Овај чланак анализира узроке нултог напона. Усредсређен на феномен нултог напона у батерији изазваног неравнинама на електродама. Идентификацијом узрока кратког споја, циљ нам је да прецизно решимо проблем и боље разумемо важност контроле неравнина на електроди током производње.
Експеримент
1. Припрема батерије
Овај експеримент користи материјал литијум никл кобалт манганата (НЦМ111) као позитиван активни материјал. Помешајте позитивни активни материјал, СП чађу, ПВДФ везиво и НМП растварач у масеном односу 66:2:2:30 да бисте направили кашу. Суспензија је обложена алуминијумском фолијом обложеном угљеником дебљине 15 μм, а количина премаза на једној страни је 270 г/м2. Позитивну електроду ставити у рерну на температуру (120±3) степена да се суши 24 сата, а затим се врши процес каландрања да би се збијена густина електроде учинила 3,28г/цм3. Негативни активни материјал користи материјал литијум титаната Ли4Ти5О12. Помешати негативну активну материју, СП проводљиво средство за чађу, ПВДФ везиво и НМП растварач према масеном односу 52:2:2:44 да би се добила суспензија. Анодна суспензија је обложена алуминијумском фолијом обложеном угљеником дебљине 15 μм, а количина премаза на једној страни је 214 г/м2. Ставите негативну електроду у пећницу на температури од (110±3) степена да се осуши 24 сата, а затим извршите процес ваљања да би се збијена густина електроде направила 1,85 г/цм3. Осушена електрода се исече на комаде ширине (136,0±1,0) мм, а неравнине електроде не би требало да прелазе 12μм. Електролит користи 1мол/Л ЛиПФ6/ЕЦ+ЕМЦ+ДМЦ (однос запремине 1:1:1). Сепаратор је порозни сепаратор од полиетилена (ПЕ) дебљине 20 μм. Горе наведени материјали су састављени у 66160 ћелија са пројектним капацитетом од 45Ах. Након намотавања и склапања, горњи поклопац алуминијумске шкољке је заварен и запечаћен, а експерименталне ћелије су стављене у пећницу на температури (85±3) степени да се осуше 24 сата.
Након сушења, пуњење ћелија батерије, а количина електролита је 200г. Након пуњења електролитом, ћелије су остављене да стоје на собној температури 72 сата. Након стајања, све експерименталне ћелије су тестиране на напон отвореног кола (ОЦВ), а забележени су унутрашњи отпор и напон батерије.
2. Тест пуњења
Када вршите анализу унутрашњег отпора и напона, користите тестер унутрашњег отпора наизменичне струје за тестирање. Користите 5В-50систем за тестирање перформанси батерије високе прецизности да бисте тестирали перформансе пуњења батерије. За ћелије које су остале да стоје након пуњења, када вршите тест напона, прво кратко спојите ћелију да бисте смањили њен напон на 0, што је ћелија нултог напона.
Затим извршите тест пуњења на ћелији нултог напона. Када је температура околине (25±3) степена, различите струје (као што су 1А, 2А и 3А) се користе за пуњење. Експерименти су спроведени по редоследу струје од мале до велике и времена од кратког до дугог. Време пуњења је подешено на 5 секунди, 10 секунди и 25 секунди. Посматрајте промене у напону батерије након сваког времена пуњења.
3. Тест самопражњења
Користите дводимензионални тестер за анализу неравнина на електроди. Користите тестер унутрашњег отпора наизменичне струје за анализу унутрашњег отпора и напона. Користите 5В-50систем за тестирање перформанси батерије високе прецизности да бисте тестирали електричне перформансе. Користите кутију високе и ниске температуре да контролишете температуру ћелија. Након што се ћелије нултог напона пре формирања напуне, шиљак се спаја и нулти напон се више не појављује. Тестирајте нормалан процес формирања ове батерије. Процес формирања је следећи:
①Након што температура кутије високе температуре достигне 120 степени, сачекајте 120 минута.
②Напуните струјом 10 пута Ц до граничног напона од 2,8В, а затим пређите на пуњење константним напоном. Време прекида пуњења је 2 сата.
③ Сачекајте 10 минута.
④Пратите струјом 10 пута Ц до граничног напона од 1,5В, а затим пређите на пражњење константног напона. Време прекида пражњења је 2 сата.
⑤ Сачекајте 10 минута.
⑥Поновите кораке од 2 до 5 3 пута.
⑦Пуните са струјом 10 пута Ц, време пуњења је 0.7 сати, затим пуните са константним напоном од 2,3В, струја прекида је 0.45А. Извршите самопражњење тест на формираним ћелијама. Користите методу испитивања статичког напона и тестирајте напон најмање два месеца. Након што су ћелије остављене да стоје на собној температури (25±5) степени 24 сата, напон отвореног кола се тестира и бележи. Након тога, ћелије су наставиле да стоје на собној температури месец и два месеца, а затим је напон отвореног кола тестиран и поново забележен.
