Aquest article analitza les causes de la tensió zero. Centrat en el fenomen de tensió zero a la bateria causat per rebaves d'elèctrodes. En identificar la causa del curtcircuit, pretenem resoldre el problema amb precisió i comprendre millor la importància de controlar les rebaves dels elèctrodes durant la producció.
Experimenta
1. Preparació de la bateria
Aquest experiment utilitza material de manganat de níquel-liti-cobalt (NCM111) com a material actiu positiu. Barregeu el material actiu positiu, el negre de carboni SP, l'aglutinant de PVDF i el dissolvent NMP en una proporció de massa de 66:2:2:30 per fer una pasta. La pasta està recoberta d'un paper d'alumini recobert de carboni de 15 μm de gruix i la quantitat de recobriment per una cara és de 270 g/m2. Col·loqueu l'elèctrode positiu en un forn a una temperatura de (120 ± 3) graus perquè s'assequi durant 24 hores, i després es realitza el procés de calandrat per fer que la densitat compactada de l'elèctrode sigui de 3,28 g/cm3. El material actiu negatiu utilitza material de titanat de liti Li4Ti5O12. Barregeu el material actiu negatiu, l'agent conductor SP de negre de carboni, l'aglutinant PVDF i el dissolvent NMP segons la proporció de massa de 52:2:2:44 per fer una purina. La suspensió d'ànode està recoberta d'un paper d'alumini recobert de carboni de 15 μm de gruix i la quantitat de recobriment per una cara és de 214 g/m2. Col·loqueu l'elèctrode negatiu en un forn a una temperatura de (110 ± 3) graus perquè s'assequi durant 24 hores, i després realitzeu un procés de laminació per fer que la densitat compactada de la peça de l'elèctrode sigui d'1,85 g/cm3. L'elèctrode sec es talla en trossos amb una amplada de (136,0 ± 1,0) mm i les rebaves de l'elèctrode no han de superar els 12 μm. L'electròlit utilitza 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (proporció de volum 1:1:1). El separador és un separador porós de polietilè (PE) de 20 μm de gruix. Els materials anteriors estan acoblats en 66160 cel·les amb una capacitat de disseny de 45 Ah. Després de l'enrotllament i el muntatge, la coberta superior de la carcassa d'alumini es va soldar i segellar, i les cèl·lules experimentals es van col·locar en un forn a una temperatura de (85 ± 3) graus per assecar-se durant 24 hores.
Després de l'assecat, omplir les cèl·lules de la bateria i la quantitat d'electròlit és de 200 g. Després d'omplir l'electròlit, les cèl·lules es van deixar reposar a temperatura ambient durant 72 hores. Després de la parada, es van provar totes les cèl·lules experimentals per a la tensió de circuit obert (OCV) i es van registrar la resistència interna i la tensió de la bateria.
2. Prova de càrrega
Quan realitzeu anàlisis de resistència interna i tensió, utilitzeu un provador de resistència interna de CA per fer proves. Utilitzeu el sistema de prova de rendiment de la bateria d'alta precisió de 5 V-50 per provar el rendiment de càrrega de la bateria. Per a les cèl·lules que s'han deixat en peu després d'omplir-se, quan feu una prova de tensió, primer curtcircuiteu la cel·la per reduir-ne la tensió a 0, que és una cel·la de tensió zero.
A continuació, feu una prova de càrrega a la cel·la de tensió zero. Quan la temperatura ambient és de (25 ± 3) graus, s'utilitzen diferents corrents (com ara 1A, 2A i 3A) per a la càrrega. Els experiments es van realitzar en l'ordre de corrent de petit a gran i de temps de curt a llarg. El temps de càrrega es va establir en 5 segons, 10 segons i 25 segons respectivament. Observeu els canvis de voltatge de la bateria després de cada temps de càrrega.
3.Prova d'autodescàrrega
Utilitzeu un tester bidimensional per a l'anàlisi de rebaves d'elèctrodes. Utilitzeu un provador de resistència interna de CA per a l'anàlisi de resistència interna i tensió. Utilitzeu un sistema de prova de rendiment de la bateria d'alta precisió de 5 V-50 per provar el rendiment elèctric. Utilitzeu una caixa de temperatura alta i baixa per controlar la temperatura de les cel·les. Després de carregar les cèl·lules de tensió zero abans de la formació, les rebaves es fonen i la tensió zero ja no apareix. Proveu el procés de formació normal d'aquesta bateria. El procés de formació és el següent:
①Un cop la temperatura de la caixa d'alta temperatura arribi als 120 graus, espereu 120 minuts.
②Càrrega amb 1.0 vegades de corrent C fins a la tensió de tall de 2,8 V i, a continuació, canvia a la càrrega de tensió constant. El temps de tall de càrrega és de 2 hores.
③Espereu 10 minuts.
④Descarregueu amb 1.0 vegades C de corrent fins a la tensió de tall d'1,5 V i, a continuació, canvieu a una descàrrega de tensió constant. El temps de tall de descàrrega és de 2 hores.
⑤Espereu 10 minuts.
⑥Repetiu els passos de 2 a 5 3 vegades.
⑦Càrrega amb 1.0 vegades C de corrent, el temps de càrrega és de 0.7 hores, després carrega amb una tensió constant de 2,3V, el corrent de tall és de 0.45A.Condueix l'autodescàrrega prova sobre les cèl·lules formades. Utilitzeu el mètode de prova de tensió estàtica i proveu la tensió durant no menys de dos mesos. Després de deixar les cèl·lules a temperatura ambient (25 ± 5) graus durant 24 hores, es prova i es registra la tensió del circuit obert. Posteriorment, les cèl·lules van continuar a temperatura ambient durant un mes i dos mesos, i després es va provar i registrar de nou la tensió del circuit obert.
