Hoe kan ik de kortsluiting detecteren die wordt veroorzaakt door bramen op batterijelektroden？

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, willen we het probleem nauwkeurig oplossen en een beter inzicht krijgen in het belang van het beheersen van elektrodebramen tijdens de productie.

Experiment

1. Batterijvoorbereiding

Dit experiment maakt gebruik van lithiumnikkelkobaltmanganaatmateriaal (NCM111) als het positieve actieve materiaal. Meng het positieve actieve materiaal, SP-roet, 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 aluminiumfolie met koolstofcoating en de coatinghoeveelheid aan één zijde bedraagt ​​270 g/m2. Plaats de positieve elektrode in een oven bij een temperatuur van (120 ± 3) °C om gedurende 24 uur te drogen, en vervolgens wordt het kalanderproces uitgevoerd om de gecompacteerde dichtheid van de elektrode 3,28 g/cm3 te maken. Het negatief actieve materiaal maakt gebruik van lithiumtitanaatmateriaal Li4Ti5O12. Meng het negatieve actieve materiaal, het geleidende SP-zwarte agens, het PVDF-bindmiddel en het 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, met koolstof gecoate aluminiumfolie en de coatinghoeveelheid aan één zijde bedraagt ​​214 g/m2. Plaats de negatieve elektrode in een oven bij een temperatuur van (110 ± 3) °C om 24 uur te drogen, en voer vervolgens een walsproces 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 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (volumeverhouding 1:1:1). De afscheider is een poreuze afscheider van polyethyleen (PE) met een dikte van 20 μm. Bovenstaande materialen zijn samengevoegd tot 66160 cellen met een ontwerpcapaciteit van 45Ah. Na het opwikkelen en monteren werd de bovenafdekking van de aluminium schaal gelast en afgedicht, en werden de experimentele cellen in een oven bij een temperatuur van (85 ± 3) ° C geplaatst om gedurende 24 uur te drogen.

Na het drogen worden de batterijcellen gevuld en is de hoeveelheid elektrolyt 200 g. Na het vullen met elektrolyt liet men de cellen 72 uur bij kamertemperatuur staan. Na het laten staan ​​werden alle experimentele cellen getest op open circuitspanning (OCV) en werden de interne weerstand en spanning van de batterij geregistreerd.

2. Oplaadtest

Gebruik bij het uitvoeren van interne weerstands- en spanningsanalyses een interne AC-weerstandstester voor het testen. Gebruik het 5V-50A uiterst nauwkeurige batterijprestatietestsysteem om de laadprestaties van de batterij te testen. Voor cellen die na het vullen zijn blijven staan, moet u bij het uitvoeren van een spanningstest eerst de cel kortsluiten om de spanning terug te brengen naar 0, wat een cel met nulspanning is.

Voer vervolgens een laadtest uit op de nulspanningscel. Wanneer de omgevingstemperatuur (25±3)℃ 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 van tijd van kort naar lang. De oplaadtijd was respectievelijk ingesteld op 5 seconden, 10 seconden en 25 seconden. Observeer de veranderingen in de accuspanning na elke oplaadtijd.

3. Zelfontladingstest

Gebruik een tweedimensionale tester voor analyse van elektrodebramen. Gebruik een interne AC-weerstandstester voor interne weerstands- en spanningsanalyse. Gebruik een 5V-50A uiterst nauwkeurig batterijprestatietestsysteem om de elektrische prestaties te testen. Gebruik een hoge- en lagetemperatuurbox om de celtemperatuur te regelen. Nadat de nulspanningscellen vóór de formatie zijn opgeladen, smelt de braam en verschijnt er geen nulspanning meer. Test het normale vormingsproces van deze batterij. Het vormingsproces is als volgt:

① Nadat de temperatuur van de hogetemperatuurkast 120 ℃ heeft bereikt, wacht u 120 minuten.

②Opladen met 1,0 keer C-stroom tot de uitschakelspanning van 2,8 V en vervolgens overschakelen naar opladen met constante spanning. De oplaadtijd bedraagt ​​2 uur.

③Wacht 10 minuten.

④Ontlaad met 1,0 keer C-stroom tot de uitschakelspanning van 1,5V en schakel vervolgens over naar ontlading met constante spanning. De uitschakeltijd voor het lossen bedraagt ​​2 uur.

⑤Wacht 10 minuten.

⑥Herhaal stappen 2 t/m 5 3 keer.

⑦Opladen met 1,0 keer C-stroom, de oplaadtijd is 0,7 uur, vervolgens opladen met een constante spanning van 2,3 V, de uitschakelstroom is 0,45 A. 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)°C zijn blijven staan, wordt de nullastspanning getest en geregistreerd. Vervolgens bleven de cellen een maand en twee maanden bij kamertemperatuur staan, waarna de nullastspanning opnieuw werd getest en geregistreerd.

resultaten en discussie

1. Vergelijking van de batterijspanning vóór vorming

Figuur 1 toont de veranderingen in de accuspanning tijdens het opladen van 1A en 2A en na het stoppen met opladen. Uit de figuur blijkt dat een nulspanningsbatterij ongeveer kan worden beschouwd als een kortsluiting veroorzaakt door interne bramen. De accu is binnen 1 minuut bestand tegen een stroomtest van minder dan 2A. Wanneer de laadstroom 1A en 2A is, bereikt de spanning als gevolg van de kortsluiting veroorzaakt door interne bramen een stabiele waarde en verandert deze niet meer. Wanneer het opladen wordt gestopt, keert de spanning snel terug naar 0.

