Tässä artikkelissa analysoidaan nollajännitteen syitä. Keskittyy ilmiöön, jossa elektrodipurseet aiheuttavat akun nollajännitteen. Tunnistamalla oikosulun syyn pyrimme ratkaisemaan ongelman tarkasti ja ymmärtämään paremmin elektrodien purseiden hallinnan tärkeyden tuotannon aikana.
Koe
1. Akun valmistelu
Tässä kokeessa käytetään litiumnikkelikobolttimanganaattimateriaalia (NCM111) positiivisena aktiivisena materiaalina. Sekoita positiivinen aktiivinen materiaali, SP-hiekamusta, PVDF-sideaine ja NMP-liuotin massasuhteessa 66:2:2:30 lietteen muodostamiseksi. Liete päällystetään 15 μm:n paksuiselle hiilipäällysteiselle alumiinifoliolle, ja pinnoitteen määrä toisella puolella on 270 g/m2. Laita positiivinen elektrodi uuniin (120±3) asteen lämpötilaan kuivumaan 24 tunniksi, jonka jälkeen suoritetaan kalanterointi, jotta elektrodin tiivistetty tiheys on 3,28g/cm3. Negatiivinen aktiivinen materiaali käyttää litiumtitanaattimateriaalia Li4Ti5O12. Sekoita negatiivinen aktiivinen materiaali, SP hiilimustan johtava aine, PVDF-sideaine ja NMP-liuotin massasuhteen 52:2:2:44 mukaisesti lietteen muodostamiseksi. Anodiliete on päällystetty 15 μm:n paksuiselle hiilipäällysteiselle alumiinifoliolle ja pinnoitteen määrä toisella puolella on 214 g/m2. Aseta negatiivinen elektrodi uuniin (110±3) asteen lämpötilaan kuivumaan 24 tunniksi ja suorita sitten rullaus, jotta elektrodikappaleen tiivistetyksi tiheydeksi tulee 1,85 g/cm3. Kuivattu elektrodi leikataan (136,0±1,0) mm:n levyisiksi paloiksi, ja elektrodin purseet eivät saa ylittää 12 μm. Elektrolyytissä käytetään 1 mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (tilavuussuhde 1:1:1). Erotin on 20 μm paksu polyeteenistä (PE) valmistettu huokoinen erotin. Yllä olevat materiaalit on koottu 66160 kennoiksi, joiden suunnittelukapasiteetti on 45 Ah. Käärimisen ja kokoonpanon jälkeen alumiinikuoren yläkansi hitsattiin ja tiivistettiin ja koekennot laitettiin uuniin (85±3) asteen lämpötilaan kuivumaan 24 tunniksi.
Kuivauksen jälkeen akkukennojen täyttö ja elektrolyytin määrä on 200g. Elektrolyytin täyttämisen jälkeen kennojen annettiin seistä huoneenlämpötilassa 72 tuntia. Seisonnan jälkeen kaikista kokeellisista kennoista testattiin avoimen piirin jännite (OCV) ja akun sisäinen resistanssi ja jännite kirjattiin.
2. Lataustesti
Kun suoritat sisäistä resistanssi- ja jänniteanalyysiä, käytä testaamiseen AC-sisäisen vastuksen testeriä. Käytä 5V-50tarkkaa akun suorituskyvyn testausjärjestelmää akun lataustehon testaamiseen. Täytön jälkeen seisomaan jätettyjen kennojen kohdalla jännitetestiä suoritettaessa oikosulje kenno ensin, jotta sen jännite laskee arvoon 0, joka on nollajännitekenno.
Suorita sitten lataustesti nollajännitekennossa. Kun ympäristön lämpötila on (25±3) astetta, lataukseen käytetään erilaisia virtoja (esim. 1A, 2A ja 3A). Kokeet suoritettiin virtajärjestyksessä pienestä suureen ja aika lyhyestä pitkäksi. Latausajaksi asetettiin 5 sekuntia, 10 sekuntia ja 25 sekuntia. Tarkkaile akun jännitteen muutoksia jokaisen latauskerran jälkeen.
