Miksi litium-ioni-paristot purkautuvat itsestään, kuinka mitata itsestään purkautuminen?

Itsepurkausreaktiolitiumioniakkuon väistämätöntä. Sen olemassaolo ei johda vain akun&# 39 oman kapasiteetin vähentymiseen, vaan vaikuttaa myös vakavasti akun&# 39 kokoonpanoon ja kiertoaikaan. Litium-ioni-akkujen itsensä purkautumisnopeus on yleensä 2 - 5% kuukaudessa, mikä voi täysin vastata yksittäisten kennojen käyttövaatimuksia.

Kun yksittäinen litiumparisto on koottu moduuliksi, kunkin yksittäisen litiumpariston ominaisuudet eivät ole täysin yhdenmukaisia, joten jokaisen latauksen ja purkamisen jälkeen kunkin yksittäisen litiumpariston päätejännite ei saavuta täydellistä tasaisuutta, mikä aiheuttaa ylikuormituksen. tai moduuliin ilmestyy liian tyhjiä soluja, kenno-litiumpariston suorituskyky heikkenee. Kun lataus- ja purkamismäärä kasvaa, huonontumisaste pahenee entisestään ja syklin käyttöikä lyhenee huomattavasti verrattuna kokoamattomiin yksittäisiin soluihin. Siksi litium-ioni-paristojen itsepurkautumisnopeuden syvällinen tutkimus on kiireellinen tarve paristojen tuotannolle.

1

Itsepurkautumiseen vaikuttavat tekijät

Akun itsepurkautumisilmiö viittaa akun kapasiteetin spontaanin menettämisen ilmaantukseen, kun se jätetään avoimeen piiriin, ja sitä kutsutaan myös latauksen pidätyskapasiteetiksi. Itsepurkaus voidaan yleensä jakaa kahteen tyyppiin: palautuva itsestään purkautuminen ja palautumaton itsepurkaus. Häviökapasiteetti voidaan kompensoida palautettavasti palautuvasta itsepurkautumisesta, periaate on samanlainen kuin normaali akun purkausreaktio. Itsepurkaus, jota ei voida korvata kapasiteetin menetyksellä, on peruuttamaton tyhjennys. Pääasiallinen syy on se, että akun sisällä on tapahtunut peruuttamaton reaktio, mukaan lukien positiivisen elektrodin ja elektrolyytin reaktio, negatiivisen elektrodin ja elektrolyytin reaktio, elektrolyytin epäpuhtauksien aiheuttama reaktio ja valmistusaika. Kuljetettujen epäpuhtauksien aiheuttamat peruuttamattomat reaktiot, jotka johtuvat mikro-oikosulkuista. Itsepurkautumisen vaikuttavat tekijät ovat seuraavat.

1 Katodimateriaali

Positiivisen elektrodimateriaalin vaikutus on pääasiassa, että positiivisen elektrodimateriaalin siirtymämetallit ja epäpuhtaudet saostuvat negatiivisella elektrodilla aiheuttamaan sisäinen oikosulku, mikä lisää litiumakun itsensä purkautumista. Yah-Mei Teng et ai. tutkittiin kahden LiFePO4-katodimateriaalin fysikaalisia ja sähkökemiallisia ominaisuuksia. Tutkimuksessa todettiin, että paristoissa, joissa raaka-aineiden rautapitoisuus on korkea, sekä lataamisen ja purkamisen aikana, on suuri omavaraisuus ja heikko stabiilisuus. Syynä on, että rauta vähentää vähitellen ja saostuu negatiivisessa elektrodissa, lävistää erottimen ja aiheuttaa oikosulun akussa, mikä johtaa suurempaan itsepurkautumiseen.

2 Anodimateriaali

Negatiivisen elektrodimateriaalin vaikutus itsepurkautumiseen johtuu pääasiassa palautumattomasta reaktiosta negatiivisen elektrodimateriaalin ja elektrolyytin välillä. Jo vuonna 2003 Aurbach et ai. ehdotti, että elektrolyytti pelkistetään vapauttamaan kaasua, altistaen grafiitin pinnan elektrolyytille. Lataus- ja purkuprosessissa, kun litium-ioneja lisätään ja poistetaan, grafiittikerroksen rakenne vaurioituu helposti, mikä johtaa suureen itsepurkautumisnopeuteen.

3 elektrolyytti

Elektrolyytin vaikutukset sisältävät pääasiassa: negatiivisen elektrodin pinnan korroosio elektrolyytin tai epäpuhtauksien vaikutuksesta; elektrodimateriaalin liukeneminen elektrolyyttiin; elektrodi on peitetty liukenemattomalla kiinteällä aineella tai kaasulla, jonka elektrolyytti hajottaa passiiviskerroksen muodostamiseksi. Tällä hetkellä suuri joukko tutkijoita on omistettu uusien lisäaineiden kehittämiselle vähentämään elektrolyyttien vaikutusta itsepurkautumiseen. Jun Liu et ai. lisäsi lisäaineita, kuten VEC, NCM111-akkuelektrolyyttiin ja havaitsi, että akun&# 39 korkean lämpötilan syklin suorituskyky parani ja itsepurkautumisnopeus yleensä laski. Syynä on, että nämä lisäaineet voivat parantaa SEI-kalvoa, suojaten siten akun negatiivista elektrodia.

