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2024-06-18
本文作者分析零电压的产生原因,,,,,,,,重点分析极片毛刺导致电池零电压的现象,,,,,,,,以准确找到短路的原因,,,,,,,,精准解决此问题,,,,,,,,更好地理解生产过程中极片毛刺管控的重要性。。。。。。。
1 实验
1.1 电池制备
实验电池以镍钴锰酸锂材料(NCM111)作为正极活性物质。。。。。。。将正极活性物质、导电剂SP 炭黑、黏结剂聚偏氟乙烯PVDF和溶剂NMP按照质量比66∶2∶2∶30搅拌,,,,,,,,制成浆料,,,,,,,,涂覆在15μm厚的涂碳铝箔上,,,,,,,,单面涂覆量为270g/m2。。。。。。。将正极极片放置在温度(120±3)℃的烤箱中干燥24h,,,,,,,,辊压后,极片的压实密度为3.28g/cm3。。。。。。。
以钛酸锂材料Li4Ti5O12作为负极活性物质。。。。。。。将负极活性物质、导电剂SP炭黑、黏结剂PVDF和溶剂NMP按照质量比52∶2∶2∶44搅拌,,,,,,,,制成浆料,,,,,,,,涂覆在15μm厚的涂碳铝箔上,,,,,,,,单面涂覆量为214g/m2。。。。。。。将负极极片放置在温度(110±3)℃的烤箱中干燥24h,,,,,,,,辊压后,,,,,,,,极片的压实密度为1.85g/cm3。。。。。。。干燥后的极片经分切后,,,,,,,,极片宽度(136.0±1.0)mm,,,,,,,,极片毛刺不超过12μm。。。。。。。
以1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC(体积比1∶1∶1)为电解液,,,,,,,,20μm厚的聚乙烯(PE)多孔隔膜为隔膜,,,,,,,,制备66160型电池,,,,,,,,容量设计为45Ah。。。。。。。卷绕组装后,,,,,,,,将铝壳顶盖焊封,,,,,,,,将实验电池放置在温度(85±3)℃的烤箱中,,,,,,,,干燥24h,,,,,,,,再向电芯注液,,,,,,,,注液量均为200g。。。。。。。注液后的电池在常温下静置72h,,,,,,,,静置结束后,,,,,,,,对所有实验电池进行开路电压(OCV)测试,记录电池内阻和电压。。。。。。。
化成前的零电压电池,,,,,,,,充电后,,,,,,,,毛刺熔断,,,,,,,,零电压不再出现。。。。。。。对该电池进行正常;;;;;闪鞒滩馐,,,,,,,,化成工艺如下:①高温箱温度达到120℃后,,,,,,,,搁置120min;;;;;;②1.0C恒流充电至截止电压2.8V后。。。。。。。转恒压充电,充电截止时间2h;;;;;;③搁置10min;;;;;;④1.0C恒流放电至截止电压1.5V后,,,,,,,,转恒压放电,,,,,,,,放电截止时间2h;;;;;;⑤搁置10min;;;;;;⑥重复②到⑤步骤3次;;;;;;⑦1.0C恒流充电,,,,,,,,充电时间0.7h,,,,,,,,再以2.3V恒压充电,,,,,,,,截止电流 0.45A。。。。。。。对化成后的电池进行自放电测试。。。。。。。采用测试静态电压的方法,,,,,,,,测试电压时长不少于两个月。。。。。。。电池在常温(25±5)℃下静置24h后,,,,,,,,进行开路电压测试并记录。。。。。。。电池继续在常温下静置,,,,,,,,一个月、两个月后,,,,,,,,再次进行开路电压测试并记录。。。。。。。
1.2 充电测试
用交流内阻测试仪进行内阻和电压分析。。。。。。。用5V-50A高精度电池性能检测系统进行充电性能测试。。。。。。。对注液后静置结束的电池进行电压测试时,短路电池的电压为0,,,,,,,,即为零电压电池。。。。。。。对零电压电池进行充电测试。。。。。。。在环境温度(25±3)℃下,,,,,,,,采用1A、2A和3A等不同电流充电,充电结束后,观察电池电压的变化情况。。。。。。。按照电流从小到大、时间由短到长进行实验,充电时间分别设置为5s、10s、25s。。。。。。。
1.3 自放电测试
