Ovaj članak analizira uzroke nultog napona. Fokusiran na fenomen nultog napona u bateriji uzrokovanog neravninama na elektrodama. Identificiranjem uzroka kratkog spoja, cilj nam je precizno riješiti problem i bolje razumjeti važnost kontrole neravnina elektroda tokom proizvodnje.
Eksperimentiraj
1. Priprema baterije
Ovaj eksperiment koristi materijal litijum nikl kobalt manganata (NCM111) kao pozitivan aktivni materijal. Pomiješajte pozitivni aktivni materijal, SP čađu, PVDF vezivo i NMP rastvarač u masenom omjeru 66:2:2:30 da napravite kašu. Suspenzija je premazana na 15 μm debeloj aluminijumskoj foliji obloženom ugljenikom, a količina premaza na jednoj strani je 270 g/m2. Pozitivnu elektrodu staviti u pećnicu na temperaturi od (120±3) stepena da se suši 24 sata, a zatim se vrši proces kalandiranja kako bi se zbijena gustina elektrode dobila 3,28g/cm3. Negativni aktivni materijal koristi materijal litij-titanata Li4Ti5O12. Pomiješajte negativni aktivni materijal, SP provodljivo sredstvo za čađu, PVDF vezivo i NMP rastvarač prema masenom omjeru 52:2:2:44 da dobijete kašu. Anodna suspenzija je obložena aluminijskom folijom obloženom ugljikom debljine 15 μm, a količina premaza na jednoj strani je 214 g/m2. Stavite negativnu elektrodu u pećnicu na temperaturi od (110±3) stepena da se suši 24 sata, a zatim obavite proces valjanja kako bi zbijena gustina elektrode bila 1,85 g/cm3. Osušena elektroda se reže na komade širine (136,0±1,0) mm, a neravnine elektrode ne bi trebalo da prelaze 12 μm. Elektrolit koristi 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (omjer volumena 1:1:1). Separator je porozni separator od polietilena (PE) debljine 20 μm. Gore navedeni materijali su sastavljeni u 66160 ćelija projektnog kapaciteta od 45 Ah. Nakon namotavanja i montaže, gornji poklopac aluminijumske školjke je zavaren i zapečaćen, a eksperimentalne ćelije su stavljene u pećnicu na temperaturi (85±3) stepeni da se suše 24 sata.
Nakon sušenja, punjenje ćelija baterije, a količina elektrolita je 200g. Nakon punjenja elektrolitom, ćelije su ostavljene da stoje na sobnoj temperaturi 72 sata. Nakon stajanja, sve eksperimentalne ćelije su testirane na napon otvorenog kola (OCV), a zabilježeni su unutrašnji otpor i napon baterije.
2. Test punjenja
Kada obavljate analizu unutrašnjeg otpora i napona, koristite tester unutrašnjeg otpora naizmenične struje za testiranje. Koristite 5V-50sistem za testiranje performansi baterije visoke preciznosti da testirate performanse punjenja baterije. Za ćelije koje su ostale da stoje nakon punjenja, prilikom izvođenja testa napona, prvo kratko spojite ćeliju da smanjite njen napon na 0, što je ćelija nultog napona.
Zatim izvršite test punjenja na ćeliji nultog napona. Kada je temperatura okoline (25±3) stepena, različite struje (kao što su 1A, 2A i 3A) se koriste za punjenje. Eksperimenti su vođeni redoslijedom struje od malog prema velikom i vremenskim od kratkog do dugog. Vrijeme punjenja je postavljeno na 5 sekundi, 10 sekundi i 25 sekundi. Posmatrajte promjene napona baterije nakon svakog punjenja.
3. Test samopražnjenja
Koristite dvodimenzionalni tester za analizu neravnina na elektrodi. Koristite tester unutrašnjeg otpora naizmenične struje za analizu unutrašnjeg otpora i napona. Koristite 5V-50sistem za testiranje performansi baterije visoke preciznosti za testiranje električnih performansi. Koristite kutiju visoke i niske temperature za kontrolu temperature ćelija. Nakon što se ćelije nultog napona prije formiranja napune, šiljak se spaja i nulti napon se više ne pojavljuje. Testirajte normalan proces formiranja ove baterije. Proces formiranja je sljedeći:
①Nakon što temperatura kutije visoke temperature dostigne 120 stepeni, sačekajte 120 minuta.
②Napunite strujom 10 puta C do graničnog napona od 2,8V, a zatim pređite na punjenje konstantnim naponom. Vrijeme prekida punjenja je 2 sata.
③ Sačekajte 10 minuta.
④Ispraznite strujom 10 puta C do graničnog napona od 1,5V, a zatim pređite na pražnjenje konstantnog napona. Vrijeme prekida pražnjenja je 2 sata.
⑤ Sačekajte 10 minuta.
⑥Ponovite korake 2 do 5 3 puta.
⑦Punite sa strujom 10 puta C, vrijeme punjenja je 0.7 sati, zatim punite sa 2.3V konstantnim naponom, struja prekida je 0.45A. Izvedite samopražnjenje testirati na formiranim ćelijama. Koristite metodu ispitivanja statičkog napona i testirajte napon najmanje dva mjeseca. Nakon što su ćelije ostavljene da stoje na sobnoj temperaturi (25±5) stepeni 24 sata, napon otvorenog kola se testira i bilježi. Nakon toga, ćelije su nastavile stajati na sobnoj temperaturi mjesec i dva mjeseca, a zatim je napon otvorenog kola testiran i ponovo zabilježen.
