W tym artykule analizowane są przyczyny zerowego napięcia. Skupiono się na zjawisku zerowego napięcia w akumulatorze spowodowanym przez zadziory elektrod. Poprzez identyfikację przyczyny zwarcia, dążymy do precyzyjnego rozwiązania problemu i lepszego zrozumienia znaczenia kontrolowania zadziorów elektrod podczas produkcji.
Eksperyment
1. Przygotowanie akumulatora
W tym eksperymencie użyto materiału litowo-niklowo-kobaltowo-manganowego (NCM111) jako dodatniego materiału aktywnego. Wymieszaj dodatni materiał aktywny, sadzę SP, spoiwo PVDF i rozpuszczalnik NMP w stosunku masowym 66:2:2:30, aby uzyskać zawiesinę. Zawiesina jest powlekana na 15 μm grubości folii aluminiowej pokrytej węglem, a ilość powłoki po jednej stronie wynosi 270 g/m2. Umieść elektrodę dodatnią w piecu w temperaturze (120±3) stopni, aby wyschła przez 24 godziny, a następnie przeprowadzono proces kalandrowania, aby uzyskać zagęszczoną gęstość elektrody 3,28 g/cm3. Ujemny materiał aktywny wykorzystuje materiał tytanianu litu Li4Ti5O12. Wymieszaj ujemny materiał aktywny, przewodzący środek sadzy SP, spoiwo PVDF i rozpuszczalnik NMP zgodnie ze stosunkiem masowym 52:2:2:44, aby uzyskać zawiesinę. Szlam anodowy jest powlekany na 15 μm grubości folii aluminiowej pokrytej węglem, a ilość powłoki po jednej stronie wynosi 214 g/m2. Umieść elektrodę ujemną w piecu w temperaturze (110 ± 3) stopni, aby wyschła przez 24 godziny, a następnie wykonaj proces walcowania, aby uzyskać zagęszczoną gęstość kawałka elektrody 1,85 g/cm3. Wysuszoną elektrodę tnie się na kawałki o szerokości (136,0 ± 1,0) mm, a zadziory elektrody nie powinny przekraczać 12 μm. Elektrolit wykorzystuje 1 mol/l LiPF6/EC+EMC+DMC (stosunek objętości 1:1:1). Separatorem jest 20 μm grubości polietylen (PE) porowaty separator. Powyższe materiały są montowane w ogniwach 66160 o projektowanej pojemności 45 Ah. Po nawinięciu i złożeniu, górna pokrywa aluminiowej obudowy została zespawana i uszczelniona, a ogniwa eksperymentalne umieszczono w piecu o temperaturze (85 ± 3) stopni w celu wyschnięcia na 24 godziny.
Po wysuszeniu, napełnieniu ogniw baterii, ilość elektrolitu wynosi 200 g. Po napełnieniu elektrolitem, ogniwa pozostawiono w temperaturze pokojowej na 72 godziny. Po odstaniu, wszystkie ogniwa eksperymentalne przetestowano pod kątem napięcia w obwodzie otwartym (OCV), a rezystancja wewnętrzna i napięcie baterii zostały zarejestrowane.
2. Test ładowania
Podczas przeprowadzania analizy rezystancji wewnętrznej i napięcia, do testowania należy użyć testera rezystancji wewnętrznej AC. Do testowania wydajności ładowania akumulatora należy użyć 5V-50A, wysoce precyzyjnego systemu testowania wydajności akumulatora. W przypadku ogniw pozostawionych po napełnieniu, podczas wykonywania testu napięcia, należy najpierw zewrzeć ogniwo, aby zmniejszyć jego napięcie do 0, co jest ogniwem o zerowym napięciu.
Następnie wykonaj test ładowania na ogniwie o zerowym napięciu. Gdy temperatura otoczenia wynosi (25±3) stopni, do ładowania używane są różne natężenia prądu (takie jak 1A, 2A i 3A). Eksperymenty przeprowadzono w kolejności natężenia prądu od małego do dużego i czasu od krótkiego do długiego. Czas ładowania ustawiono odpowiednio na 5 sekund, 10 sekund i 25 sekund. Obserwuj zmiany napięcia akumulatora po każdym czasie ładowania.
