 있습니다. 동시에, 높은 수분 수준은 안정적인 SEI 필름 형성에 해롭습니다. 하지만 완전히 제거하기 어려운 미량의 수분에 대해서는 실제로 배터리 셀의 전반적인 성능 밸런스를 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
4. 코팅 면적 밀도
코팅 면적 밀도가 여러 배터리 셀 특성에 동시에 영향을 미치기 때문에 사이클링 성능에만 미치는 영향을 분석하는 것은 거의 불가능합니다. 고르지 못한 영역 밀도는 용량 변화로 이어지거나 셀 와인딩/라미네이트 수에 영향을 미칠 수 있습니다.
동일한 모델, 용량 및 재료의 셀의 경우 면적 밀도를 줄이는 것은 권선 또는 라미네이트 수를 늘려 분리막 수를 늘리는 것과 같습니다. 이는 더 많은 전해질을 흡수하는 데 도움이 되고 사이클링 안정성을 보장합니다.
또한, 낮은 면적 밀도는 셀 속도 성능을 향상시키고 전극 시트 및 베어 셀의 베이킹 및 탈수 공정을 촉진할 수 있습니다. 그러나 면적밀도가 지나치게 낮으면 정밀한 코팅 제어가 어려울 수 있으며, 활물질 입자가 크면 코팅 및 압연에 부정적인 영향을 미칠 수도 있습니다.
레이어 수를 늘리면 사이클링이 향상될 수 있지만 더 많은 포일과 분리막이 필요하므로 비용이 높아지고 에너지 밀도가 낮아집니다. 따라서 설계 및 평가 과정에서 사이클 성능, 속도 성능, 공정 제어 가능성 및 비용 간에 포괄적인 균형을 맞춰야 합니다.
5. 양극 과부하
양극 과부하는 초기 비가역 용량 및 코팅 편차에 영향을 미칠 뿐만 아니라 사이클 성능에도 직접적인 영향을 미칩니다. 리튬 코발트 산화물/흑연 시스템에서 양극 흑연은 종종 사이클링의 "병목 현상"이 됩니다.
양극 저부하가 불충분할 경우 셀의 초기 단계에서 리튬 증착이 발생할 가능성이 적지만 여러 사이클을 거친 후에도 양극 구조는 크게 변하지 않고 양극이 심각하게 손상되어 양극에서 제공되는 리튬 이온을 완전히 흡수하지 못하여 조기 용량 손실이 발생할 수 있습니다.
6. 전해질량
전해질이 부족하면 세포 주기 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 주요 원인으로는 전해질 주입 부족, 전극 침지 부족(예: 과도한 압축 또는 노화 시간 부족), 사이클링 중 전해질 소모 등이 있습니다.
불완전한 SEI 필름은 양극과 전해질 사이의 부반응을 일으킬 수 있습니다. 또한 사이클링 중에 결함이 있는 부분이 지속적으로 수리되므로 가역적 리튬과 전해질이 소모됩니다. 따라서 수백 번의 사이클을 수행할 수 있는 높은-내구성 셀이든, 몇 번의 사이클 후에 성능이 저하되는 셀이든, 충분한 전해질을 확보하면 사이클링 성능이 어느 정도 향상될 수 있습니다.
7. 객관적인 테스트 조건
셀 사이클링 성능 테스트 결과는 충전 및 방전 속도, 차단 전압 및 전류, 과충전 및 과방전 조건, 테스트 온도, 테스트 중단, 셀과 테스트 지점 사이의 접촉 저항 등 다양한 외부 조건의 영향을 받습니다. 게다가, 다양한 재료는 이러한 조건에 대해 다양한 민감도를 가지고 있습니다.
따라서 통일된 테스트 표준을 설정하고 일반적으로 사용되는 재료의 특성을 이해하면 일반적으로 일상적인 테스트 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
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요약
"배럴 원리"와 마찬가지로 세포 순환 성능은 궁극적으로 가장 약한 연결에 의해 결정되며 이러한 요소는 종종 서로 영향을 미칩니다. 동일한 재료와 제조 수준에서 사이클링 성능이 높을수록 일반적으로 에너지 밀도가 낮아집니다. 따라서 핵심은 고객 요구 사항 충족과 일관된 셀 제조 보장 사이의 균형을 찾는 것입니다. 이것이 사이클링 성능 향상의 핵심 과제입니다.
우리에 대해
Acey Intelligent는 ESS, UAV, 전자-자전거, 전자-스쿠터, 전동 공구, 2/3륜차 등에 사용되는 리튬 배터리 팩의 반자동/완전{2}}조립 라인을 위한 원{0}}원스톱 솔루션을 전문적으로 제공합니다. 또한 셀 등급 지정 기계, 배터리 분류 기계, 절연지 접착 기계, CCD 테스터, 수동/자동 스폿 용접기, BMS 테스터, 배터리 종합 테스터, 배터리 팩 테스트 시스템 등
