Тази статия анализира причините за нулево напрежение. Фокусира се върху феномена на нулево напрежение в батерията, причинено от разкъсване на електрода. Чрез идентифициране на причината за късото съединение, ние се стремим точно да разрешим проблема и да разберем по-добре значението на контролирането на раздробяването на електрода по време на производството.
Експериментирайте
1. Подготовка на батерията
Този експеримент използва литиево-никелов кобалтов манганат (NCM111) като положителен активен материал. Смесете положителния активен материал, SP сажди, PVDF свързващо вещество и NMP разтворител в масово съотношение 66:2:2:30, за да направите каша. Суспензията е покрита върху алуминиево фолио с въглеродно покритие с дебелина 15 μm и количеството на покритието от едната страна е 270 g/m2. Поставете положителния електрод в пещ при температура (120±3) градуса, за да изсъхне за 24 часа, след което се извършва процесът на каландриране, за да се направи уплътнената плътност на електрода 3,28 g/cm3. Отрицателният активен материал използва материал от литиев титанат Li4Ti5O12. Смесете отрицателния активен материал, проводящия агент SP сажди, PVDF свързващо вещество и NMP разтворител в съответствие с масовото съотношение 52:2:2:44, за да направите суспензия. Анодната суспензия е покрита върху алуминиево фолио с въглеродно покритие с дебелина 15 μm, а количеството на покритието от едната страна е 214 g/m2. Поставете отрицателния електрод в пещ при температура (110±3) градуса, за да изсъхне за 24 часа, и след това извършете процес на валцуване, за да направите уплътнената плътност на парчето електрод 1,85g/cm3. Изсушеният електрод се нарязва на парчета с ширина (136,0±1,0) mm, като неравностите на електрода не трябва да надвишават 12 μm. Електролитът използва 1 mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (обемно съотношение 1:1:1). Сепараторът е порест сепаратор от полиетилен (PE) с дебелина 20 μm. Горните материали са сглобени в 66160 клетки с проектен капацитет от 45Ah. След навиване и сглобяване, горният капак на алуминиевата обвивка беше заварен и запечатан и експерименталните клетки бяха поставени в пещ при температура (85±3) градуса, за да изсъхнат за 24 часа.
След изсушаване, пълнене на акумулаторните клетки, като количеството електролит е 200гр. След напълване с електролит клетките се оставят да престоят при стайна температура в продължение на 72 часа. След престоя всички експериментални клетки бяха тествани за напрежение на отворена верига (OCV) и бяха записани вътрешното съпротивление и напрежението на батерията.
2. Тест за зареждане
Когато извършвате анализ на вътрешно съпротивление и напрежение, използвайте тестер за вътрешно съпротивление с променлив ток за тестване. Използвайте 5V-50система за тестване на ефективността на батерията с висока точност, за да тествате ефективността на зареждане на батерията. За клетки, които са били оставени да стоят след пълнене, когато извършвате тест за напрежение, първо свържете клетката на късо, за да намалите нейното напрежение до 0, което е клетка с нулево напрежение.
След това извършете тест за зареждане на клетката с нулево напрежение. Когато температурата на околната среда е (25±3) градуса, за зареждане се използват различни токове (като 1A, 2A и 3A). Експериментите бяха проведени в реда на тока от малък към голям и време от кратко към дълго. Времето за зареждане беше зададено съответно на 5 секунди, 10 секунди и 25 секунди. Наблюдавайте промените в напрежението на батерията след всяко зареждане.
3. Тест за саморазреждане
Използвайте двуизмерен тестер за анализ на неравности на електрода. Използвайте тестер за вътрешно съпротивление за променлив ток за анализ на вътрешно съпротивление и напрежение. Използвайте 5V-50система за тестване на ефективността на батерията с висока точност, за да тествате електрическата ефективност. Използвайте кутия с висока и ниска температура, за да контролирате температурата на клетките. След като клетките с нулево напрежение преди образуването се заредят, предпазителите се сливат и нулевото напрежение вече не се появява. Тествайте нормалния процес на формиране на тази батерия. Процесът на формиране е както следва:
①След като температурата на високотемпературната кутия достигне 120 градуса, изчакайте 120 минути.
②Заредете с ток 1.0 пъти C до напрежението на прекъсване от 2,8 V, след което превключете на зареждане с постоянно напрежение. Крайното време за зареждане е 2 часа.
③Изчакайте 10 минути.
④Разредете с ток 1.0 пъти C до напрежението на прекъсване от 1,5 V и след това превключете на разреждане с постоянно напрежение. Времето за прекъсване на изхвърлянето е 2 часа.
⑤Изчакайте 10 минути.
⑥Повторете стъпки 2 до 5 3 пъти.
⑦Заредете с 1.0 пъти C ток, времето за зареждане е 0.7 часа, след това заредете с 2.3V постоянно напрежение, токът на прекъсване е 0.45A. Провеждане на саморазреждане тест върху образуваните клетки. Използвайте метода за тестване на статично напрежение и тествайте напрежението за не по-малко от два месеца. След като клетките се оставят да престоят при стайна температура (25±5) градуса за 24 часа, напрежението на отворена верига се тества и записва. Впоследствие клетките продължават да стоят при стайна температура за един месец и два месеца, след което напрежението на отворена верига се тества и записва отново.
