Mengapa Bateri Lithium-ion Melepaskan Sendiri, Bagaimana Mengukur Pelepasan Sendiri?

Reaksi pelepasan diri daribateri ion litiumtidak dapat dielakkan. Keberadaannya bukan sahaja membawa kepada pengurangan kapasiti bateri&# 39, tetapi juga memberi kesan serius pada masa pemasangan dan kitaran bateri' Kadar pelepasan diri bateri lithium-ion umumnya 2% hingga 5% sebulan, yang dapat memenuhi syarat penggunaan sel tunggal.

Walau bagaimanapun, apabila bateri litium tunggal dipasang ke dalam modul, ciri-ciri setiap bateri litium tunggal tidak sepenuhnya konsisten, jadi setelah setiap cas dan pelepasan, voltan terminal setiap bateri litium tunggal tidak dapat mencapai konsistensi lengkap, yang akan menyebabkan atau sel yang terlalu banyak muncul dalam modul, prestasi bateri lithium sel akan merosot. Apabila bilangan pengisian dan pengosongan meningkat, tahap kemerosotan akan semakin meningkat, dan jangka hayat kitaran akan sangat berkurang dibandingkan dengan sel tunggal yang tidak dipasang. Oleh itu, penyelidikan mendalam mengenai kadar pelepasan diri bateri lithium-ion adalah keperluan mendesak untuk pengeluaran bateri.

1

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembuangan diri

Fenomena pelepasan diri bateri merujuk kepada fenomena kehilangan kapasiti bateri secara spontan apabila ia dibiarkan dalam litar terbuka, dan juga disebut kapasiti pengekalan cas. Pelepasan diri secara amnya boleh dibahagikan kepada dua jenis: pelepasan diri yang boleh dibalikkan dan pelepasan diri yang tidak dapat dipulihkan. Kapasiti kehilangan dapat dikompensasikan secara terbalik untuk pelepasan diri yang boleh dibalikkan, prinsipnya serupa dengan reaksi pelepasan bateri biasa. Pelepasan diri yang tidak dapat dikompensasi atas kehilangan kapasiti adalah pelepasan diri yang tidak dapat dipulihkan. Sebab utama adalah bahawa reaksi tidak dapat dipulihkan berlaku di dalam bateri, termasuk reaksi elektrod positif dan elektrolit, reaksi elektrod negatif dan elektrolit, reaksi yang disebabkan oleh kekotoran dalam elektrolit, dan masa pembuatan Reaksi tidak dapat dipulihkan yang disebabkan oleh litar pintas mikro yang disebabkan oleh kekotoran yang dibawa. Faktor-faktor yang mempengaruhi pembuangan diri adalah seperti berikut.

1 Bahan katod

Pengaruh bahan elektrod positif adalah terutamanya bahawa logam peralihan dan kekotoran bahan elektrod positif diendapkan pada elektrod negatif sehingga menyebabkan litar pintas dalaman, sehingga meningkatkan pelepasan diri bateri litium. Yah-Mei Teng et al. mengkaji sifat fizikal dan elektrokimia dua bahan katod LiFePO4. Kajian mendapati bahawa bateri dengan kandungan kekotoran besi yang tinggi dalam bahan mentah dan semasa pengisian dan pengosongan mempunyai kadar pelepasan diri yang tinggi dan kestabilan yang buruk. Sebabnya adalah bahawa besi secara beransur-ansur berkurang dan memendap pada elektrod negatif, menembusi pemisah, dan menyebabkan litar pintas pada bateri, mengakibatkan pengosongan diri yang lebih tinggi.

2 Bahan anod

Pengaruh bahan elektrod negatif pada pelepasan diri terutamanya disebabkan oleh reaksi tidak dapat dipulihkan antara bahan elektrod negatif dan elektrolit. Seawal tahun 2003, Aurbach et al. mencadangkan agar elektrolit dikurangkan untuk melepaskan gas, mendedahkan permukaan grafit ke elektrolit. Dalam proses pengisian dan pengosongan, ketika ion litium dimasukkan dan diekstraksi, struktur lapisan grafit mudah rusak, menghasilkan laju pembuangan diri yang besar.

3 Elektrolit

Pengaruh elektrolit terutamanya meliputi: kakisan permukaan elektrod negatif oleh elektrolit atau kekotoran; pembubaran bahan elektrod dalam elektrolit; elektrod ditutup dengan pepejal atau gas yang tidak larut yang terurai oleh elektrolit untuk membentuk lapisan pasif. Pada masa ini, sebilangan besar penyelidik menumpukan pada pengembangan bahan tambahan baru untuk menekan pengaruh elektrolit terhadap pembuangan diri. Jun Liu et al. menambah bahan tambahan seperti VEC pada elektrolit bateri NCM111, dan mendapati bahawa prestasi kitaran suhu tinggi bateri&# 39 meningkat dan kadar pelepasan diri secara amnya menurun. Sebabnya ialah bahan tambahan ini dapat memperbaiki filem SEI, dengan itu melindungi elektrod negatif bateri.