4 Tallennustila

Varastointitilan yleiset vaikuttavat tekijät ovat varastolämpötila ja akun SOC. Yleensä mitä korkeampi lämpötila ja mitä korkeampi SOC, sitä suurempi on akun tyhjennys. Takashi et ai. suoritti kapasiteetin rapeuttamiskokeita litiumrautafosfaattiakkuilla staattisissa olosuhteissa. Tulokset osoittavat, että lämpötilan noustessa kapasiteetinpidätysnopeus vähenee vähitellen hyllyajan kuluessa ja akun itsepurkautumisnopeus kasvaa.

Liu Yunjian ja muut käyttivät kaupallista litiummanganaattiakkuakkua ja havaitsivat, että kun akun&# 39 varaustila kasvoi, positiivisen elektrodin suhteellinen potentiaali nousi yhä korkeammaksi ja sen hapetuvuus vahvistui; negatiivisen elektrodin suhteellisesta potentiaalista tuli matalampaa ja alhaisempaa, Sen ennustettavuus kasvaa ja vahvistuu, molemmat voivat kiihdyttää Mn: n saostumista, mikä johtaa itsepurkautumisnopeuden kasvuun.

5 Muut tekijät

Akun itsepurkautumisasteeseen vaikuttavat monet tekijät. Edellä esitettyjen lisäksi on lähinnä seuraavia näkökohtia: tuotantoprosessin aikana napakappaleita leikkaamalla syntyvät säröt ja paristoon tuotetut epäpuhtaudet tuotantoympäristöongelmien vuoksi, kuten pöly, metallijauhe napakappaleet jne. voivat aiheuttaa akun sisäisen mikro-oikosulun; ulkoinen ympäristö on kostea, ulkoinen piiri ei ole täysin eristetty ja paristokotelon eristys on huono. Varastoinnin aikana on ulkoinen elektroninen piiri, joka johtaa itsepurkautumiseen; Pitkäaikaisen varastoinnin aikana elektrodimateriaalin aktiivisen materiaalin ja virrankeräimen välinen sitoutuminen epäonnistuu, mikä johtaa aktiivisen materiaalin irtoamiseen ja kuorintaan, mikä johtaa kapasiteetin vähenemiseen ja itsestään purkautumisen lisääntymiseen. Jokainen yllä mainituista tekijöistä tai useiden tekijöiden yhdistelmä voi aiheuttaa litiumakun itsensä purkautumisen, mikä vaikeuttaa itsepurkautumisen syyn löytämistä ja akun varastointitehokkuuden arviointia.

2

Itsepurkautumisnopeuden mittausmenetelmä

Edellä esitetystä analyysistä voidaan tietää, että litiumparistojen itsepurkautumisnopeus on yleensä pieni. Itse purkautumisnopeuteen vaikuttavat sellaiset tekijät kuin lämpötila, käyttöjaksojen lukumäärä ja SOC. Siksi on erittäin vaikeaa ja aikaa vievää mitata tarkasti akun itsepurkautuminen.

1 Perinteinen itsepurkautumisnopeuden mittausmenetelmä

Tällä hetkellä perinteiset itsepurkautumisen havaitsemismenetelmät ovat seuraavat:

1.1 Suora mittausmenetelmä

Lataa ensin testattava akku tiettyyn varaustilaan ja pidä se auki tietyn ajan, sitten tyhjennä akku akun kapasiteetin menetyksen selvittämiseksi. Itsepurkausaste:

Kaavassa: C on akun nimelliskapasiteetti; C1 on purkauskapasiteetti. Sen jälkeen kun piiri on jätetty avoimeksi, jäljellä oleva akun kapasiteetti saadaan tyhjentämällä akku. Tällä hetkellä akkua ladataan ja purkataan useita kertoja akun täyden kapasiteetin määrittämiseksi. Tällä menetelmällä voidaan määrittää akun peruuttamaton kapasiteetin menetys ja palautuva kapasiteetin menetys.

1.2 Avoimen piirin jännitteen vaimennusnopeuden mittausmenetelmä

Avoimen piirin jännite liittyy suoraan akun&# 39 varaustilaan SOC. Sen täytyy mitata vain akun' s OCV: n muutosnopeus tietyn ajanjakson ajan, nimittäin:

Menetelmä on helppo käyttää, ja sen on vain tallennettava akun jännite missä tahansa ajanjaksossa, ja sitten akun varaustila tällä hetkellä saadaan vastaavan jännitteen ja akun SOC välisen suhteen mukaan. . Laskemalla jännitteen rappeutumiskallistus ja yksikköaikaa vastaava rappeutumiskapasiteetti voidaan lopulta saada akun itsepurkautumisnopeus.