Резултати и дискусия
1. Сравнение на напрежението на батерията преди формирането
Фигура 1 показва промените в напрежението на батерията по време на 1A и 2A зареждане и след спиране на зареждането. От фигурата може да се види, че батерия с нулево напрежение може приблизително да се разглежда като късо съединение, причинено от вътрешни неравности. Батерията може да издържи тест на ток под 2A в рамките на 1 минута. Когато токът на зареждане е 1A и 2A, поради късо съединение, причинено от вътрешни грапавини, напрежението достига стабилна стойност и повече не се променя. Когато зареждането спре, напрежението бързо се връща до 0.
Продължете да увеличавате тока на зареждане, променете тока на зареждане на 3A и задайте времето за зареждане съответно на 5s, 10s и 25s. Тестовата крива за зареждане на батерията е показана на фигура 2.
Според наблюдението на Фигура 2, когато зарядният ток достигне 3A, промяната на напрежението на батерията е подобна на тази при 1A и 2A зареждане при време за зареждане от 5 секунди и 10 секунди. Тъй като времето за зареждане се удължава, когато времето за зареждане надвиши 10 секунди, напрежението бавно се повишава. Когато времето за зареждане достигне 20 секунди, напрежението се покачва бързо. След като зареждането спре, напрежението пада бавно и предишният феномен на нулево напрежение не се появява за кратък период от време.
Въз основа на скоростта на промяна на напрежението по време на зареждане може да се заключи, че неравностите вътре в батерията са термично стопени поради топлината, генерирана от зареждането. Преди предпазителите да се слеят, напрежението показва бавно нарастващо ниво в рамките на 10 до 20 секунди след началото на зареждането.
След 20 секунди резецът се стопява и напрежението на батерията се покачва бързо. След спиране на зареждането напрежението на батерията бавно намалява. Струва си да се отбележи, че след като предпазителите се слепят, металните примеси все още остават вътре в батерията, причинявайки саморазреждане по-бързо от нормалните батерии. Следователно, след нормализиране на батерията, е необходимо да се тества нейната скорост на саморазреждане.
2. Сравнение на саморазреждането на батерията след формиране
Батерията, избрана за експеримента, се зарежда и разрежда съгласно горния процес на формиране. След стъпка ⑦ нивото на зареждане (SOC) на батерията беше приблизително 80%. Тестът за саморазреждане на батерията беше проведен при стайна температура и сравнен с батерии, съдържащи примеси от същата партида. Данните от теста са показани в таблица 1.
От Таблица 1 може да се види, че саморазреждането на батерията, причинено от ръбове, съществува и оказва влияние върху способността на батерията да поддържа заряд. Анализирането на причините за аномалии на саморазреждане чрез ток на зареждане може интуитивно да отрази необичайната ситуация на раздробяване на електрода по време на производствения процес.
Това показва, че е необходимо допълнително да се засилят изискванията за контрол на процеса по време на производствения процес и да се поддържа фрезата навреме, за да се гарантира производителността на батерията и да се намалят рисковете за безопасността. След издухването на бора, в електрода все още има метални примеси.
Според данните за саморазреждане след измерване на капацитета на батерията може да се заключи, че след като нормална батерия се остави на стайна температура за един месец, напрежението пада с около 7mV; след два месеца напрежението пада с около 10mV. Това показва, че скоростта на саморазреждане на батериите с прекомерни грапавини е по-висока от тази на нормалните батерии. Като се вземе предвид напрежението преди формирането и анализът на данните за саморазреждане след разделяне на капацитета, може да се заключи, че прекомерните неравности ще доведат до ненормално представяне на задържане на заряда на батерията. Неравностите по електродите на батерията няма да изчезнат напълно и ще повлияят на работата на батерията в дългосрочен план.
В обобщение, неравностите имат отрицателно въздействие върху работата на батерията, така че трябва да се вземат мерки за намаляване на образуването на неравности по време на производствения процес, за да се гарантира производителността и безопасността на батерията.
Заключение
В процеса на производство на батерии, контролирането на размера на неравностите на електрода е ключов параметър. Когато резецът причини късо съединение, напрежението на батерията ще стане 0 след пълнене. Чрез зареждане на акумулатор с късо съединение, причинено от брус с малък ток, може да се наблюдава стабилно напрежение. Когато токът достигне стойността на предпазителя, вътре в батерията все още има метални примеси, които ще продължат да влияят на саморазреждането на батерията, което води до по-висока скорост на саморазреждане в сравнение с нормалните батерии. Този метод може да се използва за идентифициране на късо съединение на батерията, причинено от разкъсвания по време на производството на батерията. Като наблюдаваме промените в напрежението, можем да ръководим засилването на инспекциите на оборудването за рязане, щанцоване и навиване по време на производствения процес на батерията, за да избегнем производството на големи количества неквалифицирани батерии. Ето защо, чрез зареждане на батерии с късо съединение, причинени от разкъсвания, с нисък ток и наблюдение на промените в напрежението, проблемите в процеса на производство на батерията могат да бъдат ефективно идентифицирани и съответните контроли на процеса могат да бъдат насочени, за да се гарантира качеството и производителността на батерията.