4 Status simpanan

Faktor umum yang mempengaruhi status penyimpanan adalah suhu penyimpanan dan SOC bateri. Secara amnya, semakin tinggi suhu dan semakin tinggi SOC, semakin besar pengosongan bateri sendiri. Takashi et al. melakukan eksperimen penurunan kapasiti pada bateri fosfat besi litium dalam keadaan statik. Hasilnya menunjukkan bahawa ketika suhu meningkat, laju pengekalan kapasitas secara beransur-ansur berkurang seiring dengan waktu rak, dan laju pengosongan diri bateri meningkat.

Liu Yunjian dan yang lain menggunakan bateri lithium manganate komersil dan mendapati bahawa semasa keadaan cas bateri' peningkatan, potensi relatif elektrod positif menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi, dan kebolehoksidaannya menjadi lebih kuat dan kuat; potensi relatif elektrod negatif menjadi lebih rendah dan lebih rendah, pengurangannya semakin kuat dan kuat, kedua-duanya dapat mempercepat pemendakan Mn, yang menyebabkan peningkatan dalam kadar pelepasan diri.

5 Faktor lain

Terdapat banyak faktor yang mempengaruhi kadar pengosongan diri bateri. Selain yang diperkenalkan di atas, terdapat aspek-aspek berikut: semasa proses pengeluaran, burr dihasilkan ketika potongan tiang dipotong, dan kekotoran yang dimasukkan ke dalam bateri kerana masalah persekitaran pengeluaran, seperti Debu, serbuk logam pada kepingan tiang, dan lain-lain, boleh menyebabkan litar pintas mikro dalaman bateri; persekitaran luaran lembab, litar luaran tidak sepenuhnya bertebat, dan penutup bateri mempunyai pengasingan yang lemah. Terdapat litar elektronik luaran semasa penyimpanan, yang membawa kepada pelepasan diri; Semasa penyimpanan jangka panjang, ikatan antara bahan aktif bahan elektrod dan pengumpul semasa gagal, mengakibatkan penumpahan dan pengelupasan bahan aktif, yang menyebabkan penurunan kapasiti dan peningkatan pelepasan diri. Setiap faktor di atas atau gabungan beberapa faktor boleh menyebabkan tingkah laku pelepasan diri bateri litium, yang menjadikannya sukar untuk mencari punca pelepasan diri dan menganggarkan prestasi penyimpanan bateri.

2

Kaedah pengukuran kadar pelepasan diri

Dari analisis di atas dapat diketahui bahawa kadar pelepasan diri bateri litium pada umumnya rendah. Kadar pelepasan diri itu sendiri dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu, bilangan kitaran penggunaan, dan SOC. Oleh itu, sangat sukar dan memakan masa untuk mengukur pengeluaran bateri secara tepat.

1 Kaedah pengukuran tradisional kadar pelepasan diri

Pada masa ini, kaedah pengesanan pelepasan diri tradisional adalah seperti berikut:

1.1 Kaedah pengukuran langsung

Pertama, isi bateri yang diuji ke keadaan pengisian tertentu, dan biarkan tetap terbuka untuk jangka masa tertentu, kemudian habiskan bateri untuk menentukan kehilangan kapasiti bateri. Kadar pelepasan diri:

Dalam formula: C adalah kapasiti bateri yang dinilai; C1 adalah kapasiti pelepasan. Setelah membiarkan litar terbuka, kapasiti bateri yang tersisa dapat diperoleh dengan melepaskan bateri. Pada masa ini, bateri diisi semula dan habis beberapa kali untuk menentukan kapasiti penuh bateri. Kaedah ini dapat menentukan kehilangan kapasiti yang tidak dapat dipulihkan dan kehilangan keupayaan bateri yang dapat dipulihkan.

1.2 Kaedah pengukuran kadar pelemahan voltan litar terbuka

Voltan litar terbuka secara langsung berkaitan dengan keadaan SOC pengecasan bateri' Ia hanya perlu mengukur kadar perubahan OCV bateri&# 39 dalam jangka masa tertentu, iaitu:

Kaedahnya mudah dikendalikan, dan hanya perlu merakam voltan bateri dalam jangka masa tertentu, dan kemudian keadaan pengisian bateri pada masa ini dapat diperoleh sesuai dengan hubungan yang sesuai antara voltan dan SOC bateri . Melalui pengiraan kemerosotan voltan dan kapasiti peluruhan yang sesuai dengan masa unit, akhirnya kadar pelepasan bateri dapat diperoleh.

