Dit artikel analyseert de oorzaken van nulspanning. Gericht op het fenomeen van nulspanning in de batterij veroorzaakt door elektrodebramen. Door de oorzaak van de kortsluiting te identificeren, streven we ernaar het probleem nauwkeurig op te lossen en het belang van het beheersen van elektrodebramen tijdens de productie beter te begrijpen.
Experiment
1. Batterijvoorbereiding
Dit experiment gebruikt lithiumnikkelkobaltmanganaatmateriaal (NCM111) als het positieve actieve materiaal. Meng het positieve actieve materiaal, SP-koolstofzwart, PVDF-bindmiddel en NMP-oplosmiddel in een massaverhouding van 66:2:2:30 om een slurry te maken. De slurry wordt gecoat op een 15 μm dikke koolstofgecoate aluminiumfolie en de coatinghoeveelheid aan één kant is 270 g/m2. Plaats de positieve elektrode in een oven bij een temperatuur van (120±3) graden om 24 uur te drogen en voer vervolgens het kalanderproces uit om de gecompacteerde dichtheid van de elektrode 3,28 g/cm3 te maken. Het negatieve actieve materiaal gebruikt lithiumtitanaatmateriaal Li4Ti5O12. Meng het negatieve actieve materiaal, SP-koolstofzwartgeleidend middel, PVDF-bindmiddel en NMP-oplosmiddel volgens de massaverhouding van 52:2:2:44 om een slurry te maken. De anode-slurry is gecoat op een 15 μm dikke koolstofgecoate aluminiumfolie en de coatinghoeveelheid aan één kant is 214 g/m2. Plaats de negatieve elektrode in een oven bij een temperatuur van (110±3) graden om 24 uur te drogen en voer vervolgens een rolproces uit om de gecompacteerde dichtheid van het elektrodestuk 1,85 g/cm3 te maken. De gedroogde elektrode wordt in stukken gesneden met een breedte van (136,0±1,0) mm en de elektrodebramen mogen niet groter zijn dan 12 μm. De elektrolyt gebruikt 1 mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (volumeverhouding 1:1:1). De separator is een 20 μm dikke polyethyleen (PE) poreuze separator. De bovenstaande materialen worden geassembleerd tot 66160 cellen met een ontwerpcapaciteit van 45Ah. Na het wikkelen en monteren werd de bovenklep van de aluminium behuizing gelast en afgedicht. Vervolgens werden de experimentele cellen in een oven geplaatst bij een temperatuur van (85 ± 3) graden om gedurende 24 uur te drogen.
Na het drogen, het vullen van de batterijcellen en de hoeveelheid elektrolyt is 200g. Na het vullen van de elektrolyt werden de cellen 72 uur bij kamertemperatuur laten staan. Na het staan werden alle experimentele cellen getest op open circuit voltage (OCV), en de interne weerstand en spanning van de batterij werden geregistreerd.
2. Laadtest
Gebruik bij het uitvoeren van interne weerstands- en spanningsanalyse een AC-interne weerstandstester voor het testen. Gebruik het 5V-50A-systeem voor het testen van de batterijprestaties met hoge precisie om de laadprestaties van de batterij te testen. Voor cellen die na het vullen zijn blijven staan, sluit u bij het uitvoeren van een spanningstest eerst de cel kort om de spanning te verlagen tot 0, wat een cel met nulspanning is.
Voer vervolgens een laadtest uit op de nulspanningscel. Wanneer de omgevingstemperatuur (25±3) graden is, worden verschillende stromen (zoals 1A, 2A en 3A) gebruikt voor het opladen. De experimenten werden uitgevoerd in de volgorde van stroom van klein naar groot en tijd van kort naar lang. De laadtijd werd respectievelijk ingesteld op 5 seconden, 10 seconden en 25 seconden. Observeer de veranderingen in batterijspanning na elke laadtijd.