3.Test samorozładowania
Użyj dwuwymiarowego testera do analizy zadziorów elektrod. Użyj testera rezystancji wewnętrznej AC do analizy rezystancji wewnętrznej i napięcia. Użyj 5V-50A wysoce precyzyjnego systemu testowania wydajności baterii do testowania wydajności elektrycznej. Użyj skrzynki o wysokiej i niskiej temperaturze do kontrolowania temperatury ogniw. Po naładowaniu ogniw o zerowym napięciu przed formowaniem zadziory się łączą i napięcie zerowe nie pojawia się już. Przetestuj normalny proces formowania tej baterii. Proces formowania jest następujący:
①Gdy temperatura w pojemniku wysokotemperaturowym osiągnie 120 stopni, odczekaj 120 minut.
②Naładuj prądem 1,0 razy C do napięcia odcięcia 2,8 V, a następnie przełącz na ładowanie stałym napięciem. Czas odcięcia ładowania wynosi 2 godziny.
③Poczekaj 10 minut.
④Rozładuj prądem 1,0 razy C do napięcia odcięcia 1,5 V, a następnie przełącz na rozładowanie stałym napięciem. Czas odcięcia rozładowania wynosi 2 godziny.
⑤Poczekaj 10 minut.
⑥Powtórz kroki 2 do 5 3 razy.
⑦Ładowanie prądem 1,0 razy C, czas ładowania wynosi 0.7 godzin, następnie ładowanie stałym napięciem 2,3 V, prąd odcięcia wynosi 0.45A.Przeprowadzenie testu samorozładowania uformowanych ogniw. Zastosuj metodę testowania napięcia statycznego i testuj napięcie przez nie mniej niż dwa miesiące. Po pozostawieniu ogniw w temperaturze pokojowej (25±5) stopni przez 24 godziny, napięcie obwodu otwartego jest testowane i rejestrowane. Następnie ogniwa nadal stały w temperaturze pokojowej przez jeden i dwa miesiące, a następnie napięcie obwodu otwartego jest testowane i rejestrowane ponownie.
Wyniki i dyskusja
1. Porównanie napięcia akumulatora przed formowaniem
Rysunek 1 pokazuje zmiany napięcia akumulatora podczas ładowania 1A i 2A oraz po zatrzymaniu ładowania. Z rysunku wynika, że akumulator o zerowym napięciu można w przybliżeniu uznać za zwarcie spowodowane wewnętrznymi zadziorami. Akumulator może wytrzymać test prądowy mniejszy niż 2A w ciągu 1 minuty. Gdy prąd ładowania wynosi 1A i 2A, z powodu zwarcia spowodowanego wewnętrznymi zadziorami napięcie osiąga stabilną wartość i już się nie zmienia. Po zatrzymaniu ładowania napięcie szybko powraca do 0.
Kontynuuj zwiększanie prądu ładowania, zmień prąd ładowania na 3A i ustaw czas ładowania odpowiednio na 5s, 10s i 25s. Krzywa testu ładowania akumulatora jest pokazana na rysunku 2.
Zgodnie z obserwacją na Rysunku 2, gdy prąd ładowania osiąga 3A, zmiana napięcia akumulatora jest podobna do tej przy ładowaniu 1A i 2A w czasie ładowania 5 sekund i 10 sekund. W miarę wydłużania się czasu ładowania, gdy czas ładowania przekracza 10 sekund, napięcie powoli rośnie. Gdy czas ładowania osiąga 20 sekund, napięcie rośnie szybko. Po zatrzymaniu ładowania napięcie powoli spada, a poprzednie zjawisko zerowego napięcia nie pojawia się w krótkim okresie czasu.
Na podstawie szybkości zmiany napięcia podczas ładowania można wnioskować, że zadziory wewnątrz akumulatora zostały termicznie stopione z powodu ciepła generowanego podczas ładowania. Zanim zadziory się stopią, napięcie wykazuje powoli rosnący etap w ciągu 10 do 20 sekund po rozpoczęciu ładowania.