Rezultati i diskusija
1. Poređenje napona baterije prije formiranja
Slika 1 prikazuje promjene napona baterije tokom 1A i 2A punjenja i nakon prestanka punjenja. Iz slike se može vidjeti da se baterija nultog napona približno može smatrati kratkim spojem uzrokovanim unutarnjim izbočinama. Baterija može izdržati strujni test manji od 2A u roku od 1 minute. Kada je struja punjenja 1A i 2A, zbog kratkog spoja uzrokovanog unutrašnjim neravninama, napon dostiže stabilnu vrijednost i više se ne mijenja. Kada se punjenje zaustavi, napon se brzo vraća na 0.
Nastavite da povećavate struju punjenja, promijenite struju punjenja na 3A i postavite vrijeme punjenja na 5s, 10s, odnosno 25s. Testna kriva punjenja baterije prikazana je na slici 2.
Prema zapažanju na slici 2, kada struja punjenja dostigne 3A, promjena napona baterije je slična onoj kod punjenja od 1A i 2A pod vremenom punjenja od 5 sekundi i 10 sekundi. Kako se vrijeme punjenja produžava, kada vrijeme punjenja prijeđe 10 sekundi, napon polako raste. Kada vrijeme punjenja dostigne 20 sekundi, napon brzo raste. Nakon prestanka punjenja, napon polako opada, a prethodni fenomen nultog napona se ne pojavljuje u kratkom vremenskom periodu.
Na osnovu brzine promjene napona pri punjenju može se zaključiti da su ivice unutar baterije termički spojene zbog topline nastale punjenjem. Prije nego što se ivice spoje, napon pokazuje polako rastuću fazu unutar 10 do 20 sekundi nakon početka punjenja.
Nakon 20 sekundi, ivica se spaja, a napon baterije brzo raste. Nakon prestanka punjenja, napon baterije se polako smanjuje. Vrijedno je napomenuti da nakon što se burr osigura, metalne nečistoće i dalje ostaju unutar baterije, uzrokujući samopražnjenje brže od normalnih baterija. Stoga, nakon normalizacije baterije, potrebno je testirati njenu brzinu samopražnjenja.
2. Poređenje samopražnjenja baterije nakon formiranja
Baterija odabrana za eksperiment se punila i praznila prema gore navedenom procesu formiranja. Nakon koraka ⑦, stanje napunjenosti (SOC) baterije je bilo približno 80%. Test samopražnjenja baterije proveden je na sobnoj temperaturi i upoređen sa baterijama koje sadrže nečistoće iz iste serije. Podaci testa prikazani su u tabeli 1.
Iz Tabele 1 se može vidjeti da samopražnjenje baterije uzrokovano neravninama postoji i ima utjecaj na sposobnost zadržavanja punjenja baterije. Analiziranje uzroka abnormalnosti samopražnjenja kroz struju punjenja može intuitivno odražavati abnormalnu situaciju grebanja elektroda tokom proizvodnog procesa.
Ovo pokazuje da je potrebno dodatno ojačati zahtjeve kontrole procesa tokom procesa proizvodnje i održavati rezač na vrijeme kako bi se osigurale performanse baterije i smanjili sigurnosni rizici. Nakon što se šiljak izduva, unutar elektrode još uvijek postoje metalne nečistoće.
Prema podacima o samopražnjenju nakon mjerenja kapaciteta baterije, može se zaključiti da nakon što je normalna baterija ostavljena na sobnoj temperaturi mjesec dana, napon pada za oko 7mV; nakon dva mjeseca napon pada za oko 10mV. Ovo pokazuje da je brzina samopražnjenja baterija s prekomjernim zarezima veća od one kod normalnih baterija. Uzimajući u obzir napon prije formiranja i analizu podataka o samopražnjenju nakon podjele kapaciteta, može se zaključiti da će prekomjerni neravnini dovesti do abnormalnih performansi zadržavanja punjenja baterije. Neravnine prisutne na elektrodama baterije neće potpuno nestati i dugoročno će utjecati na performanse baterije.
Ukratko, neravnine imaju negativan utjecaj na performanse baterije, tako da je potrebno poduzeti mjere da se smanji stvaranje neravnina tokom proizvodnog procesa kako bi se osigurale performanse i sigurnost baterije.
Zaključak
U procesu proizvodnje baterija, kontrola veličine neravnina na elektrodi je ključni parametar. Kada neravnina uzrokuje kratki spoj, napon baterije će postati 0 nakon punjenja. Punjenje baterije u kratkom spoju uzrokovanom zarezom s malom strujom može se uočiti stabilan napon. Kada struja dostigne vrijednost osigurača burrsa, unutar baterije još uvijek postoje metalne nečistoće, koje će i dalje utjecati na samopražnjenje baterije, što rezultira većom stopom samopražnjenja od normalnih baterija. Ova metoda se može koristiti za identifikaciju kratkih spojeva baterije uzrokovanih neravninama tokom proizvodnje baterije. Posmatrajući promjene napona, možemo usmjeravati jačanje inspekcije opreme za sečenje, izrezivanje i namotavanje tokom procesa proizvodnje baterija kako bi se izbjegla proizvodnja velikih količina nekvalificiranih baterija. Stoga, punjenjem kratkospojnih baterija uzrokovanih neravninama sa niskom strujom i praćenjem promjena napona, problemi u procesu proizvodnje baterija mogu se efikasno identificirati i relevantne kontrole procesa mogu se voditi kako bi se osigurao kvalitet i performanse baterije.
