Artikel ini menganalisis penyebab tegangan nol. Berfokus pada fenomena tegangan nol pada baterai yang disebabkan oleh duri elektroda. Dengan mengidentifikasi penyebab korsleting, kami bertujuan untuk menyelesaikan masalah secara tepat dan lebih memahami pentingnya mengendalikan duri elektroda selama produksi.
Percobaan
1. Persiapan baterai
Percobaan ini menggunakan material litium nikel kobalt manganat (NCM111) sebagai material aktif positif. Campur material aktif positif, karbon hitam SP, pengikat PVDF, dan pelarut NMP pada rasio massa 66:2:2:30 untuk membuat bubur. Bubur dilapisi pada aluminium foil berlapis karbon setebal 15 μm, dan jumlah pelapisan pada satu sisi adalah 270 g/m2. Tempatkan elektroda positif dalam oven pada suhu (120±3) derajat untuk mengeringkan selama 24 jam, dan kemudian proses kalender dilakukan untuk membuat kepadatan elektroda yang dipadatkan menjadi 3,28 g/cm3. Material aktif negatif menggunakan material litium titanat Li4Ti5O12. Campur material aktif negatif, agen konduktif karbon hitam SP, pengikat PVDF, dan pelarut NMP sesuai dengan rasio massa 52:2:2:44 untuk membuat bubur. Bubur anoda dilapisi pada aluminium foil berlapis karbon setebal 15 μm, dan jumlah pelapisan pada satu sisi adalah 214 g/m2. Letakkan elektroda negatif dalam oven pada suhu (110±3) derajat untuk mengeringkan selama 24 jam, lalu lakukan proses penggulungan untuk membuat kepadatan padat dari potongan elektroda menjadi 1,85 g/cm3. Elektroda yang telah kering dipotong-potong dengan lebar (136,0±1,0) mm, dan duri elektroda tidak boleh melebihi 12 μm. Elektrolit menggunakan 1 mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (rasio volume 1:1:1). Pemisah adalah pemisah berpori polietilena (PE) setebal 20 μm. Material di atas dirakit menjadi 66160 sel dengan kapasitas desain 45Ah. Setelah dililitkan dan dirakit, penutup atas cangkang aluminium dilas dan disegel, dan sel eksperimen ditempatkan dalam oven pada suhu (85±3) derajat untuk mengeringkan selama 24 jam.
Setelah pengeringan, pengisian sel baterai, dan jumlah elektrolit adalah 200g. Setelah pengisian elektrolit, sel dibiarkan pada suhu ruangan selama 72 jam. Setelah didiamkan, semua sel eksperimen diuji untuk tegangan rangkaian terbuka (OCV), dan resistansi internal serta tegangan baterai dicatat.
2. Tes pengisian daya
Saat melakukan analisis resistansi internal dan tegangan, gunakan penguji resistansi internal AC untuk pengujian. Gunakan sistem pengujian kinerja baterai presisi tinggi 5V-50A untuk menguji kinerja pengisian daya baterai. Untuk sel yang dibiarkan berdiri setelah pengisian, saat melakukan uji tegangan, pertama-tama lakukan hubungan arus pendek pada sel untuk mengurangi tegangannya menjadi 0, yang merupakan sel tegangan nol.
Kemudian lakukan uji pengisian daya pada sel bertegangan nol. Saat suhu sekitar (25±3) derajat, arus yang berbeda (seperti 1A, 2A, dan 3A) digunakan untuk pengisian daya. Percobaan dilakukan dalam urutan arus dari kecil ke besar dan waktu dari pendek ke panjang. Waktu pengisian daya ditetapkan masing-masing 5 detik, 10 detik, dan 25 detik. Amati perubahan tegangan baterai setelah setiap waktu pengisian daya.
