Perché le batterie agli ioni di litio si scaricano auto-, come misurare l'auto-scarica?

La reazione di auto-scarica delbatteria agli ioni di litioè inevitabile. La sua esistenza non solo porta alla riduzione della capacità della batteria, ma influisce anche seriamente sull'assemblaggio e sulla durata del ciclo della batteria. Il tasso di autoscarica delle batterie agli ioni di litio è generalmente dal 2% al 5% al mese, che può soddisfare pienamente i requisiti di utilizzo delle singole celle.

Tuttavia, una volta che la singola batteria al litio viene assemblata in un modulo, le caratteristiche di ogni singola batteria al litio non sono completamente coerenti, quindi dopo ogni carica e scarica, la tensione terminale di ogni singola batteria al litio non può raggiungere la coerenza completa, che causerà Se le celle sovraccaricao o sovrascarico appaiono nel modulo, le prestazioni della batteria al litio cellulare si deteriorano. Con l'aumentare del numero di carica e di scarico, il grado di deterioramento sarà ulteriormente esacerbato e la durata del ciclo sarà notevolmente ridotta rispetto alle singole cellule non assemblate. Pertanto, una ricerca approfondita sul tasso di autoscarica delle batterie agli ioni di litio è un'urgente necessità di produzione della batteria.

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Fattori che influiscono sull'auto-scarica

Il fenomeno di auto-scarica della batteria si riferisce al fenomeno di perdita spontanea della capacità della batteria quando viene lasciata in un circuito aperto, ed è anche chiamata capacità di ritenzione di carica. L'autoscarica può essere generalmente divisa in due tipi: autoscarica reversibile e autoscarica irreversibile. La capacità di perdita può essere compensata reversibilmente per l'autoscarica reversibile, il principio è simile alla normale reazione di scarica della batteria. L'autoscarica che non può essere compensata per la perdita di capacità è irreversibile l'autoscarica. La ragione principale è che si è verificata una reazione irreversibile all'interno della batteria, compresa la reazione dell'elettrodo positivo e dell'elettrolita, la reazione dell'elettrodo negativo e dell'elettrolita, la reazione causata dalle impurità nell'elettrolita e il tempo di fabbricazione Reazioni irreversibili causate da micro cortocircuiti causate da impurità trasportate. I fattori di influenza dell'autoscarico sono i seguenti.

1 Materiale catodo

L'influenza del materiale elettrodo positivo è principalmente che il metallo di transizione e le impurità del materiale positivo degli elettrodi sono precipitati all'elettrodo negativo per causare un cortocircuito interno, aumentando così l'autoscarica della batteria al litio. Yah-Mei Teng e altri hanno studiato le proprietà fisiche ed elettrochimiche di due materiali catodo LiFePO4. Lo studio ha rilevato che le batterie con elevato contenuto di impurità di ferro nelle materie prime e durante la ricarica e lo scarico hanno un alto tasso di autoscarica e scarsa stabilità. La ragione è che il ferro si riduce gradualmente e precipita all'elettrodo negativo, perfora il separatore e provoca un corto circuito nella batteria, con conseguente maggiore auto-scarica .

2 Materiale Anode

L'influenza del materiale elettrodo negativo sull'autoscarica è dovuta principalmente alla reazione irreversibile tra il materiale negativo dell'elettrodo e l'elettrolita. Già nel 2003, Aurbach et al. propose di ridurre l'elettrolita per rilasciare gas, esponendo la superficie della grafite all'elettrolita. Nel processo di ricarica e scarico, quando gli ioni di litio vengono inseriti ed estratti, la struttura dello strato di grafite è facilmente danneggiata, con conseguente grande velocità di auto-scarico.

3 Elettrolita

L'influenza dell'elettrolita comprende principalmente: corrosione della superficie dell'elettrodo negativo da parte dell'elettrolita o impurità; dissoluzione del materiale dell'elettrodo nell'elettrolita; l'elettrodo è coperto da un solido insolubile o gas decomposto dall'elettrolita per formare uno strato passivo. Attualmente, un gran numero di ricercatori è dedicato allo sviluppo di nuovi additivi per sopprimere l'influenza dell'elettrolita sull'autoscarica. Jun Liu e altri hanno aggiunto additivi come VEC all'elettrolita della batteria NCM111, e hanno scoperto che le prestazioni del ciclo ad alta temperatura della batteria miglioravano e il tasso di autoscarica generalmente diminuiva. Il motivo è che questi additivi possono migliorare la pellicola SEI, proteggendo così l'elettrodo negativo della batteria.

