כיצד לזהות את קצר החשמל הנגרם על ידי כתמים על אלקטרודות הסוללה

מאמר זה מנתח את הסיבות למתח אפס. מתמקד בתופעת מתח אפס בסוללה הנגרמת מקורות אלקטרודות. על ידי זיהוי הגורם לקצר החשמל, אנו שואפים לפתור את הבעיה במדויק ולהבין טוב יותר את החשיבות של שליטה על קוצי האלקטרודות במהלך הייצור.

לְנַסוֹת

1. הכנת סוללה

ניסוי זה משתמש בחומר ליתיום ניקל קובלט מנגנט (NCM111) כחומר הפעיל החיובי. מערבבים את החומר הפעיל החיובי, SP פחמן שחור, חומר מקשר PVDF וממס NMP ביחס מסה של 66:2:2:3 0 כדי ליצור תמיסה. התרחיץ מצופה על רדיד אלומיניום מצופה פחמן בעובי של 15 מיקרומטר, וכמות הציפוי בצד אחד היא 270 גרם/מ"ר. הנח את האלקטרודה החיובית בתנור בטמפרטורה של (120±3) מעלות לייבוש למשך 24 שעות, ולאחר מכן מתבצע תהליך הקלנדר כדי להפוך את הצפיפות הדחוסה של האלקטרודה ל-3.28g/cm3. החומר הפעיל השלילי משתמש בחומר ליתיום טיטנאט Li4Ti5O12. מערבבים את החומר הפעיל השלילי, חומר מוליך פחמן שחור SP, חומר מקשר PVDF וממס NMP לפי יחס המסה של 52:2:2:44 כדי ליצור תרחיץ. תמיסת האנודה מצופה על רדיד אלומיניום מצופה פחמן בעובי 15 מיקרומטר, וכמות הציפוי בצד אחד היא 214 גרם/מ"ר. הנח את האלקטרודה השלילית בתנור בטמפרטורה של (110±3) מעלות לייבוש למשך 24 שעות, ולאחר מכן בצע תהליך גלגול כדי להפוך את הצפיפות הדחוסה של חלק האלקטרודה ל-1.85g/cm3. האלקטרודה המיובשת נחתכת לחתיכות ברוחב של (136.0±1.0) מ"מ, וקורי האלקטרודה לא יעלו על 12μm. האלקטרוליט משתמש ב-1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (יחס נפח 1:1:1). המפריד הוא מפריד נקבובי מפוליאתילן (PE) בעובי 20 מיקרומטר. החומרים הנ"ל מורכבים ל-66160 תאים בעלי קיבולת עיצוב של 45Ah. לאחר סלילה והרכבה, הכיסוי העליון של מעטפת האלומיניום מרותך ואטום, ותאי הניסוי הוכנסו לתנור בטמפרטורה של (85±3) מעלות לייבוש למשך 24 שעות.

לאחר הייבוש, מילוי תאי הסוללה, וכמות האלקטרוליט היא 200 גרם. לאחר מילוי האלקטרוליטים, התאים הושארו לעמוד בטמפרטורת החדר למשך 72 שעות. לאחר העמידה, כל תאי הניסוי נבדקו עבור מתח מעגל פתוח (OCV), ונרשמו ההתנגדות והמתח הפנימיים של הסוללה.

2. מבחן טעינה

בעת ביצוע ניתוח התנגדות ומתח פנימיים, השתמש בבודק התנגדות פנימי AC לבדיקה. השתמש במערכת 5V-50לבדיקת ביצועי סוללה ברמת דיוק גבוהה כדי לבדוק את ביצועי הטעינה של הסוללה. עבור תאים שנותרו עומדים לאחר מילוי, בעת ביצוע בדיקת מתח, יש לקצר תחילה את התא כדי להפחית את המתח שלו ל-0, שהוא תא במתח אפס.

לאחר מכן בצע בדיקת טעינה בתא המתח האפס. כאשר טמפרטורת הסביבה היא (25±3) מעלות, זרמים שונים (כגון 1A, 2A ו-3A) משמשים לטעינה. הניסויים נערכו לפי סדר הזרם מקטן לגדול והזמן מקצר וארוך. זמן הטעינה נקבע ל-5 שניות, 10 שניות ו-25 שניות בהתאמה. שים לב לשינויים במתח הסוללה לאחר כל זמן טעינה.

