Acest articol analizează cauzele tensiunii zero. Axat pe fenomenul de tensiune zero în baterie cauzat de bavurile electrozilor. Prin identificarea cauzei scurtcircuitului, ne propunem să rezolvăm problema cu precizie și să înțelegem mai bine importanța controlului bavurilor electrozilor în timpul producției.
Experiment
1. Pregătirea bateriei
Acest experiment folosește material manganat de litiu nichel cobalt (NCM111) ca material activ pozitiv. Amestecați materialul activ pozitiv, negru de fum SP, liantul PVDF și solventul NMP la un raport de masă de 66:2:2:30 pentru a face o suspensie. Suspensia este acoperită pe o folie de aluminiu acoperită cu carbon de 15 μm grosime, iar cantitatea de acoperire pe o parte este de 270 g/m2. Puneți electrodul pozitiv într-un cuptor la o temperatură de (120±3) grade pentru a se usuca timp de 24 de ore, apoi se efectuează procesul de calandrare pentru a face densitatea compactată a electrodului 3,28 g/cm3. Materialul activ negativ folosește materialul de titanat de litiu Li4Ti5O12. Se amestecă materialul activ negativ, agentul conductiv SP negru de fum, liantul PVDF și solventul NMP conform raportului de masă de 52:2:2:44 pentru a face o suspensie. Suspensia de anod este acoperită pe o folie de aluminiu acoperită cu carbon de 15 μm grosime, iar cantitatea de acoperire pe o parte este de 214 g/m2. Puneți electrodul negativ într-un cuptor la o temperatură de (110±3) grade pentru a se usuca timp de 24 de ore, apoi efectuați un proces de rulare pentru a face densitatea compactată a piesei de electrod 1,85 g/cm3. Electrodul uscat este tăiat în bucăți cu o lățime de (136,0±1,0) mm, iar bavurile electrodului nu trebuie să depășească 12μm. Electrolitul folosește 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (raport de volum 1:1:1). Separatorul este un separator poros din polietilenă (PE) cu grosimea de 20 μm. Materialele de mai sus sunt asamblate în 66160 celule cu o capacitate de proiectare de 45 Ah. După înfășurare și asamblare, capacul superior al carcasei de aluminiu a fost sudat și etanșat, iar celulele experimentale au fost plasate într-un cuptor la o temperatură de (85±3) grade pentru a se usuca timp de 24 de ore.
După uscare, umplerea celulelor bateriei, iar cantitatea de electrolit este de 200 g. După umplerea cu electrolit, celulele au fost lăsate să stea la temperatura camerei timp de 72 de ore. După stare, toate celulele experimentale au fost testate pentru tensiunea în circuit deschis (OCV) și au fost înregistrate rezistența internă și tensiunea bateriei.
2. Test de încărcare
Când efectuați o analiză a rezistenței interne și a tensiunii, utilizați un tester de rezistență internă AC pentru testare. Utilizați sistemul de testare a performanței bateriei de 5V-50Un sistem de înaltă precizie pentru a testa performanța de încărcare a bateriei. Pentru celulele care au fost lăsate în picioare după umplere, atunci când efectuați un test de tensiune, mai întâi scurtcircuitați celula pentru a-și reduce tensiunea la 0, care este o celulă cu tensiune zero.
Apoi efectuați un test de încărcare pe celula cu tensiune zero. Când temperatura ambientală este de (25±3) grade, curenți diferiți (cum ar fi 1A, 2A și 3A) sunt utilizați pentru încărcare. Experimentele au fost efectuate în ordinea curentului de la mic la mare și a timpului de la scurt la lung. Timpul de încărcare a fost setat la 5 secunde, 10 secunde și, respectiv, 25 de secunde. Observați modificările tensiunii bateriei după fiecare timp de încărcare.
3. Test de auto-descărcare
Utilizați un tester bidimensional pentru analiza bavurilor electrozilor. Utilizați un tester de rezistență internă AC pentru analiza rezistenței interne și a tensiunii. Utilizați un sistem de testare a performanței bateriei de înaltă precizie de 5 V-50 pentru a testa performanța electrică. Utilizați o cutie de temperatură înaltă și scăzută pentru a controla temperatura celulelor. După ce celulele cu tensiune zero înainte de formare sunt încărcate, fuzibilele bavurilor și tensiunea zero nu mai apare. Testați procesul normal de formare a acestei baterii. Procesul de formare este următorul:
①După ce temperatura casetei de înaltă temperatură atinge 120 de grade, așteptați 120 de minute.
②Încărcați cu curent de 1,0 ori C până la tensiunea de întrerupere de 2,8V, apoi comutați la încărcare cu tensiune constantă. Timpul limită de încărcare este de 2 ore.
③Așteptați 10 minute.
④Descărcați cu curent de 1.0 ori C la tensiunea de întrerupere de 1.5V, apoi treceți la descărcarea de tensiune constantă. Timpul limită de descărcare este de 2 ore.
⑤Așteptați 10 minute.
⑥Repetați pașii de 2 până la 5 3 ori.
⑦Încărcați cu curent de 1.0 ori C, timpul de încărcare este de 0.7 ore, apoi încărcați cu o tensiune constantă de 2.3V, curentul de întrerupere este de 0.45A. Descărcați automat. test pe celulele formate. Utilizați metoda de testare a tensiunii statice și testați tensiunea timp de nu mai puțin de două luni. După ce celulele sunt lăsate la temperatura camerei (25±5) grade timp de 24 de ore, tensiunea în circuit deschis este testată și înregistrată. Ulterior, celulele au continuat să stea la temperatura camerei timp de o lună și două luni, iar apoi tensiunea în circuit deschis a fost testată și înregistrată din nou.