4 Stato di archiviazione

I fattori di influenza generali dello stato di archiviazione sono la temperatura di archiviazione e il SOC della batteria. In generale, maggiore è la temperatura e maggiore è il SOC, maggiore è l'auto-scarica della batteria. Takashi e altri hanno condotto esperimenti di decadimento della capacità sulle batterie al litio ferro fosfato in condizioni statiche. I risultati mostrano che con l'aumentare della temperatura, il tasso di ritenzione della capacità diminuisce gradualmente con il tempo di ricarico e il tasso di autoscarica della batteria aumenta.

Liu Yunjian e altri usavano una batteria commerciale al litio manganate e scoprirono che con l'aumento dello stato di carica della batteria, il potenziale relativo dell'elettrodo positivo divenne sempre più alto, e la sua ossidabilità divenne sempre più forte e più forte; il potenziale relativo dell'elettrodo negativo è diventato sempre più basso, la sua riducibilità è sempre più forte, entrambi possono accelerare la precipitazione di Mn, portando ad un aumento del tasso di auto-scarica.

5 Altri fattori

Ci sono molti fattori che influenzano la velocità di auto-scarica della batteria. Oltre a quelli introdotti sopra, ci sono principalmente i seguenti aspetti: durante il processo di produzione, le bave generate quando i pezzi del palo vengono tagliati e le impurità introdotte nella batteria a causa di problemi dell'ambiente di produzione, come Polvere, polvere metallica sui pezzi del palo, ecc., possono causare micro cortocircuito interno della batteria; l'ambiente esterno è umido, il circuito esterno non è completamente isolato e lo chassis della batteria ha un isolamento scarso. C'è un circuito elettronico esterno durante l'immagazzinamento, che porta all'auto-scarica; Durante lo stoccaggio a lungo termine, l'incollaggio tra il materiale attivo del materiale dell'elettrodo e il collettore corrente fallisce, con conseguente spargimento e peeling del materiale attivo, che porta ad una diminuzione della capacità e ad un aumento dell'auto-scarica. Ciascuno dei fattori di cui sopra o una combinazione di più fattori può causare il comportamento di auto-scarica della batteria al litio, che rende difficile trovare la causa dell'auto-scarica e stimare le prestazioni di stoccaggio della batteria.

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Metodo di misurazione del tasso di autoscarica

Si può sapere dall'analisi di cui sopra che il tasso di auto-scarica delle batterie al litio è generalmente basso. Il tasso di auto-scarica è influenzato da fattori come la temperatura, il numero di cicli di utilizzo e il SOC. Pertanto, è molto difficile e richiede molto tempo per misurare con precisione l'auto-scarica della batteria.

1 Metodo di misurazione tradizionale del tasso di autoscarica

Attualmente, i metodi tradizionali di rilevamento dell'auto-scarico sono i seguenti:

1.1 Metodo di misurazione diretta

In primo luogo, caricare la batteria sotto test a un certo stato di carica, e tenerlo aperto per un periodo di tempo, quindi scaricare la batteria per determinare la perdita di capacità della batteria. Tasso di autoscarica:

Nella formula: C è la capacità nominale della batteria; C1 è la capacità di scarico. Dopo aver lasciato il circuito aperto, la capacità residua della batteria può essere ottenuta scaricando la batteria. In questo momento, la batteria viene ricaricata e scaricata più volte per determinare la piena capacità della batteria. Questo metodo può determinare la perdita irreversibile di capacità e la perdita di capacità reversibile della batteria.

1.2 Metodo di misurazione del tasso di attenuazione della tensione a circuito aperto

La tensione del circuito aperto è direttamente correlata allo stato di carica del SOC della batteria. Ha solo bisogno di misurare il tasso di cambiamento dell'OCV della batteria in un periodo di tempo, vale a dire:

Il metodo è semplice da usare, e ha solo bisogno di registrare la tensione della batteria in qualsiasi periodo di tempo, e quindi lo stato di carica della batteria in questo momento può essere ottenuto in base alla corrispondente relazione tra la tensione e il SOC della batteria. Attraverso il calcolo della pendenza di decadimento della tensione e la capacità di decadimento corrispondente al tempo unitario, la velocità di auto-scarica della batteria può finalmente essere ottenuta.

