Hvorfor litium-ion batterier selvutlading, Hvordan måle selvutlading?

Selvutflodreaksjonen tillitium-ion-batterier uunngåelig. Dens eksistens fører ikke bare til reduksjon av batteriets egen kapasitet, men påvirker også batteriets montering og syklusliv alvorlig. Selvutladingshastigheten til litium-ion-batterier er vanligvis 2% til 5% per måned, noe som fullt ut kan oppfylle brukskravene til enkeltceller.

Men når enkelt litiumbatteriet er montert i en modul, er egenskapene til hvert enkelt litiumbatteri ikke helt konsekvente, så etter hver lading og utladning kan ikke terminalspenningen til hvert enkelt litiumbatteri nå fullstendig konsistens, noe som vil føre til at hvis overladede eller overladede celler vises i modulen, vil ytelsen til celle litiumbatteriet forverres. Etter hvert som antall lading og utlading øker, vil graden av forringelse bli ytterligere forverret, og syklusens levetid vil bli sterkt redusert sammenlignet med umonterte enkeltceller. Derfor er grundig forskning på selvutladningshastigheten til litium-ion-batterier et presserende behov for batteriproduksjon.

1

Faktorer som påvirker selvutlading

Selvutladningsfenomenet til batteriet refererer til fenomenet spontan tap av batteriets kapasitet når det er igjen i en åpen krets, og kalles også ladeoppbevaringskapasiteten. Selvutlading kan generelt deles inn i to typer: reversibel selvutlading og irreversibel selvutlading. Tapskapasiteten kan kompenseres reversibel for reversibel selvutlading, prinsippet ligner på den normale batteriutladningsreaksjonen. Selvutladningen som ikke kan kompenseres for tap av kapasitet er irreversibel selvutlading. Hovedårsaken er at en irreversibel reaksjon har skjedd inne i batteriet, inkludert reaksjonen av den positive elektroden og elektrolytten, reaksjonen av den negative elektroden og elektrolytten, reaksjonen forårsaket av urenheter i elektrolytten, og tidspunktet for produksjon Irreversible reaksjoner forårsaket av mikrokortslutninger forårsaket av urenheter som bæres. De påvirkende faktorene for selvutflod er som følger.

1 Katodemateriale

Påvirkningen av det positive elektrodematerialet er hovedsakelig at overgangsmetallet og urenheter av det positive elektrodematerialet utløses ved den negative elektroden for å forårsake en intern kortslutning, og dermed øke selvutladningen av litiumbatteriet. Yah-Mei Teng et al. studerte de fysiske og elektrokjemiske egenskapene til to LiFePO4 katodematerialer. Studien fant at batterier med høyt jernurtinnhold i råvarene og under lading og utlading har høy selvutladning og dårlig stabilitet. Årsaken er at jern gradvis reduserer og bunnfaller på den negative elektroden, pierces separator, og forårsaker en kortslutning i batteriet, noe som resulterer i høyere selvutladning .

2 Anode materiale

Påvirkningen av det negative elektrodematerialet på selvutladning skyldes hovedsakelig den irreversible reaksjonen mellom det negative elektrodematerialet og elektrolytten. Så tidlig som i 2003 foreslo Aurbach et al. at elektrolytten skulle reduseres for å frigjøre gass, og utsette grafittoverflaten for elektrolytten. I prosessen med lading og utlading, når litiumioner settes inn og ekstraheres, blir grafittlagsstrukturen lett skadet, noe som resulterer i en stor selvutladningshastighet.

3 Elektrolytt

Påvirkningen av elektrolytten inkluderer hovedsakelig: korrosjon av overflaten av den negative elektroden av elektrolytten eller urenheter; oppløsning av elektrodematerialet i elektrolytten; elektroden er dekket med en uoppløselig fast stoff eller gass dekomponert av elektrolytten for å danne et passivasjonslag. I dag er et stort antall forskere viet til utvikling av nye tilsetningsstoffer for å undertrykke påvirkning av elektrolytt på selvutladning. Jun Liu et al. la tilsetningsstoffer som VEC til NCM111-batterielektrolytten, og fant ut at batteriets høytemperatursyklusytelse forbedret seg og selvutladningshastigheten generelt avtok. Årsaken er at disse tilsetningsstoffene kan forbedre SEI-filmen, og dermed beskytte batteriets negative elektrode.