3. Itsepurkautumistesti
Käytä kaksiulotteista testeria elektrodien purseanalyysiin. Käytä AC-sisäisen resistanssin testaajaa sisäisen resistanssin ja jännitteen analysointiin. Käytä 5 V:n-50tarkkaa akun suorituskyvyn testausjärjestelmää sähköisen suorituskyvyn testaamiseen. Käytä korkean ja matalan lämpötilan laatikkoa kennojen lämpötilan säätämiseen. Kun nollajännitekennot ennen muodostumista on latautunut, pursesulakkeet ja nollajännite eivät enää näy. Testaa tämän akun normaali muodostusprosessi. Muodostusprosessi on seuraava:
①Kun korkean lämpötilan laatikon lämpötila saavuttaa 120 astetta, odota 120 minuuttia.
②Lataa 1.0 kertaa C virralla 2,8 V:n katkaisujännitteeseen ja vaihda sitten vakiojännitelataukseen. Latauskatkaisuaika on 2 tuntia.
③ Odota 10 minuuttia.
④ Pura 1.0 kertaa C virralla 1,5 V:n katkaisujännitteeseen ja vaihda sitten vakiojännitepurkaukseen. Purkamisen katkaisuaika on 2 tuntia.
⑤ Odota 10 minuuttia.
⑥Toista vaiheet 2–5 3 kertaa.
⑦ Lataa 1.0 kertaa C-virta, latausaika on 0,7 tuntia, lataa sitten 2,3 V:n vakiojännitteellä, katkaisuvirta on 0,45 A. Suorita itsepurkautuminen testi muodostuneilla soluilla. Käytä staattisen jännitteen testausmenetelmää ja testaa jännitettä vähintään kahden kuukauden ajan. Sen jälkeen kun kennot on jätetty seisomaan huoneenlämpötilaan (25±5) astetta 24 tuntia, avoimen piirin jännite testataan ja kirjataan. Sen jälkeen kennot jatkoivat seisomista huoneenlämmössä kuukauden ja kaksi kuukautta, minkä jälkeen avoimen piirin jännite testattiin ja rekisteröitiin uudelleen.
tulokset ja keskustelu
1. Akun jännitteen vertailu ennen muodostumista
Kuvassa 1 on esitetty akun jännitteen muutokset 1A ja 2A latauksen aikana sekä latauksen lopettamisen jälkeen. Kuvasta voidaan nähdä, että nollajänniteakkua voidaan suunnilleen pitää sisäisten purseiden aiheuttamana oikosulkuna. Akku kestää alle 2A:n virtatestin 1 minuutin sisällä. Kun latausvirta on 1A ja 2A, sisäisten purseiden aiheuttaman oikosulun vuoksi jännite saavuttaa vakaan arvon eikä enää muutu. Kun lataus lopetetaan, jännite palaa nopeasti arvoon 0.
Jatka latausvirran lisäämistä, muuta latausvirta 3A:ksi ja aseta latausajaksi 5 sekuntia, 10 sekuntia ja 25 sekuntia. Akun lataustestikäyrä on esitetty kuvassa 2.
Kuvan 2 havainnon mukaan latausvirran saavuttaessa 3A akun jännitteenmuutos on samanlainen kuin 1A ja 2A latauksessa 5 sekunnin ja 10 sekunnin latausajalla. Latausajan pidentyessä, kun latausaika ylittää 10 sekuntia, jännite nousee hitaasti. Kun latausaika saavuttaa 20 sekuntia, jännite nousee nopeasti. Latauksen lopettamisen jälkeen jännite putoaa hitaasti, eikä aikaisempi nollajänniteilmiö ilmesty lyhyessä ajassa.
Latauksen aikana tapahtuvan jännitteen muutoksen nopeuden perusteella voidaan päätellä, että akun sisällä olevat purseet ovat termisesti sulaneet latauksen syntyneen lämmön vuoksi. Ennen kuin purseet sulautuvat, jännite näyttää hitaasti nousevaa vaihetta 10-20 sekunnin sisällä latauksen alkamisesta.