3.Uji pelepasan sendiri
Gunakan penguji dua dimensi untuk analisis duri elektroda. Gunakan penguji resistansi internal AC untuk analisis resistansi internal dan tegangan. Gunakan sistem pengujian kinerja baterai presisi tinggi 5V-50A untuk menguji kinerja listrik. Gunakan kotak suhu tinggi dan rendah untuk mengontrol suhu sel. Setelah sel tegangan nol sebelum pembentukan diisi, duri menyatu dan tegangan nol tidak lagi muncul. Uji proses pembentukan normal baterai ini. Proses pembentukannya adalah sebagai berikut:
①Setelah suhu kotak suhu tinggi mencapai 120 derajat, tunggu selama 120 menit.
②Isi daya dengan arus 1.0 kali C hingga tegangan batas 2,8V, lalu alihkan ke pengisian daya tegangan konstan. Waktu batas pengisian daya adalah 2 jam.
③Tunggu selama 10 menit.
④Pelepasan dengan arus 1.0 kali C hingga tegangan batas 1,5V, lalu beralih ke pelepasan tegangan konstan. Waktu batas pelepasan adalah 2 jam.
⑤Tunggu selama 10 menit.
⑥Ulangi langkah 2 hingga 5 3 kali.
⑦Isi daya dengan arus 1.0 kali C, waktu pengisian daya adalah 0.7 jam, lalu isi daya dengan tegangan konstan 2.3V, arus pemutusan adalah 0.45A.Lakukan uji pelepasan daya sendiri pada sel yang terbentuk. Gunakan metode pengujian tegangan statis dan uji tegangan tersebut selama tidak kurang dari dua bulan. Setelah sel dibiarkan berdiri pada suhu ruangan (25±5) derajat selama 24 jam, tegangan rangkaian terbuka diuji dan dicatat. Selanjutnya, sel terus berdiri pada suhu ruangan selama satu bulan dan dua bulan, lalu tegangan rangkaian terbuka diuji dan dicatat lagi.
hasil dan Diskusi
1. Perbandingan tegangan baterai sebelum pembentukan
Gambar 1 menunjukkan perubahan tegangan baterai selama pengisian daya 1A dan 2A dan setelah pengisian daya dihentikan. Dapat dilihat dari gambar tersebut bahwa baterai bertegangan nol dapat dianggap sebagai korsleting yang disebabkan oleh duri internal. Baterai dapat menahan uji arus kurang dari 2A dalam waktu 1 menit. Ketika arus pengisian daya adalah 1A dan 2A, karena korsleting yang disebabkan oleh duri internal, tegangan mencapai nilai yang stabil dan tidak lagi berubah. Ketika pengisian daya dihentikan, tegangan dengan cepat kembali ke 0.
Terus tingkatkan arus pengisian, ubah arus pengisian menjadi 3A, dan atur waktu pengisian masing-masing menjadi 5 detik, 10 detik, dan 25 detik. Kurva uji pengisian baterai ditunjukkan pada Gambar 2.
Berdasarkan pengamatan pada Gambar 2, saat arus pengisian mencapai 3A, perubahan tegangan baterai mirip dengan pengisian 1A dan 2A pada waktu pengisian 5 detik dan 10 detik. Saat waktu pengisian bertambah lama, saat waktu pengisian melebihi 10 detik, tegangan naik perlahan. Saat waktu pengisian mencapai 20 detik, tegangan naik dengan cepat. Setelah pengisian berhenti, tegangan turun perlahan, dan fenomena tegangan nol sebelumnya tidak muncul dalam waktu singkat.
Berdasarkan kecepatan perubahan tegangan selama pengisian daya, dapat disimpulkan bahwa duri-duri di dalam baterai telah menyatu secara termal akibat panas yang dihasilkan oleh pengisian daya. Sebelum duri-duri menyatu, tegangan menunjukkan tahap kenaikan yang lambat dalam waktu 10 hingga 20 detik setelah pengisian daya dimulai.