4 Lagringsstatus

De generelle påvirkende faktorene for lagringsstatus er lagringstemperatur og batteri SOC. Generelt, jo høyere temperatur og jo høyere SOC, jo større selvutlading av batteriet. Takashi et al. gjennomførte kapasitetsforfallseksperimenter på litiumjernfosfatbatterier under statiske forhold. Resultatene viser at etter hvert som temperaturen øker, reduseres kapasitetsbevaringshastigheten gradvis med hylletiden, og batteriets selvutladning øker.

Liu Yunjian og andre brukte et kommersielt litiummanganatstrømbatteri og fant ut at etter hvert som batteriets ladetilstand økte, ble det relative potensialet til den positive elektroden høyere og høyere, og oksidasjonsevnen ble sterkere og sterkere; det relative potensialet til den negative elektroden ble lavere og lavere, Dens reducibility blir sterkere og sterkere, begge kan akselerere nedbøren av Mn, noe som fører til en økning i selvutladningshastigheten.

5 Andre faktorer

Det er mange faktorer som påvirker selvutladningshastigheten til batteriet. I tillegg til de som er introdusert ovenfor, er det hovedsakelig følgende aspekter: under produksjonsprosessen kan gradene som genereres når polbitene kuttes, og urenheter introdusert i batteriet på grunn av produksjonsmiljøproblemer, for eksempel støv, metallpulver på stangbitene, etc., kan forårsake intern mikrokortslutning av batteriet; det ytre miljøet er fuktig, den eksterne kretsen er ikke helt isolert, og batterikabinettet har dårlig isolasjon. Det er en ekstern elektronisk krets under lagring, noe som fører til selvutlading; Under langvarig lagring mislykkes bindingen mellom elektrodematerialets aktive materiale og den nåværende samleren, noe som resulterer i avskalling og peeling av det aktive materialet, noe som fører til en reduksjon i kapasiteten og en økning i selvutladning. Hver av de ovennevnte faktorene eller en kombinasjon av flere faktorer kan forårsake selvutladningsatferden til litiumbatteriet, noe som gjør det vanskelig å finne årsaken til selvutlading og estimere batterinivåets lagringsytelse.

2

Målemetode for selvutladningshastighet

Det kan være kjent fra analysen ovenfor at selvutladningshastigheten til litiumbatterier generelt er lav. Selvutladningshastigheten i seg selv påvirkes av faktorer som temperatur, antall brukssykluser og SOC. Derfor er det svært vanskelig og tidkrevende å nøyaktig måle selvutladningen av batteriet.

1 Tradisjonell målemetode for selvutladningshastighet

I dag er de tradisjonelle selvutladningsdeteksjonsmetodene som følger:

1.1 Direkte målemetode

Først lade batteriet under test til en viss ladetilstand, og hold det åpent i en periode, og deretter lade batteriet for å bestemme kapasitetstapet på batteriet. Selvutladingshastighet:

I formelen: C er den nominelle kapasiteten til batteriet; C1 er utløpskapasiteten. Etter at kretsen er åpen, kan batteriets gjenværende kapasitet oppnås ved å lade ut batteriet. På dette tidspunktet lades batteriet opp og utlades flere ganger for å bestemme batteriets fulle kapasitet. Denne metoden kan bestemme det irreversible kapasitetstapet og reversibel kapasitetstap av batteriet.

1.2 Målingsmetode for måling av spenningsdempingshastighet med åpen krets

Den åpne kretsspenningen er direkte relatert til batteriets ladetilstand SOC. Det trenger bare å måle endringshastigheten til batteriets OCV over en tidsperiode, nemlig:

Metoden er enkel å betjene, og trenger bare å registrere spenningen på batteriet i en hvilken som helst periode, og deretter kan ladetilstanden til batteriet for øyeblikket oppnås i henhold til det tilsvarende forholdet mellom spenningen og batteriet SOC. Gjennom beregning av forfallshellingen av spenningen og forfallskapasiteten som tilsvarer enhetstiden, kan selvutladningshastigheten til batteriet endelig oppnås.