3. Zelfontladingstest
Gebruik een tweedimensionale tester voor elektrodebraamanalyse. Gebruik een AC-interne weerstandstester voor interne weerstands- en spanningsanalyse. Gebruik een 5V-50A-systeem voor het testen van de batterijprestaties met hoge precisie om de elektrische prestaties te testen. Gebruik een hoge- en lagetemperatuurbox om de celtemperatuur te regelen. Nadat de cellen met nulspanning vóór de vorming zijn opgeladen, smelt de braam en verschijnt er geen nulspanning meer. Test het normale vormingsproces van deze batterij. Het vormingsproces is als volgt:
①Nadat de temperatuur van de hogetemperatuurdoos 120 graden bereikt, wacht u 120 minuten.
②Laad op met 1.0 keer C-stroom tot de afsluitspanning van 2,8 V en schakel vervolgens over op constant voltage-laden. De afsluittijd voor het laden is 2 uur.
③Wacht 10 minuten.
④Ontlaad met 1.0 keer C-stroom tot de afsluitspanning van 1,5 V en schakel vervolgens over op constante spanningsontlading. De ontlading-afsluittijd is 2 uur.
⑤Wacht 10 minuten.
⑥Herhaal stappen 2 tot en met 5 3 keer.
⑦Laad op met 1.0 keer C-stroom, laadtijd is 0.7 uur, laad vervolgens op met 2,3V constante spanning, afsluitstroom is 0.45A. Voer een zelfontladingstest uit op de gevormde cellen. Gebruik de methode voor het testen van statische spanning en test de spanning gedurende minimaal twee maanden. Nadat de cellen 24 uur bij kamertemperatuur (25±5) graden hebben gestaan, wordt de open circuitspanning getest en geregistreerd. Vervolgens bleven de cellen een maand en twee maanden bij kamertemperatuur staan, en vervolgens werd de open circuitspanning opnieuw getest en geregistreerd.
resultaten en discussie
1. Vergelijking van de batterijspanning vóór de vorming
Figuur 1 toont de veranderingen in de batterijspanning tijdens het opladen van 1A en 2A en na het stoppen van het opladen. Uit de figuur blijkt dat een batterij met nulspanning ongeveer kan worden beschouwd als een kortsluiting veroorzaakt door interne bramen. De batterij kan een stroomtest van minder dan 2A binnen 1 minuut doorstaan. Wanneer de laadstroom 1A en 2A is, bereikt de spanning een stabiele waarde en verandert niet meer vanwege de kortsluiting veroorzaakt door interne bramen. Wanneer het opladen wordt gestopt, keert de spanning snel terug naar 0.
Blijf de laadstroom verhogen, verander de laadstroom naar 3A en stel de laadtijd in op respectievelijk 5s, 10s en 25s. De batterijlaadtestcurve wordt weergegeven in Afbeelding 2.
Volgens de observatie in Figuur 2 is de spanningsverandering van de batterij vergelijkbaar met die van 1A en 2A opladen onder de laadtijd van 5 seconden en 10 seconden, wanneer de laadstroom 3A bereikt. Naarmate de laadtijd langer wordt, stijgt de spanning langzaam wanneer de laadtijd 10 seconden overschrijdt. Wanneer de laadtijd 20 seconden bereikt, stijgt de spanning snel. Nadat het opladen stopt, daalt de spanning langzaam en verschijnt het vorige nulspanningsverschijnsel niet binnen een korte periode.
Op basis van de snelheid van de spanningsverandering tijdens het opladen, kan worden geconcludeerd dat de bramen in de batterij thermisch zijn gesmolten door de hitte die wordt gegenereerd door het opladen. Voordat de bramen versmelten, vertoont de spanning een langzaam stijgende fase binnen 10 tot 20 seconden nadat het opladen is gestart.