采用二次元测试仪进行极片毛刺分析。。。。。。。用交流内阻测试仪进行内阻和电压分析。。。。。。。用5V-50A高精度电池性能检测系统测试电性能。。。。。。。用高温箱控制电池温度。。。。。。。
2 结果与讨论
2.1 化成前电池电压对比
1A、2A充电过程中及停止充电后的电池电压见图1。。。。。。。从图1可知,,,,,,,,零电压电池可近似看作内部存在毛刺短路。。。。。。。该电池可承受1min内2A以下电流的测试。。。。。。。当充电电流为1A、2A时,,,,,,,,由于内部存在毛刺导致的短路,,,,,,,,电压达到一个稳定值后不再变化;;;;;;当停止充电后,,,,,,,,电压快速恢复到0。。。。。。。
继续增大充电电流,将充电电流改为3A,,,,,,,,充电时间分别设置为5s、10s、25s,,,,,,,,电池的充电测试曲线见图2。。。。。。。
从图2可知,,,,,,,,当充电电流达到3A时,,,,,,,,电池在5s和10s充电时间下,,,,,,,,电压状态与1A、2A充电类似。。。。。。。继续延长充电时间,,,,,,,,当充电时间超过10s后,,,,,,,,电压缓慢上升;;;;;;当充电时间达到20s后,,,,,,,,电压快速上升,,,,,,,,充电停止后,,,,,,,,电压缓慢下降,,,,,,,,短时间内没有出现之前的零电压现象。。。。。。。由充电过程中电压变化的速度可知,,,,,,,,此时,,,,,,,,电池内部的毛刺已因充电产生的热量发生了热熔断。。。。。。。毛刺熔断之前,,,,,,,,在充电开始后的10~20s内,,,,,,,,电压出现一个缓慢上升的阶段。。。。。。。20s后,,,,,,,,毛刺熔断,,,,,,,,此时电池电压出现快速上升。。。。。。。停止充电后,,,,,,,,电池电压缓慢降低。。。。。。。毛刺熔断后,,,,,,,,金属杂质仍然残留在电池内部,,,,,,,,导致自放电快于正常电池。。。。。。。对该电池进行正常;;;;;珊,,,,,,,,测试自放电速度。。。。。。。
实验选取的电池按照1.3节化成工艺进行充放电,,,,,,,,步骤⑦结束后,,,,,,,,电池荷电状态(SOC)约为80%。。。。。。。在常温下对电池进行自放电测试,,,,,,,,并选取正常电池和同批包含杂质电池进行对比,,,,,,,,测试数据见表1。。。。。。。
从表1可知,,,,,,,,毛刺导致的电池自放电现象确实存在,,,,,,,,影响了电池的荷电保持能力。。。。。。。采用充电电流分析自放电异常的原因,,,,,,,,可直观地反映出制造过程中极片毛刺的异常状况,,,,,,,,说明在生产过程中应进一步加强工艺控制要求,,,,,,,,及时维护刀具,保证电池的性能,,,,,,,,减少安全隐患。。。。。。。毛刺熔断后,,,,,,,,极片内部仍存在金属杂质。。。。。。。测量电池分容后的自放电数据可知,,,,,,,,正常电池常温下静置一个月后,,,,,,,,电压降低约7mV,,,,,,,,两个月后,,,,,,,,电压降低约10mV,,,,,,,,说明毛刺过大电池的自放电率大于正常电池。。。。。。。结合化成前的电压和分容后的自放电数据分析可知,,,,,,,,毛刺过大,,,,,,,,将导致电池荷电保持性能出现异常。。。。。。。电池极片存在的毛刺不会完全消失,,,,,,,,将长期影响电池的性能。。。。。。。
3 结论
电池制造过程中,,,,,,,,控制极片毛刺大小是一项关键参数。。。。。。。毛刺导致短路后,,,,,,,,电池在注液后的电压为0。。。。。。。对毛刺引发的短路电池进行小电流充电,,,,,,,,会出现电压恒定不变的现象,,,,,,,,当电流达到毛刺熔断值后,,,,,,,,电池内部存在金属杂质,,,,,,,,会继续影响电池的自放电,,,,,,,,自放电率大于正常电池。。。。。。。该方法可以识别电池制造过程中毛刺引发的电池短路,,,,,,,,从而指导在电池生产过程中,,,,,,,,加强对分切、模切、卷绕设备进行排查,,,,,,,,避免大批量不合格电池的产生。。。。。。。
文章来源:https://www.resheji.com/xingyezixun/jishuwenzhang/shichangyingyong/dianyuandianli/2024-03-16/2935.html