1.3 Kapasiteetin ylläpitomenetelmä

Mittaa akun&# 39 haluttu avoimen piirin jännite tai SOC: n vaatima teho, jotta saadaan akun&# 39 itsepurkautumisnopeus. Toisin sanoen latausvirta ylläpidetään, kun akun avoimen piirin jännitettä mitataan, ja akun itsepurkautumisnopeutta voidaan pitää mitattuina latausvirroina.

2 Itsepurkausnopeuden nopea mittausmenetelmä

Koska perinteinen mittausmenetelmä vie kauan ja mittaustarkkuus on riittämätön, itsepurkautumisnopeutta käytetään useimmissa tapauksissa akun seulomiseen akun havaitsemisprosessissa. Lukuisten uusien ja kätevien uusien mittausmenetelmien syntyminen säästää paljon aikaa ja vaivaa akun itsepurkautumisen mittaamiseen.

2.1 Digitaalinen ohjaustekniikka

Digitaalinen ohjaustekniikka on uusi itsepurkautumisen mittausmenetelmä, joka on johdettu perinteisestä itsepurkautumisen mittausmenetelmästä, jossa käytetään yhden sirun mikrotietokonetta ja niin edelleen. Tämän menetelmän etuna on lyhyt mittausaika, korkea tarkkuus ja yksinkertaiset laitteet.

2.2 Vastaava piirimenetelmä

Vastaava piirimenetelmä on upouusi itsepurkauksen mittausmenetelmä. Tämä menetelmä simuloi akkua vastaavana piirinä, joka voi nopeasti ja tehokkaasti mitata litiumioniakun itsepurkautumisnopeuden.

3

Itsepurkausnopeuden mittauksen merkitys

Litium-ioni-paristojen tärkeänä suorituskykyindeksinä itsepurkautumisnopeudella on tärkeä vaikutus paristojen valintaan ja ryhmittelyyn. Siksi litium-paristojen itsepurkautumisnopeuden mittaamisella on kauaskantoinen merkitys.

1 Ennusta ongelmasolu

Samassa paristoerässä materiaalit ja valmistusohjeet ovat periaatteessa samat. Kun yksittäisten paristojen valkoinen purkaus on ilmeisesti liian suuri, syy on todennäköisesti vakava mikrolämpö, ​​joka johtuu erottimeen lävistävistä epäpuhtauksista ja porauksista. Koska mikro-oikosulun vaikutus akkuun on hidasta ja peruuttamatonta. Tästä syystä tällaisten akkujen suorituskyky ei lyhyellä aikavälillä ole paljon eroa normaalien paristojen suorituskyvystä, mutta koska sisäinen peruuttamaton reaktio syvenee vähitellen pitkäaikaisen varastoinnin jälkeen, paristojen suorituskyky on huomattavasti alhaisempi kuin tehtaan ja muiden normaali akun suorituskyky. Siksi tehdasakkujen laadun varmistamiseksi on poistettava akut, joilla on suuri itsepurkautuminen.

2 Ryhmitä paristot

Litiumparistot tarvitsevat paremman johdonmukaisuuden, mukaan lukien kapasiteetti, jännite, sisäinen vastus ja valkoinen purkausnopeus. Akun&# 39 itsepurkautumisnopeus akkupakkaukseen on pääasiassa seuraava: Kun moduuli on koottu, yksittäisten litiumparistojen erilaisten itsepurkautumisnopeuksien vuoksi jännite laskee vaihteleviin asteisiin. hylly- tai pyöräilyprosessin aikana, ja lataaminen sarjassa Virran ollessa virta on jälleen yhtä suuri, joten jokaisen latauksen jälkeen litium-akkumodulissa voi olla ylikuormitettuja tai liian vähän ladattuja yksittäisiä soluja. Lataus- ja purkausmäärien lisääntyessä akun suorituskyky heikkenee vähitellen ja syklin käyttöikä verrattuna kokoamattomiin yksittäisiin kennoihin on vähentynyt huomattavasti. Siksi akkukokoonpano vaatii litium-ioni-akkujen itsepurkautumisnopeuden tarkan mittauksen ja seulonnan.

3 Akun SOC-estimoinnin korjaus

Lataustilaksi kutsutaan myös jäljellä olevaa kapasiteettia, joka edustaa jäljellä olevan kapasiteetin suhdetta akun käyttämisen ajanjakson ajan tai pitkäaikaisesti käyttämättä ollessa, ja sen täysin latautuneesta kapasiteetista, yleensä ilmaistuna prosentteina. Itsepurkautumisnopeudella on tärkeä viitearvo litium-ioniparistojen SOC-arvioinnissa. SOC: n alkuarvon korjaus itsepurkautuvalla virralla voi parantaa SOC-estimoinnin tarkkuutta. Toisaalta asiakkaan kannalta tuotteen käyttöaika tai ajomatka voidaan arvioida jäljellä olevan tehon perusteella; toisaalta, BMS: n SOC-ennustamisen tarkkuutta voidaan parantaa tehokkaasti akun ylikuormituksen estämiseksi. Ylikuormitus, mikä pidentää akun käyttöikää.