1.3 Metode for kapasitetsvedlikehold

Mål batteriets ønskede åpen kretsspenning eller hvor mye strøm som kreves av SOC for å oppnå batteriets selvutladningshastighet. Det vil si at ladestrømmen når batteriets åpne kretsspenning måles opprettholdes, og batteriets selvutladningshastighet kan betraktes som den målte ladestrømmen.

2 Rask målemetode for selvutladningshastighet

Siden den tradisjonelle målemetoden tar lang tid og målenøyaktigheten er utilstrekkelig, brukes selvutladningshastigheten bare som en metode for screening av batteriet i batteriregistreringsprosessen i de fleste tilfeller. Fremveksten av et stort antall nye og praktiske nye målemetoder sparer mye tid og krefter for måling av batteriselvutladning.

2.1 Digital kontrollteknologi

Digital kontrollteknologi er en ny selvutladningsmålingsmetode avledet fra den tradisjonelle selvutladningsmålingsmetoden ved hjelp av enkeltchipmikrodatamaskin og så videre. Denne metoden har fordelene med kort måletid, høy nøyaktighet og enkelt utstyr.

2.2 Tilsvarende kretsmetode

Den tilsvarende kretsmetoden er en helt ny selvutladningsmålingsmetode. Denne metoden simulerer batteriet som en tilsvarende krets, som raskt og effektivt kan måle selvutladningshastigheten til litiumionbatteriet.

3

Betydningen av måling av selvutladningshastighet

Som en viktig ytelsesindeks for litiumionbatterier har selvutladningshastigheten en viktig innvirkning på valg og gruppering av batterier. Derfor er det av vidtrekkende betydning å måle selvutladningshastigheten til litiumbatterier.

1 Forutsi problemcellen

I samme gruppe batterier er materialene og produksjonskontrollene i utgangspunktet de samme. Når den hvite utladningen av individuelle batterier er åpenbart for stor, er årsaken sannsynligvis en alvorlig mikro kortslutning på grunn av urenheter og grader piercing separatoren. Fordi effekten av mikro-kortslutning på batteriet er langsom og irreversibel. Derfor, på kort sikt, vil ytelsen til slike batterier ikke være mye forskjellig fra vanlige batterier, men som den interne irreversible reaksjonen gradvis utdypes etter langsiktig lagring, vil batteriytelsen være langt lavere enn fabrikkytelsen og annen normal batteriytelse. Derfor, for å sikre kvaliteten på fabrikkbatteriene, må batterier med stor selvutlading elimineres.

2 Grupper batteriene

Litiumbatterier trenger bedre konsistens, inkludert kapasitet, spenning, intern motstand og hvit utladningshastighet. Virkningen av batteriets selvutladningshastighet på batteripakken er hovedsakelig som følger: når modulen er montert, på grunn av de forskjellige selvutladningshastighetene til de enkelte litiumbatteriene, vil spenningen falle i varierende grad under hyller eller sykkelprosessen, og lade i serie Under strømmen vil strømmen være lik igjen, så etter hver lading , kan det være overladede eller underladede enkeltceller i litiumbatterimodulen. Etter hvert som antall ladninger og utladning øker, vil batteriytelsen gradvis forverres, og syklusens levetid Sammenlignet med umonterte enkeltceller har den falt betydelig. Derfor krever batterimontering nøyaktig måling og screening av selvutladningshastigheten til litium-ion-batterier.

3 Korrigering av soc-estimering av batteriet

Ladetilstanden kalles også den gjenværende kapasiteten, som representerer forholdet mellom gjenværende kapasitet etter at batteriet har blitt brukt i en periode eller langvarig ubrukt og dens fulladet kapasitet, vanligvis uttrykt som en prosentandel. Selvutladingshastigheten har en viktig referanseverdi for SOC-estimering av litium-ion-batterier. Korrigeringen av den opprinnelige verdien av SOC gjennom selvutladningsstrøm kan forbedre nøyaktigheten av SOC-estimering. På den ene siden, for kunden, kan produktets brukbare tid eller kjøreavstand estimeres basert på gjenværende kraft; på den annen side kan nøyaktigheten av SOC-prediksjon av BMS effektivt forbedres for å forhindre batterioverladning. Over utlading, og dermed forlenge batterilevetiden.