Na 20 seconden fuseert de braam en stijgt de batterijspanning snel. Na het stoppen met opladen daalt de batterijspanning langzaam. Het is vermeldenswaard dat na de braamfusering er nog steeds metaalverontreinigingen in de batterij achterblijven, waardoor de zelfontlading sneller verloopt dan bij normale batterijen. Daarom is het na het normaliseren van de batterij noodzakelijk om de zelfontladingssnelheid te testen.
2. Vergelijking van de zelfontlading van de batterij na de vorming
De batterij die voor het experiment werd geselecteerd, werd opgeladen en ontladen volgens het bovenstaande vormingsproces. Na stap ⑦ was de laadstatus (SOC) van de batterij ongeveer 80%. De zelfontladingstest van de batterij werd uitgevoerd bij kamertemperatuur en vergeleken met batterijen die onzuiverheden uit dezelfde batch bevatten. De testgegevens worden weergegeven in Tabel 1.
Uit Tabel 1 blijkt dat de zelfontlading van de batterij door bramen bestaat en een impact heeft op het vermogen van de batterij om lading vast te houden. Analyse van de oorzaken van abnormale zelfontladingen door middel van laadstroom kan intuïtief de abnormale situatie van elektrodebramen tijdens het productieproces weerspiegelen.
Dit toont aan dat het nodig is om de procescontrolevereisten tijdens het productieproces verder te versterken en de snijder tijdig te onderhouden om de batterijprestaties te garanderen en veiligheidsrisico's te verminderen. Nadat de braam is geblazen, bevinden zich nog steeds metaalverontreinigingen in de elektrode.
Volgens de zelfontladingsgegevens na het meten van de batterijcapaciteit, kan worden geconcludeerd dat nadat een normale batterij een maand op kamertemperatuur is gebleven, de spanning met ongeveer 7 mV daalt; na twee maanden daalt de spanning met ongeveer 10 mV. Dit toont aan dat de zelfontladingssnelheid van batterijen met overmatige bramen groter is dan die van normale batterijen. Rekening houdend met de spanning vóór de vorming en de zelfontladingsgegevensanalyse na capaciteitsverdeling, kan worden geconcludeerd dat overmatige bramen zullen leiden tot abnormale batterijladingbehoudprestaties. De bramen die aanwezig zijn op de batterij-elektroden zullen niet volledig verdwijnen en zullen de prestaties van de batterij op de lange termijn beïnvloeden.
Kortom, bramen hebben een negatieve invloed op de prestaties van de batterij. Daarom moeten er maatregelen worden genomen om de vorming van bramen tijdens het productieproces te verminderen en zo de prestaties en veiligheid van de batterij te waarborgen.
Conclusie
In het batterijproductieproces is het controleren van de grootte van elektrodebramen een belangrijke parameter. Wanneer een braam een kortsluiting veroorzaakt, wordt de spanning van de batterij 0 na het vullen. Door een kortgesloten batterij die is veroorzaakt door een braam met een kleine stroom op te laden, kan een stabiele spanning worden waargenomen. Wanneer de stroom de braamzekeringwaarde bereikt, bevinden zich nog steeds metaalverontreinigingen in de batterij, die de zelfontlading van de batterij blijven beïnvloeden, wat resulteert in een hogere zelfontladingssnelheid dan bij normale batterijen. Deze methode kan worden gebruikt om batterijkortsluitingen te identificeren die worden veroorzaakt door bramen tijdens de batterijproductie. Door veranderingen in spanning te observeren, kunnen we de inspecties van snij-, stans- en wikkelapparatuur tijdens het batterijproductieproces versterken om de productie van grote hoeveelheden niet-gekwalificeerde batterijen te voorkomen. Daarom kunnen problemen in het batterijproductieproces effectief worden geïdentificeerd door kortgesloten batterijen die worden veroorzaakt door bramen op te laden met een lage stroom en spanningsveranderingen te bewaken, en kunnen relevante procescontroles worden aangestuurd om de kwaliteit en prestaties van de batterij te waarborgen.