1.3 Metodo di manutenzione della capacità

Misurare la tensione del circuito aperto desiderata dalla batteria o la quantità di energia richiesta dal SOC per ottenere la velocità di autoscarica della batteria. Cioè, la corrente di ricarica quando viene misurata la tensione del circuito di apertura della batteria viene mantenuta e la velocità di autoscarica della batteria può essere considerata come la corrente di ricarica misurata.

2 Metodo di misurazione rapida del tasso di auto-scarica

Poiché il metodo di misurazione tradizionale richiede molto tempo e la precisione di misurazione è insufficiente, la velocità di autoscarica viene utilizzata solo come metodo per lo screening della batteria nel processo di rilevamento della batteria nella maggior parte dei casi. L'emergere di un gran numero di nuovi e convenienti nuovi metodi di misurazione consente di risparmiare molto tempo e fatica per la misurazione dell'autoscarica della batteria.

2.1 Tecnologia di controllo digitale

La tecnologia di controllo digitale è un nuovo metodo di misurazione dell'autoscarica derivato dal tradizionale metodo di misurazione dell'autoscarica che utilizza microcomputer a chip singolo e così via. Questo metodo ha i vantaggi di tempi di misurazione brevi, alta precisione e attrezzature semplici.

2.2 Metodo di circuito equivalente

Il metodo del circuito equivalente è un nuovo metodo di misurazione dell'autoscarica. Questo metodo simula la batteria come circuito equivalente, in grado di misurare rapidamente ed efficacemente la velocità di autoscarica della batteria agli ioni di litio.

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Significato della misurazione del tasso di autoscarica

Come importante indice di prestazione delle batterie agli ioni di litio, il tasso di autoscarica ha un'influenza importante sulla selezione e sul raggruppamento delle batterie. Pertanto, è di grande importanza misurare il tasso di auto-scarica delle batterie al litio.

1 Prevedere la cella problematica

Nello stesso lotto di batterie, i materiali e i controlli di produzione sono fondamentalmente gli stessi. Quando la scarica bianca delle singole batterie è ovviamente troppo grande, il motivo è probabile che sia un grave micro cortocircuito a causa di impurità e bave che perforano il separatore. Perché l'effetto del micro-cortocircuito sulla batteria è lento e irreversibile. Pertanto, a breve termine, le prestazioni di tali batterie non saranno molto diverse da quelle delle batterie normali, ma man mano che la reazione irreversibile interna si approfondisce gradualmente dopo una conservazione a lungo termine, le prestazioni della batteria saranno di gran lunga inferiori rispetto alle prestazioni di fabbrica e ad altre normali prestazioni della batteria. Pertanto, al fine di garantire la qualità delle batterie di fabbrica, le batterie con grande auto-scarica deve essere eliminato.

2 Raggruppare le batterie

Le batterie al litio necessitano di una migliore consistenza, tra cui capacità, tensione, resistenza interna e velocità di scarica bianca. L'impatto della velocità di autoscarica della batteria sul pacco batteria è principalmente il seguente: una volta assemblato il modulo, a causa delle diverse velocità di autoscarica delle singole batterie al litio, la tensione scenderà in vari gradi durante il processo di scaffalatura o ciclismo, e la carica in serie Sotto la corrente, la corrente sarà di nuovo uguale, quindi dopo ogni carica , nel modulo batteria al litio possono essere sovraccaricamente o sottoalimentate. Con l'aumentare del numero di carica e scarico, le prestazioni della batteria si deteriorano gradualmente e la durata del ciclo rispetto alle singole celle non assemblate, è diminuita in modo significativo. Pertanto, l'assemblaggio della batteria richiede la misurazione e lo screening accurati del tasso di autoscarica delle batterie agli ioni di litio.

3 Correzione della stima SOC della batteria

Lo stato di carica è anche chiamato la capacità rimanente, che rappresenta il rapporto della capacità rimanente dopo che la batteria è stata utilizzata per un periodo di tempo o a lungo termine inutilizzato e la sua capacità completamente carica, di solito espressa in percentuale. Il tasso di autoscarica ha un importante valore di riferimento per la stima SOC delle batterie agli ioni di litio. La correzione del valore iniziale del SOC attraverso la corrente di auto-scarico può migliorare l'accuratezza della stima del SOC. Da un lato, per il cliente, il tempo utilizzabile o la distanza di guida del prodotto può essere stimato in base alla potenza rimanente; d'altra parte, l'accuratezza della previsione SOC di BMS può essere migliorata in modo efficace per evitare il sovraccarico della batteria. Scarico eccessivo, prolungando così la durata della batteria.