Resultats i discussió
1. Comparació de la tensió de la bateria abans de la formació
La figura 1 mostra els canvis de tensió de la bateria durant la càrrega d'1A i 2A i després d'aturar la càrrega. A la figura es pot veure que una bateria de tensió zero es pot considerar aproximadament com un curtcircuit causat per rebaves internes. La bateria pot suportar una prova de corrent de menys de 2 A en 1 minut. Quan el corrent de càrrega és d'1A i 2A, a causa del curtcircuit causat per les rebaves internes, la tensió assoleix un valor estable i ja no canvia. Quan s'atura la càrrega, la tensió torna ràpidament a 0.
Continueu augmentant el corrent de càrrega, canvieu el corrent de càrrega a 3 A i configureu el temps de càrrega a 5 s, 10 s i 25 s respectivament. La corba de prova de càrrega de la bateria es mostra a la figura 2.
Segons l'observació de la figura 2, quan el corrent de càrrega arriba als 3A, el canvi de tensió de la bateria és similar al de la càrrega d'1A i 2A sota el temps de càrrega de 5 segons i 10 segons. A mesura que s'allarga el temps de càrrega, quan el temps de càrrega supera els 10 segons, la tensió augmenta lentament. Quan el temps de càrrega arriba als 20 segons, la tensió augmenta ràpidament. Després d'aturar la càrrega, la tensió cau lentament i el fenomen anterior de tensió zero no apareix en un curt període de temps.
A partir de la velocitat de canvi de tensió durant la càrrega, es pot concloure que les rebaves dins de la bateria s'han fusionat tèrmicament a causa de la calor generada per la càrrega. Abans que les rebaves es fusionin, la tensió mostra una etapa que augmenta lentament entre 10 i 20 segons després de començar la càrrega.
Després de 20 segons, la rebaba es fon i la tensió de la bateria augmenta ràpidament. Després d'aturar la càrrega, la tensió de la bateria disminueix lentament. Val la pena assenyalar que després de les rebaves, les impureses metàl·liques encara romanen dins de la bateria, provocant una autodescàrrega més ràpida que les bateries normals. Per tant, després de normalitzar la bateria, cal provar la seva velocitat d'autodescàrrega.
2. Comparació de l'autodescàrrega de la bateria després de la formació
La bateria seleccionada per a l'experiment es va carregar i descarregar segons el procés de formació anterior. Després del pas ⑦, l'estat de càrrega (SOC) de la bateria era d'aproximadament el 80%. La prova d'autodescàrrega de la bateria es va realitzar a temperatura ambient i es va comparar amb les bateries que contenien impureses del mateix lot. Les dades de la prova es mostren a la taula 1.
A la taula 1 es pot veure que l'autodescàrrega de la bateria causada per les rebaves existeix i té un impacte en la capacitat de retenció de càrrega de la bateria. L'anàlisi de les causes de les anomalies d'autodescàrrega mitjançant el corrent de càrrega pot reflectir de manera intuïtiva la situació anormal de les rebaves dels elèctrodes durant el procés de fabricació.
Això demostra que és necessari reforçar encara més els requisits de control del procés durant el procés de producció i mantenir el tallador de manera oportuna per garantir el rendiment de la bateria i reduir els riscos de seguretat. Després de bufar la rebava, encara hi ha impureses metàl·liques dins de l'elèctrode.
Segons les dades d'autodescàrrega després de mesurar la capacitat de la bateria, es pot concloure que després de deixar una bateria normal a temperatura ambient durant un mes, la tensió cau uns 7 mV; després de dos mesos, la tensió baixa uns 10 mV. Això demostra que la taxa d'autodescàrrega de les bateries amb rebaves excessives és més gran que la de les bateries normals. Tenint en compte la tensió abans de la formació i l'anàlisi de dades d'autodescàrrega després de la divisió de la capacitat, es pot concloure que les rebaves excessives provocaran un rendiment anormal de retenció de càrrega de la bateria. Les rebaves presents als elèctrodes de la bateria no desapareixeran completament i afectaran el rendiment de la bateria a llarg termini.
En resum, les rebaves tenen un impacte negatiu en el rendiment de la bateria, per la qual cosa s'han de prendre mesures per reduir la formació de rebaves durant el procés de fabricació per garantir el rendiment i la seguretat de la bateria.
Conclusió
En el procés de fabricació de bateries, el control de la mida de les rebaves dels elèctrodes és un paràmetre clau. Quan una rebava provoca un curtcircuit, el voltatge de la bateria es convertirà en 0 després d'omplir-se. En carregar una bateria en curtcircuit causada per una rebaba amb un corrent petit, es pot observar una tensió estable. Quan el corrent arriba al valor del fusible de les rebaves, encara hi ha impureses metàl·liques a l'interior de la bateria, que continuaran afectant l'autodescàrrega de la bateria, donant lloc a una taxa d'autodescàrrega més alta que les bateries normals. Aquest mètode es pot utilitzar per identificar els curtcircuits de la bateria causats per les rebaves durant la fabricació de la bateria. En observar els canvis de tensió, podem guiar l'enfortiment de les inspeccions dels equips de tall, troquelat i bobinat durant el procés de producció de bateries per evitar la producció de grans quantitats de bateries no qualificades. Per tant, carregant bateries en curtcircuit causades per rebaves amb baix corrent i controlant els canvis de tensió, es poden identificar de manera efectiva els problemes en el procés de fabricació de la bateria i es poden guiar els controls de procés rellevants per garantir la qualitat i el rendiment de la bateria.
