Analyse van oorzaken voor lage celcapaciteit

Een lage celcapaciteit is een intuïtief oordeel, gebaseerd op een vergelijking van de ontladingscapaciteit na de formatie met de ontwerpwaarde. Als de gemeten capaciteit onder de ontwerpspecificatie ligt, is de eerste stap om te controleren of de parameters van het formatieproces correct zijn ingesteld (bijv. ontladingsstroom, laadduur, uitschakelspanning en formatietemperatuur).
â' Als de formatiestappen correct blijken te zijn, test u de cel opnieuw met alternatieve apparatuur of kanalen om mogelijke problemen met het formatiesysteem uit te sluiten.
â'¡ Als de capaciteit na vervanging van de apparatuur normaal blijft, is de oorspronkelijke formatieapparatuur defect.
Als het probleem met de lage capaciteit na hertesten nog steeds aanwezig is, wordt bevestigd dat de cel daadwerkelijk een lage capaciteit heeft.
Nadat een lage capaciteit is vastgesteld, is verdere analyse nodig om de frequentie en ernst ervan te bepalen. Demonteer en inspecteer de volledig opgeladen cellen met lage capaciteit vóór een systematische analyse van de oorzaak. Als er geen afwijkingen worden gevonden, kunnen mogelijke oorzaken een onvoldoende gewicht van de positieve elektrodecoating of een ontoereikende ontwerpmarge zijn. Indien defecten worden gedetecteerd, moeten ontwerp- of productieproblemen worden overwogen.

Grondoorzaakanalyse: ontwerp- en productieperspectieven

I. Ontwerpgerelateerde factoren

1. Materiaalcompatibiliteit

De compatibiliteit tussen de negatieve elektrode en de elektrolyt heeft een kritische invloed op de capaciteit. Bij nieuw geïntroduceerde anodematerialen of elektrolyten wijst herhaaldelijke lithiumplating tijdens tests sterk op een materiaalmismatch. Mogelijke mismatchmechanismen zijn onder andere:

â' Slecht gevormde, te dikke of onstabiele SEI-laag tijdens de vorming.

â'¡ PC (propyleencarbonaat) in de elektrolyt veroorzaakt grafietexfoliatie.

â'¢ Een te hoge oppervlaktedichtheid/verdichtingsdichtheid van de elektrode belemmert het vermogen om snel te laden/ontladen.

2. Capaciteitsontwerpmarge

Specifieke capaciteit van de positieve elektrode: Bij het ontwerp moet rekening worden gehouden met coatingtoleranties, fouten in de formatieapparatuur en capaciteitsverlies door hechting van de tabs. Evalueer voor nieuwe materialen nauwkeurig de haalbare specifieke capaciteit onder het gegeven systeem (anode/elektrolyt-combinatie). Houd er rekening mee dat de specifieke capaciteit varieert met de formatiesnelheid, de laadstroom, de cyclusfrequentie en de elektrolytformulering. Een overschatting van de capaciteit van de positieve elektrode leidt tot te hoge ontwerpwaarden en cellen met een daadwerkelijk lage capaciteit.

Negatieve elektrode-overmaat en CB-waarde: Overmatige belasting van de negatieve elektrode verbetert in eerste instantie het gebruik van de positieve elektrode met 1-2%, maar voorbij de optimale niveaus vermindert het overmatige, onomkeerbare lithiumverbruik tijdens de SEI-vorming de ontladingscapaciteit van de eerste cyclus.

3. Elektrolytenvulling en -retentie

Onvoldoende elektrolytvulling vermindert de intercalatie-/de-intercalatie-efficiëntie van lithiumionen. Cellen met onvoldoende elektrolytretentie vertonen droge elektroden en een dunne lithiumlaag op het anodeoppervlak, wat direct bijdraagt aan capaciteitsverlies.

II. Productiegerelateerde factoren

1. Oppervlaktedichtheidsafwijking van de coating

2. Oververdichting tijdens het kalanderen

Overmatige verdichting beschadigt de structuur van het actieve materiaal, wat blijkt uit glanzende elektrodeoppervlakken. In kathodes verstoort dit de de-intercalatie van lithium; in anodes veroorzaakt het lithiumplating op het oppervlak en capaciteitsvermindering.

3. Montagetoleranties

Slechte uitlijning van de elektrode, rimpels in de separator of interne microkortsluitingen verhogen de lokale impedantie en verminderen de capaciteit. Gerimpelde separatoren veroorzaken onvolledige lithiumintercalatie (niet-gouden anode-uiterlijk) in de aangetaste gebieden.

4. Vochtgehaltecontrole

Een verhoogd vochtgehalte (van elektroden, elektrolyt, een onjuist dauwpunt in het dashboardkastje of ontgassingsprocessen) veroorzaakt nevenreacties en capaciteitsverlies.

5. Milieumaatregelen

Een hoge luchtvochtigheid versnelt hydrolysereacties, terwijl lage temperaturen de diffusie van lithiumionen belemmeren, wat beide de capaciteit vermindert. Afwijkingen in de vormingstemperatuur beïnvloeden ook de nauwkeurigheid van de capaciteitsmeting.

6. Andere factoren

Verontreiniging door vreemde voorwerpen: Metalen/magnetische verontreinigingen verhogen de zelfontlading, wat leidt tot een ogenschijnlijk lage capaciteit navorming.

Opslag vóór de vorming: Langdurige opslag bij hoge temperaturen/vochtigheid degradeert elektroden en elektrolyten, wat leidt tot capaciteitsverlies.

â…¢. Conclusie

Door deze factoren systematisch te onderzoeken – van materiaalcompatibiliteit en ontwerpmarges tot procescontroles en omgevingsomstandigheden – kan de grondoorzaak van een lage capaciteit effectief worden geïdentificeerd en aangepakt.

TOB NIEUWE ENERGIEbiedt geavanceerdebatterijtesterStel ingenieurs en onderzoekers in staat om uitgebreide inzichten te verkrijgen in batterijprestaties door middel van nauwkeurige metingen en gecontroleerde experimenten. Kwantificeer de energieopslagcapaciteit met laboratoriumnauwkeurigheid met onze batterijcapaciteitsanalysatoren.