Почему литий-ионные батареи саморазряжаются, как измерить саморазряд?

Реакция саморазрядалитий-ионный аккумуляторнеизбежно Его существование не только приводит к снижению собственной емкости аккумулятора&# 39, но и серьезно влияет на сборку аккумулятора&# 39 и срок его службы. Уровень саморазряда литий-ионных батарей обычно составляет от 2% до 5% в месяц, что может полностью соответствовать требованиям к использованию отдельных элементов.

Однако после того, как одна литиевая батарея собрана в модуль, характеристики каждой отдельной литиевой батареи не полностью согласованы, поэтому после каждой зарядки и разрядки напряжение на клеммах каждой отдельной литиевой батареи не может достичь полной согласованности, что приведет к перезарядке. или если в модуле появятся чрезмерно разряженные элементы, производительность литиевой батареи будет ухудшаться. По мере увеличения количества зарядов и разрядов степень ухудшения будет еще больше усугубляться, а срок службы будет значительно уменьшен по сравнению с несобранными одиночными элементами. Поэтому углубленное исследование скорости саморазряда литий-ионных аккумуляторов является насущной необходимостью для производства аккумуляторов.

1

Факторы, влияющие на саморазряд

Явление саморазряда батареи относится к явлению самопроизвольной потери емкости батареи, когда она остается в разомкнутой цепи, и также называется емкостью удержания заряда. Саморазряд обычно можно разделить на два типа: обратимый саморазряд и необратимый саморазряд. Потери емкости можно компенсировать обратимо за обратимый саморазряд, принцип аналогичен нормальной реакции разряда батареи. Саморазряд, который не может быть компенсирован потерей емкости, является необратимым саморазрядом. Основная причина заключается в том, что внутри батареи произошла необратимая реакция, включая реакцию положительного электрода и электролита, реакцию отрицательного электрода и электролита, реакцию, вызванную примесями в электролите, и время изготовления Необратимые реакции, вызванные микро короткими замыканиями, вызванными переносимыми примесями. Влияющие факторы саморазряда заключаются в следующем.

1 катодный материал

Влияние материала положительного электрода главным образом заключается в том, что переходный металл и примеси материала положительного электрода осаждаются на отрицательном электроде, вызывая внутреннее короткое замыкание, тем самым увеличивая саморазряд литиевой батареи. Ях-Мей Тен и соавт. изучены физические и электрохимические свойства двух катодных материалов LiFePO4. Исследование показало, что батареи с высоким содержанием примесей железа в сырье и во время зарядки и разрядки имеют высокую скорость саморазряда и плохую стабильность. Причина в том, что железо постепенно восстанавливается и осаждается на отрицательном электроде, проникает в сепаратор и вызывает короткое замыкание в батарее, что приводит к увеличению саморазряда.

2 Анодный материал

Влияние материала отрицательного электрода на саморазряд происходит главным образом из-за необратимой реакции между материалом отрицательного электрода и электролитом. Еще в 2003 году Aurbach et al. предположил, что электролит восстанавливают до выделения газа, подвергая графитовую поверхность электролиту. В процессе зарядки и разрядки, когда ионы лития вставляются и извлекаются, структура графитового слоя легко повреждается, что приводит к большой скорости саморазряда.

3 Электролит

Влияние электролита в основном включает в себя: коррозию поверхности отрицательного электрода электролитом или примесями; растворение электродного материала в электролите; электрод покрыт нерастворимым твердым веществом или газом, разлагаемым электролитом с образованием пассивирующего слоя. В настоящее время большое количество исследователей посвящено разработке новых добавок для подавления влияния электролита на саморазряд. Jun Liu и соавт. добавили добавки, такие как VEC, к электролиту батареи NCM111 и обнаружили, что производительность высокотемпературного цикла батареи&# 39 улучшилась, а скорость саморазряда в целом снизилась. Причина в том, что эти добавки могут улучшить пленку SEI, тем самым защищая отрицательный электрод батареи.

4 Состояние хранения

Общими факторами, влияющими на состояние хранения, являются температура хранения и уровень заряда аккумулятора. Как правило, чем выше температура и чем выше SOC, тем больше саморазряд батареи. Такаши и соавт. Проведены эксперименты по снижению емкости литиево-железо-фосфатных батарей в статических условиях. Результаты показывают, что с повышением температуры скорость сохранения емкости постепенно уменьшается со временем хранения, а скорость саморазряда батареи увеличивается.

Лю Юньцзянь и другие использовали коммерческую литиево-марганцевую батарею и обнаружили, что с ростом состояния заряда батареи&# 39 относительный потенциал положительного электрода становился все выше и выше, а его окисляемость становилась все сильнее и сильнее; относительный потенциал отрицательного электрода становился все ниже и ниже, его восстанавливаемость становится все сильнее и сильнее, оба могут ускорить осаждение Mn, что приводит к увеличению скорости саморазряда.

5 Другие факторы

Есть много факторов, которые влияют на скорость саморазряда батареи. В дополнение к представленным выше, в основном имеются следующие аспекты: в процессе производства заусенцы, возникающие при разрезании полюсных наконечников, и примеси, попадающие в аккумулятор из-за проблем производственной среды, таких как пыль, металлический порошок на полюсные наконечники и т. д. могут привести к внутреннему микро- короткому замыканию батареи; внешняя среда влажная, внешняя цепь не полностью изолирована, а корпус батареи имеет плохую изоляцию. Во время хранения существует внешняя электронная схема, которая приводит к саморазряду; Во время длительного хранения связь между активным материалом электродного материала и токосъемником нарушается, что приводит к потере и отслаиванию активного материала, что приводит к уменьшению емкости и увеличению саморазряда. Каждый из вышеперечисленных факторов или комбинация нескольких факторов может вызвать саморазряд литиевой батареи, что затрудняет поиск причины саморазряда и оценку характеристик батареи при хранении.