3. מבחן פריקה עצמית

השתמש בבודק דו מימדי לניתוח קוצי אלקטרודה. השתמש בבודק התנגדות פנימי AC לניתוח התנגדות ומתח פנימיים. השתמש במערכת 5V-50לבדיקת ביצועי סוללה מדויקת לבדיקת ביצועים חשמליים. השתמש בקופסת טמפרטורה גבוהה ונמוכה כדי לשלוט בטמפרטורת התאים. לאחר טעינת תאי מתח אפס לפני היווצרות, הקוצים מתמזגים ומתח אפס אינם מופיעים יותר. בדוק את תהליך היווצרות הרגיל של סוללה זו. תהליך הגיבוש הוא כדלקמן:

①לאחר שהטמפרטורה של קופסת הטמפרטורה הגבוהה מגיעה ל-120 מעלות, המתן 120 דקות.

②טען בזרם של 1.0 כפול C למתח הניתוק של 2.8V, ולאחר מכן עבור לטעינת מתח קבוע. זמן הפסקת הטעינה הוא שעתיים.

③ המתן 10 דקות.

④פריקה בזרם של 1.0 כפול C למתח הניתוק של 1.5V, ולאחר מכן עבור לפריקת מתח קבוע. זמן הפסקת הפריקה הוא שעתיים.

⑤ המתן 10 דקות.

⑥חזור על שלבים 2 עד 5 3 פעמים.

⑦ טעינה עם זרם של 1.0 כפול C, זמן הטעינה הוא 0.7 שעות, ולאחר מכן טעינה במתח קבוע של 2.3V, זרם הניתוק הוא 0.45A. בצע פריקה עצמית בדיקה על התאים שנוצרו. השתמשו בשיטה של ​​בדיקת מתח סטטי ובדקו את המתח למשך לא פחות מחודשיים. לאחר שהתאים נשארים עומדים בטמפרטורת החדר (25±5) מעלות למשך 24 שעות, מתח המעגל הפתוח נבדק ונרשם. לאחר מכן, התאים המשיכו לעמוד בטמפרטורת החדר במשך חודש וחודשיים, ולאחר מכן נבדק מתח המעגל הפתוח ונרשם שוב.

תוצאות ודיון

1. השוואה של מתח הסוללה לפני היווצרות

איור 1 מציג את השינויים במתח הסוללה במהלך טעינת 1A ו-2A ולאחר הפסקת הטעינה. ניתן לראות מהאיור שניתן להתייחס לסוללה במתח אפס כקצר חשמלי הנגרם מקורות פנימיים. הסוללה יכולה לעמוד במבחן זרם של פחות מ-2A תוך דקה. כאשר זרם הטעינה הוא 1A ו-2A, עקב הקצר הנגרם מקורות פנימיות, המתח מגיע לערך יציב ואינו משתנה עוד. כאשר הטעינה מופסקת, המתח חוזר במהירות ל-0.

המשך להגביר את זרם הטעינה, שנה את זרם הטעינה ל-3A והגדר את זמן הטעינה ל-5 שניות, 10 שניות ו-25 שניות בהתאמה. עקומת בדיקת טעינת הסוללה מוצגת באיור 2.

לפי התצפית באיור 2, כאשר זרם הטעינה מגיע ל-3A, שינוי המתח של הסוללה דומה לזה של טעינה של 1A ו-2A תחת זמן הטעינה של 5 שניות ו-10 שניות. ככל שזמן הטעינה מתארך, כאשר זמן הטעינה עולה על 10 שניות, המתח עולה לאט. כאשר זמן הטעינה מגיע ל-20 שניות, המתח עולה במהירות. לאחר הפסקת הטעינה, המתח יורד באיטיות, ותופעת מתח האפס הקודמת אינה מופיעה תוך פרק זמן קצר.

בהתבסס על מהירות שינוי המתח במהלך הטעינה, ניתן להסיק כי הקוצים בתוך הסוללה התמזגו תרמית עקב החום שנוצר בטעינה. לפני הנתיכים של הקוצים, המתח מראה שלב עולה באיטיות תוך 10 עד 20 שניות לאחר תחילת הטעינה.

