Varför självladdning av litiumjonbatterier, hur man mäter självutladdning?

Självutladdningsreaktionen hoslitium jon batteriär oundvikligt. Dess existens leder inte bara till att batteriets' s egen kapacitet minskas, utan påverkar också allvarligt batteriets' s montering och livslängd. Självutladdningshastigheten för litiumjonbatterier är vanligtvis 2% till 5% per månad, vilket helt kan uppfylla användarkraven för enstaka celler.

Men när det enda litiumbatteriet har monterats i en modul är egenskaperna hos varje enskilt litiumbatteri inte helt konsekvent, så efter varje laddning och urladdning kan terminalspänningen för varje enskilt litiumbatteri inte nå fullständig konsistens, vilket kommer att orsaka om överladdad eller om överladdade celler visas i modulen kommer celllitiumbatteriets prestanda att försämras. När antalet laddningar och urladdningar ökar kommer försämringsgraden att förvärras ytterligare, och cykellivslängden kommer att reduceras kraftigt jämfört med omonterade enstaka celler. Därför är djupgående forskning om självutladdningshastigheten för litiumjonbatterier ett akut behov av batteriproduktion.

1

Faktorer som påverkar självutladdning

Självutladdningsfenomenet hos batteriet avser fenomenet spontan förlust av batteriets kapacitet när det lämnas i en öppen krets, och kallas också laddningsförvaringskapaciteten. Självutladdning kan i allmänhet delas in i två typer: vändbar självutladdning och irreversibel självutladdning. Förlustkapaciteten kan kompenseras reversibelt för reversibel självutladdning, principen liknar den normala batteriets urladdningsreaktion. Självutladdningen som inte kan kompenseras för kapacitetsförlust är oåterkallelig självutladdning. Det främsta skälet är att en irreversibel reaktion har inträffat inuti batteriet, inklusive reaktionen på den positiva elektroden och elektrolyten, reaktionen på den negativa elektroden och elektrolyten, reaktionen orsakad av föroreningarna i elektrolyten och tillverkningstiden Irreversibla reaktioner orsakade av mikrokortslutningar orsakade av föroreningar. De påverkande faktorerna för självutladdning är följande.

1 katodmaterial

Påverkan av det positiva elektrodmaterialet är huvudsakligen att övergångsmetallen och föroreningarna i det positiva elektrodmaterialet fälls ut vid den negativa elektroden för att orsaka en inre kortslutning och därigenom öka självutladdningen av litiumbatteriet. Yah-Mei Teng et al. studerade de fysikaliska och elektrokemiska egenskaperna hos två LiFePO4-katodmaterial. Studien fann att batterier med högt järnföroreningsinnehåll i råvarorna och under laddning och urladdning har hög självutladdningshastighet och dålig stabilitet. Anledningen är att järn gradvis minskar och fälls ut vid den negativa elektroden, genomtränger separatorn och orsakar en kortslutning i batteriet, vilket resulterar i högre självutladdning.

2 Anodmaterial

Påverkan av det negativa elektrodmaterialet på självutladdning beror huvudsakligen på den irreversibla reaktionen mellan det negativa elektrodmaterialet och elektrolyten. Redan 2003 beskrev Aurbach et al. föreslog att elektrolyten reduceras för att frigöra gas, där grafitytan utsätts för elektrolyten. I processen med laddning och urladdning, när litiumjoner införs och extraheras, skadas grafitskiktstrukturen lätt, vilket resulterar i en stor självutladdningshastighet.

3 Elektrolyt

Påverkan av elektrolyten inkluderar huvudsakligen: korrosion av ytan på den negativa elektroden med elektrolyten eller föroreningar; upplösning av elektrodmaterialet i elektrolyten; elektroden täcks med ett olösligt fast ämne eller gas sönderdelas av elektrolyten för att bilda ett passiveringsskikt. För närvarande ägnas ett stort antal forskare åt utveckling av nya tillsatser för att undertrycka påverkan av elektrolyt på självutladdning. Jun Liu et al. tillsatte tillsatser såsom VEC till NCM111 batterielektrolyt, och fann att batteriet' s högtemperaturcykelprestanda förbättrades och självutladdningshastigheten i allmänhet minskade. Anledningen är att dessa tillsatser kan förbättra SEI-filmen och därmed skydda den batteri-negativa elektroden.