Po 20 sekundach następuje stopienie zadziorów, a napięcie akumulatora gwałtownie wzrasta. Po zatrzymaniu ładowania napięcie akumulatora powoli spada. Warto zauważyć, że po stopieniu zadziorów wewnątrz akumulatora nadal pozostają zanieczyszczenia metalowe, powodując szybsze samorozładowanie niż w przypadku normalnych akumulatorów. Dlatego po normalizacji akumulatora należy sprawdzić jego szybkość samorozładowania.
2. Porównanie samorozładowania baterii po uformowaniu
Wybrany do eksperymentu akumulator ładowano i rozładowywano zgodnie z powyższym procesem formowania. Po kroku ⑦ stan naładowania (SOC) akumulatora wynosił około 80%. Test samorozładowania akumulatora przeprowadzono w temperaturze pokojowej i porównano z akumulatorami zawierającymi zanieczyszczenia z tej samej partii. Dane testowe przedstawiono w Tabeli 1.
Z Tabeli 1 wynika, że samorozładowanie akumulatora spowodowane zadziorami istnieje i ma wpływ na zdolność akumulatora do zatrzymywania ładunku. Analiza przyczyn nieprawidłowości samorozładowania za pomocą prądu ładowania może intuicyjnie odzwierciedlać nieprawidłową sytuację zadziorów elektrody w procesie produkcyjnym.
Pokazuje to, że konieczne jest dalsze wzmocnienie wymagań kontroli procesu w trakcie procesu produkcyjnego i terminowe utrzymanie noża, aby zapewnić wydajność baterii i zmniejszyć zagrożenia bezpieczeństwa. Po przedmuchaniu zadzioru wewnątrz elektrody nadal znajdują się zanieczyszczenia metalowe.
Zgodnie z danymi dotyczącymi samorozładowania po zmierzeniu pojemności akumulatora można wnioskować, że po pozostawieniu normalnego akumulatora w temperaturze pokojowej przez jeden miesiąc napięcie spada o około 7 mV; po dwóch miesiącach napięcie spada o około 10 mV. Pokazuje to, że szybkość samorozładowania akumulatorów z nadmiernymi zadziorami jest większa niż w przypadku normalnych akumulatorów. Biorąc pod uwagę napięcie przed utworzeniem i analizę danych dotyczących samorozładowania po podziale pojemności, można wnioskować, że nadmierne zadziory doprowadzą do nieprawidłowej wydajności zatrzymywania ładunku akumulatora. Zadziory obecne na elektrodach akumulatora nie znikną całkowicie i wpłyną na wydajność akumulatora w dłuższej perspektywie.
Podsumowując, zadziory mają negatywny wpływ na wydajność akumulatora, dlatego należy podjąć środki mające na celu ograniczenie powstawania zadziorów w procesie produkcyjnym, aby zapewnić wydajność i bezpieczeństwo akumulatora.
Wniosek
W procesie produkcji baterii kontrola wielkości zadziorów elektrod jest kluczowym parametrem. Gdy zadzior powoduje zwarcie, napięcie baterii po napełnieniu będzie wynosić 0. Ładując baterię zwartą przez zadzior małym prądem, można zaobserwować stabilne napięcie. Gdy prąd osiągnie wartość bezpiecznika zadziorów, wewnątrz baterii nadal znajdują się zanieczyszczenia metalowe, które będą nadal wpływać na samorozładowanie baterii, co spowoduje wyższy wskaźnik samorozładowania niż w przypadku normalnych baterii. Tę metodę można wykorzystać do identyfikacji zwarć baterii spowodowanych zadziorami podczas produkcji baterii. Obserwując zmiany napięcia, możemy pokierować wzmocnieniem kontroli urządzeń do cięcia, wycinania i nawijania podczas procesu produkcji baterii, aby uniknąć produkcji dużych ilości niekwalifikowanych baterii. Dlatego też, ładując baterie zwarte przez zadziory niskim prądem i monitorując zmiany napięcia, można skutecznie zidentyfikować problemy w procesie produkcji baterii i pokierować odpowiednimi kontrolami procesu, aby zapewnić jakość i wydajność baterii.