Rezultate și discuții
1. Comparația tensiunii bateriei înainte de formare
Figura 1 arată modificările tensiunii bateriei în timpul încărcării de 1A și 2A și după oprirea încărcării. Din figură se poate observa că o baterie cu tensiune zero poate fi privită aproximativ ca un scurtcircuit cauzat de bavuri interne. Bateria poate rezista la un test de curent de mai puțin de 2A în decurs de 1 minut. Când curentul de încărcare este de 1A și 2A, din cauza scurtcircuitului cauzat de bavurile interne, tensiunea atinge o valoare stabilă și nu se mai modifică. Când încărcarea este oprită, tensiunea revine rapid la 0.
Continuați să creșteți curentul de încărcare, schimbați curentul de încărcare la 3A și setați timpul de încărcare la 5s, 10s și, respectiv, 25s. Curba de testare a încărcării bateriei este prezentată în Figura 2.
Conform observației din Figura 2, atunci când curentul de încărcare ajunge la 3A, schimbarea tensiunii bateriei este similară cu cea a încărcării de 1A și 2A sub timpul de încărcare de 5 secunde și 10 secunde. Pe măsură ce timpul de încărcare se prelungește, atunci când timpul de încărcare depășește 10 secunde, tensiunea crește încet. Când timpul de încărcare ajunge la 20 de secunde, tensiunea crește rapid. După oprirea încărcării, tensiunea scade încet, iar fenomenul anterior de tensiune zero nu apare într-o perioadă scurtă de timp.
Pe baza vitezei de schimbare a tensiunii în timpul încărcării, se poate concluziona că bavurile din interiorul bateriei au fost fuzionate termic din cauza căldurii generate de încărcare. Înainte ca bavurile să se fuzioneze, tensiunea arată o treaptă de creștere lentă în 10 până la 20 de secunde după începerea încărcării.
După 20 de secunde, bavurile fuzibile, iar tensiunea bateriei crește rapid. După oprirea încărcării, tensiunea bateriei scade lent. Este demn de remarcat faptul că, după fuzibile, impuritățile metalice rămân încă în interiorul bateriei, provocând autodescărcare mai rapidă decât bateriile normale. Prin urmare, după normalizarea bateriei, este necesar să testați rata de autodescărcare a acesteia.
2. Comparație între autodescărcarea bateriei după formare
Bateria selectată pentru experiment a fost încărcată și descărcată conform procesului de formare de mai sus. După pasul ⑦, starea de încărcare (SOC) a bateriei a fost de aproximativ 80%. Testul de auto-descărcare a bateriei a fost efectuat la temperatura camerei și comparat cu bateriile care conțin impurități din același lot. Datele de testare sunt prezentate în tabelul 1.
Din Tabelul 1 se poate observa că autodescărcarea bateriei cauzată de bavuri există și are un impact asupra capacității de reținere a încărcării bateriei. Analizarea cauzelor anomaliilor de auto-descărcare prin curentul de încărcare poate reflecta intuitiv situația anormală a bavurilor electrozilor în timpul procesului de fabricație.
Acest lucru arată că este necesar să se întărească în continuare cerințele de control al procesului în timpul procesului de producție și să se mențină dispozitivul de tăiere în timp util pentru a asigura performanța bateriei și a reduce pericolele de siguranță. După suflarea bavurilor, încă mai există impurități metalice în interiorul electrodului.
Conform datelor de autodescărcare după măsurarea capacității bateriei, se poate concluziona că după ce o baterie normală este lăsată la temperatura camerei timp de o lună, tensiunea scade cu aproximativ 7mV; după două luni, tensiunea scade cu aproximativ 10mV. Acest lucru arată că rata de auto-descărcare a bateriilor cu bavuri excesive este mai mare decât cea a bateriilor normale. Luând în considerare tensiunea înainte de formare și analiza datelor de auto-descărcare după împărțirea capacității, se poate concluziona că bavurile excesive vor duce la performanțe anormale de reținere a încărcării bateriei. Bavurile prezente pe electrozii bateriei nu vor dispărea complet și vor afecta performanța bateriei pe termen lung.
Pe scurt, bavurile au un impact negativ asupra performanței bateriei, așa că trebuie luate măsuri pentru a reduce formarea de bavuri în timpul procesului de fabricație pentru a asigura performanța și siguranța bateriei.
Concluzie
În procesul de fabricare a bateriilor, controlul dimensiunii bavurilor electrozilor este un parametru cheie. Când o bavură provoacă un scurtcircuit, tensiunea bateriei va deveni 0 după umplere. Prin încărcarea unei baterii în scurtcircuit cauzată de o bavură cu un curent mic, se poate observa o tensiune stabilă. Când curentul atinge valoarea siguranței bavurilor, încă mai există impurități metalice în interiorul bateriei, care vor continua să afecteze autodescărcarea bateriei, rezultând o rată de autodescărcare mai mare decât bateriile normale. Această metodă poate fi utilizată pentru a identifica scurtcircuite ale bateriei cauzate de bavuri în timpul fabricării bateriei. Prin observarea schimbărilor de tensiune, putem ghida consolidarea inspecțiilor echipamentelor de tăiere, tăiere și bobinare în timpul procesului de producție a bateriilor pentru a evita producerea de cantități mari de baterii necalificate. Prin urmare, prin încărcarea bateriilor în scurtcircuit cauzate de bavuri cu curent scăzut și monitorizarea schimbărilor de tensiune, pot fi identificate eficient problemele din procesul de fabricare a bateriilor și pot fi ghidate controalele relevante ale procesului pentru a asigura calitatea și performanța bateriei.