4 Lagringsstatus

De allmänna påverkande faktorerna för lagringsstatus är lagringstemperatur och batteri SOC. I allmänhet, ju högre temperatur och högre SOC, desto större är självladdningen av batteriet. Takashi et al. genomförde kapacitetsförfallsexperiment på litiumjärnfosfatbatterier under statiska förhållanden. Resultaten visar att när temperaturen ökar, minskar kapacitetshållningsgraden gradvis med hylltiden och batteriets självutladdningshastighet ökar.

Liu Yunjian och andra använde ett kommersiellt litiummanganatkraftbatteri och fann att när batteriet' s laddningstillstånd ökade, blev den relativa potentialen för den positiva elektroden högre och högre, och dess oxiderbarhet blev starkare och starkare; den relativa potentialen för den negativa elektroden blev lägre och lägre. Dess reducerbarhet blir starkare och starkare, båda kan påskynda nederbörden av Mn, vilket leder till en ökning av självutladdningshastigheten.

5 Andra faktorer

Det finns många faktorer som påverkar batteriets självladdningshastighet. Förutom de som introducerats ovan, finns det huvudsakligen följande aspekter: under produktionsprocessen, bristerna som genereras när polstyckena skärs och föroreningar som införs i batteriet på grund av produktionsmiljöproblem, som damm, metallpulver på polstyckena, etc., kan orsaka inre mikrokortslutning i batteriet; den yttre miljön är fuktig, den externa kretsen är inte helt isolerad och batterihöljet har dålig isolering. Det finns en extern elektronisk krets under lagring, vilket leder till självutladdning; Under långvarig lagring misslyckas bindningen mellan det aktiva materialet i elektrodmaterialet och strömkollektorn, vilket resulterar i att det aktiva materialet tappas och skalas, vilket leder till en minskning av kapaciteten och en ökning av självutladdningen. Var och en av ovanstående faktorer eller en kombination av flera faktorer kan orsaka självladdningsbeteendet hos litiumbatteriet, vilket gör det svårt att hitta orsaken till självutladdning och uppskatta batteriets lagringsprestanda.

2

Mätmetod för självutladdningshastighet

Det kan vara känt från ovanstående analys att litiumbatteriernas självurladdningshastighet generellt sett är låg. Självutladdningshastigheten påverkas av faktorer som temperatur, antalet användningscykler och SOC. Därför är det mycket svårt och tidskrävande att noggrant mäta batteriets självutladdning.

1 Traditionell mätmetod för självutladdningshastighet

För närvarande är de traditionella metoderna för detektering av självurladdning följande:

1.1 Direkt mätmetod

Ladda först batteriet som testas till ett visst laddningstillstånd, och håll det öppet under en tid, sedan ladda ur batteriet för att bestämma batteriets kapacitetsförlust. Självutladdningshastighet:

I formeln: C är batteriets nominella kapacitet; C1 är urladdningskapaciteten. Efter att kretsen har lämnats öppen kan batteriets återstående kapacitet erhållas genom att ladda ur batteriet. För närvarande laddas och laddas batteriet flera gånger för att bestämma batteriets fulla kapacitet. Den här metoden kan bestämma den irreversibla kapacitetsförlusten och den reversibla kapacitetsförlusten för batteriet.

1.2 Metod för mätningshastighet för öppen kretsspänning

Den öppna kretsspänningen är direkt relaterad till batteriets' s laddningstillstånd SOC. Den behöver bara mäta hastigheten på batteriets' s OCV över en tidsperiod, nämligen:

Metoden är enkel att använda och behöver bara spela in batteriets spänning under vilken tidsperiod som helst, och sedan kan batteriets laddningstillstånd uppnås i detta ögonblick i enlighet med motsvarande förhållande mellan spänningen och batteriet SOC . Genom beräkningen av spänningsnedgången för spänningen och sönderfallskapaciteten som motsvarar enhetstiden, kan batteriets självutladdningshastighet slutligen erhållas.