20 sekunnin kuluttua purse sulake ja akun jännite nousee nopeasti. Latauksen lopettamisen jälkeen akun jännite laskee hitaasti. On syytä huomata, että pursesulakkeiden jälkeen metalliepäpuhtaudet jäävät edelleen akun sisään, mikä aiheuttaa normaalia akkua nopeamman itsepurkauksen. Siksi akun normalisoinnin jälkeen on testattava sen itsepurkautumisnopeus.
2. Akun itsepurkautumisen vertailu muodostumisen jälkeen
Kokeeseen valittu akku ladattiin ja purettiin yllä olevan muodostusprosessin mukaisesti. Vaiheen ⑦ jälkeen akun varaustila (SOC) oli noin 80 %. Akun itsepurkautumistesti suoritettiin huoneenlämmössä ja sitä verrattiin akkuihin, jotka sisälsivät epäpuhtauksia samasta erästä. Testitiedot on esitetty taulukossa 1.
Taulukosta 1 voidaan nähdä, että purseiden aiheuttama akun itsepurkautuminen on olemassa ja sillä on vaikutusta akun latauksen säilymiskykyyn. Itsepurkautumishäiriöiden syiden analysointi latausvirran avulla voi heijastaa intuitiivisesti elektrodipurseiden epänormaalia tilannetta valmistusprosessin aikana.
Tämä osoittaa, että on tarpeen vahvistaa edelleen prosessinohjausvaatimuksia tuotantoprosessin aikana ja huoltaa leikkuria oikea-aikaisesti akun suorituskyvyn varmistamiseksi ja turvallisuusriskien vähentämiseksi. Sen jälkeen kun purse on puhallettu, elektrodin sisällä on edelleen metallisia epäpuhtauksia.
Itsepurkautumistietojen perusteella akun kapasiteetin mittauksen jälkeen voidaan päätellä, että kun normaali akku on jätetty huoneenlämpöön kuukauden ajan, jännite laskee noin 7 mV; kahden kuukauden kuluttua jännite laskee noin 10 mV. Tämä osoittaa, että akkujen, joissa on liikaa purseita, itsepurkautumisnopeus on suurempi kuin tavallisten akkujen. Kun otetaan huomioon jännite ennen muodostumista ja itsepurkautumistietojen analyysi kapasiteetin jaon jälkeen, voidaan päätellä, että liialliset purseet johtavat epänormaaliin akun latauksen säilymiseen. Akkuelektrodeissa olevat purseet eivät katoa kokonaan ja vaikuttavat akun suorituskykyyn pitkällä aikavälillä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että purseilla on negatiivinen vaikutus akun suorituskykyyn, joten on ryhdyttävä toimenpiteisiin purseiden muodostumisen vähentämiseksi valmistusprosessin aikana akun suorituskyvyn ja turvallisuuden varmistamiseksi.
Johtopäätös
Akun valmistusprosessissa elektrodipurseiden koon hallinta on keskeinen parametri. Kun purse aiheuttaa oikosulun, akun jännite on 0 täytön jälkeen. Latamalla purseesta johtuvaa oikosuljettua akkua pienellä virralla voidaan havaita vakaa jännite. Kun virta saavuttaa purseiden sulakkeen arvon, akun sisällä on edelleen metalliepäpuhtauksia, jotka edelleen vaikuttavat akun itsepurkautumiseen, mikä johtaa tavallisiin akkuihin korkeampaan itsepurkautumisasteeseen. Tätä menetelmää voidaan käyttää akun valmistuksen aikana aiheuttamien purseiden aiheuttamien akun oikosulkujen tunnistamiseen. Jännitteen muutoksia tarkkailemalla voimme ohjata halkaisu-, stanssaus- ja käämityslaitteiden tarkastusten tehostamista akkujen valmistusprosessin aikana, jotta vältytään suurien määrien pätemättömien akkujen tuotannosta. Siksi lataamalla oikosulkuja akkuja, jotka ovat aiheuttaneet jäysteet alhaisella virralla ja tarkkailemalla jännitteen muutoksia, voidaan tehokkaasti tunnistaa akun valmistusprosessin ongelmat ja ohjata asiaankuuluvia prosessinsäätöjä akun laadun ja suorituskyvyn varmistamiseksi.