2

Метод измерения скорости саморазряда

Из вышеприведенного анализа может быть известно, что скорость саморазряда литиевых батарей обычно низкая. На скорость саморазряда влияют такие факторы, как температура, количество циклов использования и SOC. Следовательно, очень трудно и трудоемко точно измерить саморазряд батареи.

1 Традиционный метод измерения скорости саморазряда

В настоящее время традиционные методы обнаружения саморазряда следующие:

1.1 Прямой метод измерения

Сначала зарядите тестируемую батарею до определенного состояния и оставьте ее открытой в течение некоторого времени, затем разрядите батарею, чтобы определить потерю емкости батареи. Скорость саморазряда:

В формуле: C - номинальная емкость батареи; С1 - разрядная емкость. Оставив цепь разомкнутой, оставшаяся емкость батареи может быть получена путем разрядки батареи. В это время аккумулятор заряжается и разряжается несколько раз, чтобы определить полную емкость аккумулятора. Этот метод может определить необратимую потерю емкости и обратимую потерю емкости батареи.

1.2 Метод измерения скорости затухания напряжения холостого хода

Напряжение холостого хода напрямую связано с состоянием заряда аккумулятора&# 39. Нужно только измерить скорость смены батареи' s OCV за период времени, а именно:

Способ прост в эксплуатации и требует только записи напряжения батареи в любой промежуток времени, и тогда состояние заряда батареи в этот момент может быть получено согласно соответствующей взаимосвязи между напряжением и SOC батареи , Посредством вычисления наклона затухания напряжения и емкости затухания, соответствующей единичному времени, скорость саморазряда батареи может быть окончательно получена.

1.3 Способ поддержания мощности

Измерьте требуемое напряжение разомкнутой цепи аккумулятора&# 39 или количество энергии, необходимое SOC для получения скорости саморазряда аккумулятора&# 39. То есть зарядный ток, когда измеряется напряжение разомкнутой цепи батареи, поддерживается, и скорость саморазряда батареи можно рассматривать как измеренный зарядный ток.

2 Метод быстрого измерения скорости саморазряда

Поскольку традиционный метод измерения занимает много времени, а точность измерения недостаточна, скорость саморазряда в большинстве случаев используется только как метод проверки батареи в процессе обнаружения батареи. Появление большого количества новых и удобных новых методов измерения экономит много времени и усилий для измерения саморазряда батареи.

2.1 Технология цифрового управления

Технология цифрового управления - это новый метод измерения саморазряда, основанный на традиционном методе измерения саморазряда с использованием однокристального микрокомпьютера и так далее. Этот метод имеет преимущества короткого времени измерения, высокой точности и простого оборудования.

2.2 Метод эквивалентной схемы

Метод эквивалентной схемы является новым методом измерения саморазряда. Этот метод моделирует батарею как эквивалентную схему, которая может быстро и эффективно измерить скорость саморазряда литий-ионной батареи.

3

Значение измерения скорости саморазряда

В качестве важного показателя эффективности литий-ионных аккумуляторов скорость саморазряда оказывает важное влияние на выбор и группировку аккумуляторов. Поэтому очень важно измерить скорость саморазряда литиевых батарей.

1 Предсказать проблемную ячейку

В той же партии батарей материалы и производственный контроль в основном одинаковы. Когда белый разряд отдельных батарей явно слишком велик, причиной может быть серьезное микро-короткое замыкание из-за примесей и заусенцев, пронизывающих сепаратор. Потому что влияние микро-короткого замыкания на батарею медленное и необратимое. Следовательно, в краткосрочной перспективе производительность таких батарей не будет сильно отличаться от характеристик обычных батарей, но, поскольку внутренняя необратимая реакция постепенно углубляется после длительного хранения, производительность батареи будет намного ниже, чем ее заводская производительность и другие. нормальная производительность батареи. Поэтому, чтобы обеспечить качество заводских аккумуляторов, аккумуляторы с большим саморазрядом должны быть удалены.

2 Группа батарей

Литиевые батареи нуждаются в лучшей согласованности, включая емкость, напряжение, внутреннее сопротивление и скорость белого разряда. Влияние батареи&# 39, скорость саморазряда на батарейный блок, в основном следующее: после того, как модуль собран, из-за различных скоростей саморазряда отдельных литиевых батарей, напряжение будет падать в различной степени во время полочного или циклического процесса и последовательной зарядки. Под током ток снова будет равным, поэтому после каждой зарядки в модуле литиевых батарей могут быть перезаряженные или недозаряженные отдельные элементы. По мере увеличения количества зарядов и разрядов производительность батареи будет постепенно ухудшаться, а срок службы по сравнению с разборными одиночными элементами значительно упал. Следовательно, сборка батареи требует точного измерения и экранирования скорости саморазряда литий-ионных батарей.

3 Исправление оценки SOC батареи

Состояние заряда также называется оставшейся емкостью, которая представляет собой отношение оставшейся емкости после использования батареи в течение определенного периода времени или длительного неиспользования и ее полностью заряженной емкости, обычно выражаемой в процентах. Скорость саморазряда имеет важное эталонное значение для оценки SOC литий-ионных батарей. Коррекция начального значения SOC через ток саморазряда может повысить точность оценки SOC. С одной стороны, для клиента полезное время или расстояние в пути продукта может быть оценено на основе оставшейся мощности; с другой стороны, точность прогнозирования SOC для BMS может быть эффективно улучшена для предотвращения перезарядки батареи. Переразряд, тем самым продлевая срок службы батареи.