1.3 Metod för underhåll av kapacitet

Mät batteriets' s önskad öppen kretsspänning eller den mängd effekt som krävs av SOC för att erhålla batteriet' s självutladdningshastighet. Det vill säga att laddningsströmmen när batteriets öppna kretsspänning mäts bibehålls och batteriets självurladdningshastighet kan betraktas som den uppmätta laddningsströmmen.

2 Självutladdningshastighet snabb mätmetod

Eftersom den traditionella mätmetoden tar lång tid och mätnoggrannheten är otillräcklig, används självutladdningshastigheten endast som en metod för att screena batteriet i batteridetekteringsprocessen i de flesta fall. Framväxten av ett stort antal nya och praktiska nya mätmetoder sparar mycket tid och ansträngning för att mäta batteriets självurladdning.

2.1 Digital styrteknik

Digital styrningsteknologi är en ny mätmetod för självurladdning härrörande från den traditionella mätmetoden för självurladdning med hjälp av en enda chipmikrodator och så vidare. Denna metod har fördelarna med kort mätningstid, hög noggrannhet och enkel utrustning.

2.2 Ekvivalent kretsmetod

Den ekvivalenta kretsmetoden är en helt ny mätmetod för självutladdning. Denna metod simulerar batteriet som en ekvivalent krets, som snabbt och effektivt kan mäta litiumjonbatteriets självutladdningshastighet.

3

Betydelse av att mäta självutladdningshastighet

Som ett viktigt prestandaindex för litiumjonbatterier har självurladdningshastighet ett viktigt inflytande på valet och gruppering av batterier. Därför är det av vidsträckt betydelse att mäta självutladdningshastigheten för litiumbatterier.

1 Förutse problemcellen

I samma sats batterier är materialen och tillverkningskontrollerna i stort sett desamma. När den vita urladdningen av enskilda batterier är uppenbarligen för stor, är det troligt att orsaken är en allvarlig mikrokortslutning på grund av föroreningar och brister som bryter igenom separatorn. Eftersom effekten av mikrokortslutning på batteriet är långsam och irreversibel. På kort sikt kommer därför sådana batterier inte att skilja sig mycket från normala batterier, men eftersom den interna irreversibla reaktionen gradvis fördjupas efter långvarig lagring, kommer batteriets prestanda att vara mycket lägre än dess fabriksprestanda och andra normal batteriprestanda. Därför måste batterier med stor självutladdning elimineras för att säkerställa kvaliteten på fabriksbatterierna.

2 Gruppera batterierna

Litiumbatterier behöver bättre konsistens, inklusive kapacitet, spänning, inre motstånd och vit urladdningshastighet. Påverkan av batteriets' s självutladdningshastighet på batteripaketet är huvudsakligen enligt följande: när modulen är monterad, på grund av de olika självutladdningshastigheterna för de enskilda litiumbatterierna, kommer spänningen att sjunka i varierande grad under hyll- eller cykelprocessen och laddning i serie Under strömmen kommer strömmen att vara lika igen, så efter varje laddning kan det finnas överladdade eller underladdade enstaka celler i litiumbatteri-modulen. När antalet laddningar och urladdningar ökar, kommer batteriets prestanda gradvis att försämras, och cykellivslängden Jämfört med omonterade enstaka celler har det sjunkit avsevärt. Därför kräver batteriaggregat noggrann mätning och screening av självladdningshastigheten för litiumjonbatterier.

3 Korrigering av SOC-uppskattning av batteri

Laddningstillståndet kallas också den återstående kapaciteten, som representerar förhållandet mellan återstående kapacitet efter att batteriet har använts under en tidsperiod eller långvarig oanvänd och dess fulladdade kapacitet, vanligtvis uttryckt i procent. Självutladdningshastigheten har ett viktigt referensvärde för SOC-uppskattning av litiumjonbatterier. Korrigering av initialvärdet för SOC genom självutladdningsström kan förbättra noggrannheten för SOC-uppskattningen. Å ena sidan för kunden kan produktens användbara tid eller köravstånd uppskattas baserat på den återstående kraften; å andra sidan kan noggrannheten i SOC-förutsägelse av BMS effektivt förbättras för att förhindra överladdning av batterier. Överladdning, vilket förlänger batteriets livslängd.