1.3 Kaedah penyelenggaraan kapasiti

Ukur voltan litar terbuka bateri&# 39 yang diinginkan atau jumlah kuasa yang diperlukan oleh SOC untuk mendapatkan kadar pelepasan diri bateri&# 39. Maksudnya, arus pengecasan ketika voltan litar terbuka bateri diukur dikekalkan, dan kadar pelepasan diri bateri dapat dianggap sebagai arus pengisian yang diukur.

2 Kaedah pengukuran pantas kadar pelepasan kendiri

Oleh kerana kaedah pengukuran tradisional memerlukan masa yang lama dan ketepatan pengukuran tidak mencukupi, kadar pelepasan diri hanya digunakan sebagai kaedah untuk menyaring bateri dalam proses pengesanan bateri dalam kebanyakan kes. Kemunculan sebilangan besar kaedah pengukuran baru dan mudah baru menjimatkan banyak masa dan usaha untuk pengukuran pengosongan diri bateri.

2.1 Teknologi kawalan digital

Teknologi kawalan digital adalah kaedah pengukuran pelepasan kendiri baru yang berasal dari kaedah pengukuran pelepasan kendiri tradisional menggunakan mikrokomputer cip tunggal dan sebagainya. Kaedah ini mempunyai kelebihan masa pengukuran pendek, ketepatan tinggi, dan peralatan sederhana.

2.2 Kaedah litar setara

Kaedah litar setara adalah kaedah pengukuran pelepasan diri yang baru. Kaedah ini mensimulasikan bateri sebagai litar yang setara, yang dapat mengukur kadar pelepasan diri bateri ion lithium dengan cepat dan berkesan.

3

Kepentingan mengukur kadar pelepasan diri

Sebagai indeks prestasi penting bateri ion litium, kadar pelepasan diri mempunyai pengaruh penting terhadap pemilihan dan pengelompokan bateri. Oleh itu, adalah mustahak untuk mengukur kadar pelepasan diri bateri litium.

1 Ramalkan sel masalah

Dalam kumpulan bateri yang sama, bahan dan kawalan pembuatan pada dasarnya sama. Apabila pelepasan putih bateri individu jelas terlalu besar, alasannya mungkin litar pintas mikro yang serius kerana kekotoran dan liang yang menembusi pemisah. Kerana kesan litar pintas mikro pada bateri lambat dan tidak dapat dipulihkan. Oleh itu, dalam jangka masa pendek, prestasi bateri tersebut tidak akan jauh berbeza dengan bateri biasa, tetapi kerana reaksi dalaman yang tidak dapat dipulihkan secara beransur-ansur semakin mendalam setelah penyimpanan jangka panjang, prestasi bateri akan jauh lebih rendah daripada prestasi kilang dan lain-lain prestasi bateri biasa. Oleh itu, untuk memastikan kualiti bateri kilang, bateri dengan pelepasan diri yang besar mesti dihapuskan.

2 Kumpulkan bateri

Bateri litium memerlukan konsistensi yang lebih baik, termasuk kapasiti, voltan, rintangan dalaman, dan kadar pelepasan putih. Kesan kadar pelepasan diri bateri&# 39 pada pek bateri adalah seperti berikut: setelah modul dipasang, kerana kadar pelepasan diri yang berbeza dari bateri litium individu, voltan akan turun ke tahap yang berbeza-beza semasa proses rak atau berbasikal, dan mengecas secara berurutan Di bawah arus, arus akan sama lagi, jadi setelah setiap pengisian, mungkin ada sel tunggal yang terlalu tinggi atau kurang dalam modul bateri litium. Apabila bilangan cas dan pelepasan meningkat, prestasi bateri secara beransur-ansur akan merosot, dan jangka hayat kitaran Berbanding dengan sel tunggal yang tidak dipasang, ia menurun dengan ketara. Oleh itu, pemasangan bateri memerlukan pengukuran dan penyaringan yang tepat mengenai kadar pelepasan diri bateri lithium-ion.

3 Pembetulan anggaran SOC bateri

Keadaan pengisian juga disebut kapasitas yang tersisa, yang mewakili nisbah kapasiti yang tersisa setelah bateri digunakan untuk jangka waktu atau jangka panjang yang tidak digunakan dan kapasiti terisi penuh, biasanya dinyatakan sebagai peratusan. Kadar pelepasan diri mempunyai nilai rujukan penting untuk anggaran SOC bateri lithium-ion. Pembetulan nilai awal SOC melalui arus pelepasan diri dapat meningkatkan ketepatan anggaran SOC. Di satu pihak, bagi pelanggan, masa penggunaan atau jarak pemanduan produk dapat dianggarkan berdasarkan baki daya; sebaliknya, ketepatan ramalan SOC BMS dapat ditingkatkan dengan berkesan untuk mengelakkan bateri berlebihan. Pelepasan berlebihan, dengan itu memanjangkan hayat bateri.