Setelah 20 detik, burr menyatu, dan tegangan baterai naik dengan cepat. Setelah menghentikan pengisian, tegangan baterai perlahan menurun. Perlu dicatat bahwa setelah burr menyatu, kotoran logam masih tertinggal di dalam baterai, menyebabkan pengosongan daya sendiri lebih cepat daripada baterai normal. Oleh karena itu, setelah menormalkan baterai, perlu untuk menguji laju pengosongan daya sendiri.
2. Perbandingan self-discharge baterai setelah pembentukan
Baterai yang dipilih untuk percobaan diisi dan dikosongkan sesuai dengan proses pembentukan di atas. Setelah langkah ⑦, status pengisian (SOC) baterai sekitar 80%. Uji pengosongan daya baterai dilakukan pada suhu ruangan dan dibandingkan dengan baterai yang mengandung kotoran dari kelompok yang sama. Data pengujian ditunjukkan pada Tabel 1.
Dapat dilihat dari Tabel 1 bahwa pelepasan muatan sendiri baterai yang disebabkan oleh duri memang ada dan berdampak pada kemampuan retensi muatan baterai. Menganalisis penyebab kelainan pelepasan muatan sendiri melalui arus pengisian dapat secara intuitif mencerminkan situasi abnormal duri elektroda selama proses pembuatan.
Hal ini menunjukkan bahwa perlu untuk lebih memperkuat persyaratan kontrol proses selama proses produksi dan merawat pemotong tepat waktu untuk memastikan kinerja baterai dan mengurangi bahaya keselamatan. Setelah burr ditiup, masih ada kotoran logam di dalam elektroda.
Berdasarkan data self-discharge setelah mengukur kapasitas baterai, dapat disimpulkan bahwa setelah baterai normal dibiarkan pada suhu ruangan selama satu bulan, tegangan turun sekitar 7mV; setelah dua bulan, tegangan turun sekitar 10mV. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat self-discharge baterai dengan duri yang berlebihan lebih besar daripada baterai normal. Dengan mempertimbangkan tegangan sebelum pembentukan dan analisis data self-discharge setelah pembagian kapasitas, dapat disimpulkan bahwa duri yang berlebihan akan menyebabkan kinerja retensi muatan baterai yang tidak normal. Duri yang ada pada elektroda baterai tidak akan hilang sepenuhnya dan akan memengaruhi kinerja baterai dalam jangka panjang.
Singkatnya, duri memiliki dampak negatif pada kinerja baterai, sehingga tindakan perlu diambil untuk mengurangi pembentukan duri selama proses pembuatan guna memastikan kinerja dan keamanan baterai.
Kesimpulan
Dalam proses pembuatan baterai, mengendalikan ukuran duri elektroda merupakan parameter utama. Ketika duri menyebabkan korsleting, tegangan baterai akan menjadi 0 setelah pengisian. Dengan mengisi daya baterai korsleting yang disebabkan oleh duri dengan arus kecil, tegangan yang stabil dapat diamati. Ketika arus mencapai nilai sekering duri, masih ada kotoran logam di dalam baterai, yang akan terus memengaruhi pelepasan muatan sendiri baterai, sehingga menghasilkan tingkat pelepasan muatan sendiri yang lebih tinggi daripada baterai normal. Metode ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi korsleting baterai yang disebabkan oleh duri selama pembuatan baterai. Dengan mengamati perubahan tegangan, kita dapat memandu penguatan inspeksi peralatan pemotongan, pemotongan mati, dan penggulungan selama proses produksi baterai untuk menghindari produksi baterai yang tidak memenuhi syarat dalam jumlah besar. Oleh karena itu, dengan mengisi daya baterai korsleting yang disebabkan oleh duri dengan arus rendah dan memantau perubahan tegangan, masalah dalam proses pembuatan baterai dapat diidentifikasi secara efektif dan kontrol proses yang relevan dapat dipandu untuk memastikan kualitas dan kinerja baterai.
