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Was ist der Prozess der Batterieformation und -kapazitätsbewertung?

October 27 , 2025

Wie läuft die Batterieformation und Kapazitätsbewertung ab?

Im Herstellungsprozess von Lithiumbatterien sind Formierung und Kapazitätsbewertung entscheidende Schritte, die Leistung und Lebensdauer der Batterie bestimmen. Das Prinzip der Kapazitätsbewertung dient als theoretische Grundlage, während Formierungs- und Bewertungsverfahren die Produktkonsistenz und -zuverlässigkeit gewährleisten. Nachfolgend finden Sie einen detaillierten Überblick über beide Konzepte und ihre Funktionsweise.

1. Was ist Formations- und Kapazitätsbewertung?

Bildung:

Bezieht sich auf eine Reihe technologischer Behandlungen, die beim ersten Laden der Batterie angewendet werden, um ihre Leistung zu stabilisieren, darunter Laden und Entladen mit geringem Strom und Ruhen bei konstanter Temperatur usw.

Kapazitätsbewertung:

Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich dabei um eine Kapazitätsklassifizierung und Leistungssortierung, bei der Batterien nach ihren Leistungsparametern gefiltert und klassifiziert werden.

2. Entstehungsprozess und Prinzip einer Lithiumbatterie

Während des anfänglichen Lade- und Entladevorgangs einer Lithium-Ionen-Batterie reagieren die als Elektrolyt verwendeten nicht-protonischen Lösungsmittel unvermeidlich an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt und bilden einen Passivierungsfilm auf der Elektrodenoberfläche. Dieser Film wird als elektronisolierende Schicht oder Festelektrolyt-Grenzflächenschicht (SEI-Film) bezeichnet.

Berichten zufolge besteht der Passivierungsfilm aus Li₂O, LiF, LiCl, Li₂CO₃, LiCO₂–R, Alkoholaten und nichtleitenden Polymeren. Er weist eine mehrschichtige Struktur auf – die dem Elektrolyten zugewandte Seite ist porös, während die der Elektrode zugewandte Seite dicht ist.

Die Bildung des SEI-Films hat einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung von Elektrodenmaterialien.
Einerseits verbraucht die Bildung des SEI-Films einen Teil der Lithiumionen, wodurch die irreversible Kapazität der ersten Ladung/Entladung erhöht und die Ladung/Entladung-Effizienz des Elektrodenmaterials verringert wird.
Da der SEI-Film in organischen Lösungsmitteln unlöslich ist, bleibt er in der organischen Elektrolytlösung stabil. Lösungsmittelmoleküle können nicht in die SEI-Schicht eindringen, wodurch eine Kointerkalation des Lösungsmittels wirksam verhindert und Schäden an den Elektrodenmaterialien vermieden werden. Dies verbessert die Zyklenleistung und Lebensdauer der Elektrode erheblich.

Die Qualität des Formierungsprozesses bestimmt die Qualität des SEI-Films und wirkt sich direkt auf die Lebensdauer, Stabilität, Selbstentladungsrate, Sicherheit und andere elektrochemische Eigenschaften der Batterie aus. Daher entwickeln Batteriehersteller basierend auf ihren Produktionspraktiken geeignete Formierungs- und Sortierprozesse sowie Parameter, um sicherzustellen, dass die Batterien maximale Kapazität, beste Stabilität und längste Lebensdauer erreichen.

Die Batterieformierung erfordert lange Lade- und Entladezyklen. Während des Ladevorgangs ist eine präzise Steuerung von Lade- und Entladespannung, -strom und Impulswellenform erforderlich, um einen Anstieg der SEI-Filmimpedanz zu verhindern, der sich negativ auf die Hochstrom-Entladeleistung von Lithium-Ionen-Batterien auswirken würde. Eine präzise Steuerung verbessert zudem die Effizienz des Formierungsprozesses.

Wenn beispielsweise in LiFePO₄-Systemen die Ladespannung 3,7 V übersteigt, kann dies die Kristallstruktur von LiFePO₄ beschädigen und dadurch die Zyklenleistung der Batterie verringern.

