Tento článek analyzuje příčiny nulového napětí. Zaměřeno na fenomén nulového napětí v baterii způsobené otřepy elektrod. Identifikací příčiny zkratu se snažíme přesně vyřešit problém a lépe porozumět důležitosti kontroly otřepů elektrod během výroby.
Experiment
1. Příprava baterie
Tento experiment používá lithium nikl kobaltmanganátový materiál (NCM111) jako pozitivní aktivní materiál. Smíchejte pozitivní aktivní materiál, saze SP, PVDF pojivo a rozpouštědlo NMP v hmotnostním poměru 66:2:2:30, abyste vytvořili kaši. Kaše je nanesena na hliníkovou fólii potaženou uhlíkem o tloušťce 15 μm a množství potahu na jedné straně je 270 g/m2. Umístěte kladnou elektrodu do sušárny při teplotě (120±3) stupňů, aby se sušila po dobu 24 hodin, a poté se provede proces kalandrování tak, aby hustota zhutnění elektrody byla 3,28 g/cm3. Negativní aktivní materiál používá lithium titanátový materiál Li4Ti5O12. Smíchejte negativní aktivní materiál, SP saze vodivé činidlo, PVDF pojivo a NMP rozpouštědlo v hmotnostním poměru 52:2:2:44, abyste vytvořili kaši. Suspenze anody je nanesena na hliníkovou fólii potaženou uhlíkem o tloušťce 15 μm a množství povlaku na jedné straně je 214 g/m2. Umístěte zápornou elektrodu do sušárny při teplotě (110±3) stupňů, aby se sušila po dobu 24 hodin, a poté proveďte proces válcování tak, aby hustota zhutnění kusu elektrody byla 1,85 g/cm3. Vysušená elektroda se nařeže na kusy o šířce (136,0±1,0) mm a otřepy elektrody by neměly přesáhnout 12μm. Elektrolyt používá 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (objemový poměr 1:1:1). Separátor je 20 μm silný polyethylenový (PE) porézní separátor. Výše uvedené materiály jsou sestaveny do článků 66160 s konstrukční kapacitou 45Ah. Po navinutí a sestavení byl horní kryt hliníkové skořepiny svařen a utěsněn a experimentální články byly umístěny do sušárny při teplotě (85±3) stupňů k sušení po dobu 24 hodin.
Po vysušení, naplnění článků baterie a množství elektrolytu je 200g. Po naplnění elektrolytem byly články ponechány stát při teplotě místnosti po dobu 72 hodin. Po stání byly všechny experimentální články testovány na napětí naprázdno (OCV) a byl zaznamenán vnitřní odpor a napětí baterie.
2. Test nabíjení
Při provádění analýzy vnitřního odporu a napětí použijte k testování AC tester vnitřního odporu. Pomocí 5V-50vysoce přesného testovacího systému výkonu baterie otestujte nabíjecí výkon baterie. U článků, které po naplnění zůstaly stát, při provádění napěťové zkoušky nejprve článek zkratujte, aby se jeho napětí snížilo na 0, což je článek s nulovým napětím.
Poté proveďte test nabíjení na nulovém článku. Když je okolní teplota (25±3) stupňů, používají se pro nabíjení různé proudy (například 1A, 2A a 3A). Experimenty byly prováděny v pořadí proudu od malého k velkému a času od krátkého po dlouhý. Doba nabíjení byla nastavena na 5 sekund, 10 sekund a 25 sekund. Sledujte změny napětí baterie po každé době nabíjení.
3. Test samovybíjení
Pro analýzu otřepů elektrody použijte dvourozměrný tester. Pro analýzu vnitřního odporu a napětí použijte AC tester vnitřního odporu. K testování elektrického výkonu použijte 5V-50vysoce přesný testovací systém výkonu baterie. K ovládání teploty článků použijte box s vysokou a nízkou teplotou. Po nabití článků s nulovým napětím před vytvořením se otřepy roztaví a nulové napětí se již neobjeví. Vyzkoušejte normální proces formování této baterie. Proces formování je následující:
①Poté, co teplota vysokoteplotního boxu dosáhne 120 stupňů, počkejte 120 minut.
②Nabíjejte proudem 1.0 krát C na vypínací napětí 2,8 V, poté přepněte na nabíjení konstantním napětím. Doba přerušení nabíjení je 2 hodiny.
③Počkejte 10 minut.
④Vybijte proudem 1,{1}}krát C na vypínací napětí 1,5 V a poté přepněte na vybíjení konstantním napětím. Doba přerušení vybíjení je 2 hodiny.
⑤Počkejte 10 minut.
⑥Opakujte kroky 2 až 5 3krát.
⑦Nabíjejte proudem 1.0 krát C, doba nabíjení je 0,7 hodiny, poté nabíjejte konstantním napětím 2,3 V, vypínací proud je 0,45 A. Proveďte samovybíjení test na vytvořených buňkách. Použijte metodu testování statického napětí a testujte napětí nejméně dva měsíce. Poté, co se články nechají stát při pokojové teplotě (25±5) stupňů po dobu 24 hodin, je testováno a zaznamenáno napětí naprázdno. Následně články zůstaly stát při pokojové teplotě po dobu jednoho měsíce a dvou měsíců a poté bylo znovu testováno a zaznamenáno napětí naprázdno.