לאחר 20 שניות, הקוצים מתמזגים, ומתח הסוללה עולה במהירות. לאחר הפסקת הטעינה, מתח הסוללה יורד באיטיות. ראוי לציין כי לאחר הנתיכים של הקוצים, עדיין נשארים זיהומי מתכת בתוך הסוללה, מה שגורם לפריקה עצמית מהירה יותר מאשר סוללות רגילות. לכן, לאחר נרמול הסוללה, יש צורך לבדוק את קצב הפריקה העצמית שלה.

2. השוואה של פריקה עצמית של סוללה לאחר היווצרות

הסוללה שנבחרה לניסוי נטענה ונפרקה בהתאם לתהליך היווצרות לעיל. לאחר שלב ⑦, מצב הטעינה (SOC) של הסוללה היה כ-80%. בדיקת הפריקה העצמית של הסוללה נערכה בטמפרטורת החדר והשוותה לסוללות המכילות זיהומים מאותה אצווה. נתוני הבדיקה מוצגים בטבלה 1.

ניתן לראות מטבלה 1 שהפריקה העצמית של הסוללה הנגרמת על ידי כתמים אכן קיימת ויש לה השפעה על יכולת שימור הטעינה של הסוללה. ניתוח הגורמים לחריגות פריקה עצמית באמצעות זרם טעינה יכול לשקף באופן אינטואיטיבי את המצב החריג של פקעות האלקטרודות במהלך תהליך הייצור.

זה מראה כי יש צורך לחזק עוד יותר את דרישות בקרת התהליך במהלך תהליך הייצור ולתחזק את החותך בזמן כדי להבטיח את ביצועי הסוללה ולהפחית את סכנות הבטיחות. לאחר הוצאת הקום, עדיין יש זיהומים ממתכת בתוך האלקטרודה.

על פי נתוני הפריקה העצמית לאחר מדידת קיבולת הסוללה, ניתן להסיק כי לאחר השארת סוללה רגילה בטמפרטורת החדר למשך חודש, המתח יורד בכ-7mV; לאחר חודשיים, המתח יורד בכ-10mV. זה מראה שקצב הפריקה העצמית של סוללות עם חריצים גבוהים יותר מזה של סוללות רגילות. אם לוקחים בחשבון את המתח לפני היווצרות וניתוח נתוני הפריקה העצמית לאחר חלוקת הקיבולת, ניתן להסיק כי קוצים מוגזמים יובילו לביצועים חריגים של שימור טעינת הסוללה. הקוצים הקיימים באלקטרודות הסוללה לא ייעלמו לחלוטין וישפיעו על ביצועי הסוללה בטווח הארוך.

לסיכום, לקוצים יש השפעה שלילית על ביצועי הסוללה, ולכן יש לנקוט באמצעים להפחתת היווצרותם של קוצים במהלך תהליך הייצור כדי להבטיח את ביצועי הסוללה ובטיחותם.

סיכום

בתהליך ייצור הסוללות, שליטה בגודל של קוצי האלקטרודה היא פרמטר מפתח. כאשר בור גורם לקצר חשמלי, המתח של הסוללה יהפוך ל-0 לאחר המילוי. על ידי טעינת סוללה קצרה הנגרמת על ידי קוצים עם זרם קטן, ניתן להבחין במתח יציב. כאשר הזרם מגיע לערך הנתיך של הקוצים, עדיין יש זיהומים מתכתיים בתוך הסוללה, שימשיכו להשפיע על הפריקה העצמית של הסוללה, וכתוצאה מכך קצב פריקה עצמי גבוה יותר מאשר סוללות רגילות. ניתן להשתמש בשיטה זו כדי לזהות קצרים בסוללה הנגרמים על ידי קוצים במהלך ייצור הסוללה. על ידי התבוננות בשינויים במתח, אנו יכולים להנחות את חיזוק הבדיקות של ציוד חיתוך, חיתוך וליפוף במהלך תהליך ייצור הסוללות כדי למנוע ייצור של כמויות גדולות של סוללות לא מוסמכות. לכן, על ידי טעינת סוללות קצרות הנגרמות על ידי קוצים עם זרם נמוך וניטור שינויי מתח, ניתן לזהות ביעילות בעיות בתהליך ייצור הסוללות ולהנחות בקרות תהליך רלוונטיות כדי להבטיח את איכות הסוללה וביצועיה.