Ga door met het verhogen van de laadstroom, verander de laadstroom naar 3A en stel de oplaadtijd in op respectievelijk 5s, 10s en 25s. De testcurve voor het opladen van de batterij wordt weergegeven in Figuur 2.

Volgens de observatie in figuur 2, wanneer de laadstroom 3A bereikt, is de spanningsverandering van de batterij vergelijkbaar met die van 1A en 2A opladen onder de oplaadtijd van 5 seconden en 10 seconden. Naarmate de oplaadtijd langer wordt en de oplaadtijd langer is dan 10 seconden, stijgt de spanning langzaam. Wanneer de oplaadtijd 20 seconden bereikt, stijgt de spanning snel. Nadat het opladen is gestopt, daalt de spanning langzaam en treedt het vorige fenomeen van nulspanning niet binnen korte tijd op.

Op basis van de snelheid waarmee de spanning tijdens het opladen verandert, kan worden geconcludeerd dat de bramen in de batterij thermisch zijn gesmolten als gevolg van de warmte die wordt gegenereerd door het opladen. Voordat de bramen smelten, vertoont de spanning binnen 10 tot 20 seconden na het starten van het opladen een langzaam stijgend stadium.

Na 20 seconden smelt de braam en stijgt de accuspanning snel. Na het stoppen met opladen neemt de accuspanning langzaam af. Het is vermeldenswaard dat nadat de braam is gesmolten, er nog steeds metaalverontreinigingen in de batterij achterblijven, waardoor zelfontlading sneller ontstaat 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 vorming

De voor het experiment geselecteerde batterij 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 bevatten uit dezelfde batch. De testgegevens worden weergegeven in Tabel 1.

Uit Tabel 1 blijkt dat zelfontlading van de batterij, veroorzaakt door bramen, inderdaad bestaat en een impact heeft op het vermogen van de batterij om de lading vast te houden. Het analyseren van de oorzaken van zelfontladingsafwijkingen door middel van laadstroom kan intuïtief de abnormale situatie van elektrodebramen tijdens het productieproces weerspiegelen.

Dit toont aan dat het noodzakelijk is om de procescontrole-eisen tijdens het productieproces verder te versterken en de snijplotter tijdig te onderhouden om de prestaties van de batterij te garanderen en veiligheidsrisico's te verminderen. Nadat de braam is geblazen, zitten er 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 lang op kamertemperatuur is gelaten, de spanning met ongeveer 7 mV daalt; na twee maanden daalt de spanning met ongeveer 10 mV. Hieruit blijkt dat de zelfontlading van batterijen met overmatige bramen groter is dan die van normale batterijen. Rekening houdend met de spanning vóór vorming en de zelfontladingsgegevensanalyse na capaciteitsverdeling, kan worden geconcludeerd dat overmatige bramen zullen leiden tot abnormale prestaties van de acculading. De bramen op de batterijelektroden zullen niet volledig verdwijnen en zullen de prestaties van de batterij op de lange termijn beïnvloeden.

Samenvattend hebben bramen een negatieve invloed op de prestaties van de accu. Daarom moeten er maatregelen worden genomen om de vorming van bramen tijdens het productieproces te verminderen om de prestaties en veiligheid van de accu te garanderen.

Conclusie

Bij het productieproces van batterijen is het beheersen van de grootte van de elektrodebramen een belangrijke parameter. Wanneer een braam kortsluiting veroorzaakt, wordt de spanning van de accu na het vullen 0. Door een kortgesloten accu, veroorzaakt door een braam, met een kleine stroom op te laden, kan een stabiele spanning worden waargenomen. Wanneer de stroom de braamzekeringswaarde bereikt, zitten er nog steeds metaalverontreinigingen in de batterij, die de zelfontlading van de batterij zullen blijven beïnvloeden, wat resulteert in een hogere zelfontlading dan normale batterijen. Deze methode kan worden gebruikt om kortsluitingen in de batterij te identificeren die worden veroorzaakt door bramen tijdens de productie van de batterij. Door veranderingen in de spanning waar te nemen, kunnen we de inspecties van snij-, stans- en wikkelapparatuur tijdens het productieproces van de batterij versterken, om de productie van grote hoeveelheden niet-gekwalificeerde batterijen te voorkomen. Door kortgesloten accu's, veroorzaakt door bramen, op te laden met een lage stroomsterkte en spanningsveranderingen te monitoren, kunnen problemen in het accuproductieproces effectief worden geïdentificeerd en kunnen relevante procescontroles worden begeleid om de kwaliteit en prestaties van de accu te garanderen.