Резултати и дискусија
1. Поређење напона батерије пре формирања
Слика 1 приказује промене напона батерије током 1А и 2А пуњења и након престанка пуњења. Са слике се може видети да се батерија нултог напона може приближно сматрати кратким спојем узрокованим унутрашњим неравнинама. Батерија може да издржи тест струје мањи од 2А у року од 1 минута. Када је струја пуњења 1А и 2А, због кратког споја узрокованог унутрашњим шиљцима, напон достиже стабилну вредност и више се не мења. Када се пуњење заустави, напон се брзо враћа на 0.
Наставите да повећавате струју пуњења, промените струју пуњења на 3А и подесите време пуњења на 5с, 10с, односно 25с. Тестна крива пуњења батерије приказана је на слици 2.
Према запажању на слици 2, када струја пуњења достигне 3А, промена напона батерије је слична оној код пуњења од 1А и 2А под временом пуњења од 5 секунди и 10 секунди. Како се време пуњења продужава, када време пуњења прелази 10 секунди, напон полако расте. Када време пуњења достигне 20 секунди, напон брзо расте. Након престанка пуњења, напон полако опада, а претходни феномен нултог напона се не појављује у кратком временском периоду.
На основу брзине промене напона при пуњењу, може се закључити да су ивице унутар батерије термички спојене услед топлоте настале пуњењем. Пре него што се бразде споје, напон показује полако растућу фазу у року од 10 до 20 секунди након почетка пуњења.
Након 20 секунди, шиљак се спаја, а напон батерије брзо расте. Након престанка пуњења, напон батерије се полако смањује. Вриједно је напоменути да након што се бразди затворе, металне нечистоће и даље остају унутар батерије, што узрокује самопражњење брже од нормалних батерија. Због тога, након нормализације батерије, потребно је тестирати њену брзину самопражњења.
2. Поређење самопражњења батерије након формирања
Батерија одабрана за експеримент је напуњена и испражњена према горе наведеном процесу формирања. Након корака ⑦, стање напуњености (СОЦ) батерије је било приближно 80%. Тест самопражњења батерије је спроведен на собној температури и упоређен са батеријама које садрже нечистоће из исте серије. Подаци теста су приказани у табели 1.
Из табеле 1 се може видети да самопражњење батерије изазвано неравнинама постоји и има утицај на способност задржавања пуњења батерије. Анализирање узрока абнормалности самопражњења кроз струју пуњења може интуитивно да одрази абнормалну ситуацију шиљака на електроди током производног процеса.
Ово показује да је неопходно додатно ојачати захтеве за контролу процеса током производног процеса и благовремено одржавати резач како би се обезбедиле перформансе батерије и смањиле безбедносне опасности. Након што се ивица издува, унутар електроде још увек постоје металне нечистоће.
Према подацима о самопражњењу након мерења капацитета батерије, може се закључити да након што је нормална батерија остављена на собној температури месец дана, напон опада за око 7мВ; после два месеца напон опада за око 10мВ. Ово показује да је брзина самопражњења батерија са прекомерним зарезима већа него код нормалних батерија. Узимајући у обзир напон пре формирања и анализу података о самопражњењу након поделе капацитета, може се закључити да ће прекомерни неравнини довести до абнормалних перформанси задржавања пуњења батерије. Неравнине присутне на електродама батерије неће потпуно нестати и дугорочно ће утицати на перформансе батерије.
Укратко, неравнине имају негативан утицај на перформансе батерије, тако да је потребно предузети мере да се смањи формирање неравнина током производног процеса како би се обезбедиле перформансе и безбедност батерије.
Закључак
У процесу производње батерија, контрола величине избочина на електроди је кључни параметар. Када неравнина изазове кратак спој, напон батерије ће постати 0 након пуњења. Пуњење батерије у кратком споју изазваном зарезом са малом струјом може се уочити стабилан напон. Када струја достигне вредност осигурача буррса, унутар батерије још увек постоје металне нечистоће, које ће наставити да утичу на самопражњење батерије, што резултира већом стопом самопражњења од нормалних батерија. Овај метод се може користити за идентификацију кратких спојева батерије узрокованих неравнинама током производње батерије. Посматрајући промене у напону, можемо да водимо јачање инспекције опреме за сечење, сечење и намотавање током процеса производње батерија како бисмо избегли производњу великих количина неквалификованих батерија. Стога, пуњењем краткоспојних батерија узрокованих неравнинама са малом струјом и праћењем промена напона, проблеми у процесу производње батерија могу бити ефикасно идентификовани и релевантне контроле процеса могу бити вођене како би се осигурао квалитет и перформансе батерије.