Výsledky a diskuse
1. Porovnání napětí baterie před vytvořením
Obrázek 1 ukazuje změny napětí baterie během nabíjení 1A a 2A a po ukončení nabíjení. Z obrázku je patrné, že beznapěťovou baterii lze přibližně považovat za zkrat způsobený vnitřními otřepy. Baterie vydrží test proudu méně než 2A během 1 minuty. Když je nabíjecí proud 1A a 2A, v důsledku zkratu způsobeného vnitřními otřepy napětí dosáhne stabilní hodnoty a již se nemění. Když se nabíjení zastaví, napětí se rychle vrátí na 0.
Pokračujte ve zvyšování nabíjecího proudu, změňte nabíjecí proud na 3A a nastavte dobu nabíjení na 5s, 10s a 25s. Křivka testu nabíjení baterie je znázorněna na obrázku 2.
Podle pozorování na obrázku 2, když nabíjecí proud dosáhne 3A, je změna napětí baterie podobná jako při nabíjení 1A a 2A po dobu nabíjení 5 sekund a 10 sekund. Jak se doba nabíjení prodlužuje, když doba nabíjení přesáhne 10 sekund, napětí pomalu stoupá. Když doba nabíjení dosáhne 20 sekund, napětí rychle stoupá. Po zastavení nabíjení napětí pomalu klesá a předchozí jev nulového napětí se během krátké doby neobjeví.
Na základě rychlosti změny napětí během nabíjení lze usoudit, že otřepy uvnitř baterie byly tepelně taveny v důsledku tepla generovaného nabíjením. Než se otřepy pojistky, napětí vykazuje pomalu rostoucí stupeň během 10 až 20 sekund po zahájení nabíjení.
Po 20 sekundách se otřepy roztaví a napětí baterie rychle stoupne. Po zastavení nabíjení napětí baterie pomalu klesá. Stojí za zmínku, že po tavení otřepů zůstávají uvnitř baterie stále kovové nečistoty, které způsobují rychlejší samovybíjení než normální baterie. Po normalizaci baterie je proto nutné vyzkoušet její samovybíjení.
2. Porovnání samovybíjení baterie po vytvoření
Baterie vybraná pro experiment byla nabita a vybita podle výše uvedeného procesu vytváření. Po kroku ⑦ byl stav nabití (SOC) baterie přibližně 80 %. Test samovybíjení baterie byl proveden při pokojové teplotě a porovnán s bateriemi obsahujícími nečistoty ze stejné šarže. Údaje o testu jsou uvedeny v tabulce 1.
Z tabulky 1 je vidět, že samovybíjení baterie způsobené otřepy skutečně existuje a má dopad na schopnost baterie udržet nabití. Analýza příčin abnormalit samovybíjení prostřednictvím nabíjecího proudu může intuitivně odrážet abnormální situaci otřepů elektrod během výrobního procesu.
To ukazuje, že je nutné dále posílit požadavky na řízení procesu během výrobního procesu a udržovat frézu včas, aby byla zajištěna výkonnost baterie a snížena bezpečnostní rizika. Po vyfouknutí otřepu jsou uvnitř elektrody ještě kovové nečistoty.
Podle údajů o samovybíjení po změření kapacity baterie lze usoudit, že po ponechání běžné baterie při pokojové teplotě po dobu jednoho měsíce poklesne napětí asi o 7mV; po dvou měsících klesne napětí asi o 10mV. To ukazuje, že rychlost samovybíjení baterií s nadměrnými otřepy je vyšší než u normálních baterií. Vezmeme-li v úvahu napětí před vytvořením a analýzu dat o samovybíjení po rozdělení kapacity, lze dojít k závěru, že nadměrné otřepy povedou k abnormálnímu udržení nabití baterie. Otřepy na elektrodách baterie zcela nezmizí a dlouhodobě ovlivní výkon baterie.
Stručně řečeno, otřepy mají negativní dopad na výkon baterie, takže je třeba přijmout opatření ke snížení tvorby otřepů během výrobního procesu, aby byl zajištěn výkon a bezpečnost baterie.
Závěr
V procesu výroby baterií je klíčovým parametrem kontrola velikosti otřepů elektrod. Když otřepy způsobí zkrat, po naplnění se napětí baterie zvýší na 0. Nabíjením zkratovaného akumulátoru způsobeného otřepům malým proudem lze pozorovat stabilní napětí. Když proud dosáhne hodnoty pojistky proti otřepům, uvnitř baterie jsou stále kovové nečistoty, které budou nadále ovlivňovat samovybíjení baterie, což má za následek vyšší rychlost samovybíjení než u normálních baterií. Tuto metodu lze použít k identifikaci zkratů baterie způsobených otřepy během výroby baterie. Pozorováním změn napětí můžeme usměrnit posílení kontrol zařízení pro řezání, vysekávání a navíjení během procesu výroby baterií, abychom se vyhnuli výrobě velkého množství nekvalifikovaných baterií. Proto nabíjením zkratovaných baterií způsobených otřepy s nízkým proudem a sledováním změn napětí lze efektivně identifikovat problémy v procesu výroby baterií a řídit příslušné procesní kontroly k zajištění kvality a výkonu baterie.