3. Schritte zur Einstufung der Lithiumbatteriekapazität

Die Einstufung der Batteriekapazität erfolgt über eine Batterieformations- und -bewertungssystem (Da Formation und Grading auf ähnlichen Prinzipien beruhen, sind beide Funktionen in einem Schrank integriert.) Der Formations- und Gradingschrank funktioniert im Wesentlichen wie ein Mehrkanal-Ladegerät, das eine große Anzahl von Zellen gleichzeitig laden und entladen kann.

Während des Einstufungsprozesses werden Daten von jedem Testpunkt gesammelt und von einem Computersystem verwaltet, um Parameter wie Kapazität und Innenwiderstand zu analysieren und das Qualitätsniveau jeder Zelle zu bestimmen – dieser Prozess wird als Kapazitätseinstufung bezeichnet.

Nach der ersten Kapazitätsbewertung müssen die Batterien eine Ruhezeit von in der Regel mindestens 15 Tagen einhalten. Während dieser Zeit können inhärente Qualitätsprobleme wie übermäßige Selbstentladung und erhöhter Innenwiderstand auftreten. Nach der Ruhezeit werden die Batterien erneut getestet und neu bewertet. Batterien, die die Kapazitätsstandards nicht erfüllen oder Qualitätsprobleme aufweisen, werden aussortiert.

Ein weiterer Zweck der Kapazitätsbewertung ist die Klassifizierung und Gruppierung von Batterien. Dabei werden Zellen mit ähnlichem Innenwiderstand und ähnlicher Kapazität für die Kombination ausgewählt. Nur Zellen mit ähnlicher Leistung werden zu einem Batteriepack kombiniert. Beispielsweise benötigen Power-Batteriepacks oft Zehntausende von Zellen, um den Energiebedarf von Elektrofahrzeugen zu decken. Aufgrund der Komplexität des Systems ist das Verhalten eines Batteriepacks individuell, und die Leistung des Packs lässt sich nicht durch einfaches Hinzufügen oder Entfernen einzelner Zellen erreichen.

Am Beispiel gängiger Akkupacks mit Reihen- und Parallelschaltungen sollten idealerweise alle Einzelzellen im Akkupack identisch sein. In der Realität weisen jedoch selbst Einzelzellen aus derselben Charge Leistungsunterschiede auf (einschließlich Faktoren wie Kapazität und Innenwiderstand). Im Fertigungsstraße für Lithiumbatteriepacks müssen wir auch Batteriesortiermaschinen um die Batteriespannung und den Innenwiderstand erneut zu sortieren. Obwohl vor dem Zusammenbau des Akkupacks ein Screening durchgeführt wird, ist es dennoch nicht möglich, eine 100%ige Leistungskonsistenz aller Akkus zu garantieren. Darüber hinaus variieren die Wärmeableitungseigenschaften verschiedener Teile aufgrund des Volumens des Akkupacks stark. Daher entsteht ein großer Temperaturgradient in der Temperaturverteilung des Akkupacks. Die oben genannten Faktoren führen dazu, dass die Batterien im Akkupack während des Gebrauchs unterschiedlich schnell entladen werden. In diesem Fall verringert sich die verfügbare Kapazität des Akkupacks (begrenzt durch die Mindestkapazität der in Reihe geschalteten Zellen im Akkupack). Andererseits kann es auch zu einer verringerten Sicherheit des Akkupacks führen. Studien haben gezeigt, dass selbst wenn die Zyklenlebensdauer einer einzelnen Zelle mehr als 1.000 Mal erreichen kann, bei der Bildung eines Akkupacks kein Schutz von Batterie-Balancer Die Zyklenlebensdauer des Akkupacks kann weniger als 200 Mal betragen. Daher ist für ein Akkupack die Konsistenz der einzelnen Zelle ein sehr wichtiger Parameter.

4. Präzisionsanforderungen für Formation und Sortierung

Um die elektrochemischen Eigenschaften der Batterie wie Lebensdauer, Stabilität, Selbstentladung und Sicherheit zu verbessern, muss die Konsistenz von Lithiumbatterien streng kontrolliert oder die Batteriequalität genau bewertet werden. Daher werden sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Strom- und Spannungsmessung von Formations- und Kapazitätsbewertungsgeräten gestellt. Acey Neue Energie verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung in der Batterieausrüstungsbranche und bietet hauptsächlich High-End-Ausrüstung und Komplettlösungen für die Laborforschung an Lithiumbatterien und die Montage von Lithiumbatteriepacks.

Stichworte :

Batterieformations- und -bewertungssystem
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