Approccio di analisi per il problema della bassa capacità delle celle della batteria

La determinazione della bassa capacità (bassa capacità) delle celle della batteria si basa su un semplice confronto tra la capacità post-formazione (post-ciclo di carica/scarica) e il valore di capacità progettato. Se la capacità misurata dopo il processo di formazione è inferiore al valore progettato, la prima risposta dovrebbe essere quella di verificare se vi siano errori nelle impostazioni del processo di formazione (come corrente di scarica, tempo di carica, tensione di interruzione e temperatura di formazione). Se le impostazioni della fase di formazione sono corrette, è necessario modificare il punto di prova e rieseguire il processo di formazione sulla cella della batteria per verificare se vi siano problemi con l'apparecchiatura o i canali di formazione. Presupponendo che non vengano rilevate anomalie nei dati di formazione dopo la sostituzione dell'apparecchiatura, è probabile che l'apparecchiatura originale sia problematica. Se il nuovo test mostra ancora una bassa capacità, si può confermare che il problema di bassa capacità esiste realmente.

Dopo aver confermato l'esistenza di una bassa capacità, è necessario determinare ulteriormente la frequenza e la gravità dei casi di bassa capacità per comprendere la situazione effettiva di bassa capacità da una prospettiva complessiva. Ciò richiede un approccio più sistematico. Prima di condurre un'analisi sistematica, è consigliabile smontare le celle della batteria a bassa capacità ricaricate per ispezionarne l'interfaccia. Se non si riscontrano problemi, è probabile che ciò sia dovuto a un peso insufficiente del rivestimento dell'elettrodo positivo o a un margine di progettazione inadeguato. Se si riscontrano problemi di interfaccia, ciò potrebbe essere dovuto ad altri problemi nel processo di produzione o nella progettazione. Successivamente, esamineremo le cause della bassa capacità dal punto di vista della progettazione e del processo di produzione.

I. Fine del progetto

1. Compatibilità del sistema di materiali: in particolare, la compatibilità tra l'elettrodo negativo e l'elettrolita ha un impatto significativo sulla capacità delle celle della batteria. Per gli elettrodi negativi o gli elettroliti di nuova introduzione, se test ripetuti mostrano che ciascuna cella della batteria presenta placcatura in litio e bassa capacità, esiste un'alta probabilità di incompatibilità dei materiali. Le cause dell'incompatibilità possono includere: â' Densità, spessore o instabilità inadeguati del film SEI (Solid Electrolyte Interphase) formatosi durante la formazione; â'¡Possibile delaminazione dello strato di grafite causata dal PC (carbonato di propilene) nell'elettrolita; â'¢Densità areale o densità di compattazione progettata eccessivamente elevata, che rende la cella della batteria incapace di adattarsi a carichi e scarica ad alta velocità.
3. Iniezione di elettrolita insufficiente e basso coefficiente di ritenzione dell'elettrolita: quando la quantità di elettrolita iniettata è bassa, anche la corrispondente quantità di ritenzione dell'elettrolita diminuirà. Quando la quantità di ritenzione dell'elettrolita della cella della batteria è insufficiente, l'effetto di inserimento/estrazione degli ioni di litio sugli elettrodi positivo e negativo sarà influenzato, con conseguente riduzione della capacità. Quando la quantità di ritenzione dell'elettrolita della cella della batteria è insufficiente, gli elettrodi positivo e negativo saranno relativamente asciutti e si formerà un sottile strato di placcatura in litio sull'elettrodo negativo, che può essere considerato un fattore che causa una riduzione della capacità dovuta alla scarsa ritenzione dell'elettrolita.

II. Processo di produzione finale

1. Conformità ai parametri di processo della densità areale del rivestimento: un rivestimento troppo chiaro dell'elettrodo positivo o negativo può causare direttamente una bassa capacità della cella della batteria. Quando il rivestimento dell'elettrodo positivo è troppo chiaro, non si verificheranno anomalie nell'interfaccia della cella completamente carica. A questo punto, è necessario determinare il problema cuocendo e misurando il peso del foglio dell'elettrodo positivo. Se il peso misurato è inferiore al valore di progetto, significa che la densità areale del rivestimento è inferiore al valore impostato. Inoltre, anche un rivestimento non uniforme sull'elettrodo positivo o negativo (in particolare sull'elettrodo negativo) può causare una bassa capacità. Sebbene un rivestimento più spesso dell'elettrodo positivo possa ridurre la capacità gravimetrica, la capacità totale potrebbe non diminuire e potrebbe persino aumentare leggermente.
2. Analisi della sovrapressione durante la laminazione: la sovrapressione durante la laminazione può danneggiare la struttura del materiale, compromettendo così le prestazioni di capacità. La manifestazione più diretta della sovrapressione è un aspetto lucido della lamina dell'elettrodo. La sovrapressione dell'elettrodo positivo può impedire alle particelle di materiale attivo con strutture danneggiate di inserire/estrarre correttamente gli ioni di litio, con conseguente decadimento della capacità. La sovrapressione dell'elettrodo negativo può impedirgli di accettare ioni di litio dall'elettrodo positivo, causando la placcatura superficiale in litio e il decadimento della capacità.
3. Rispetto di diversi requisiti di tolleranza durante l'assemblaggio: problemi come un allineamento errato degli elettrodi, pieghe sul separatore, ecc., durante il processo di assemblaggio della batteria possono causare cortocircuiti interni o un aumento della resistenza locale, compromettendo la carica/scarica della batteria e riducendone la capacità. Anche le pieghe sul separatore di cella possono causare un inserimento/estrazione insufficiente del litio sull'elettrodo negativo, compromettendo la capacità della cella.
4. Contenuto d'acqua anomalo: anche un contenuto d'acqua eccessivo può causare una bassa capacità. Quando il contenuto d'acqua nella lamina dell'elettrodo supera lo standard prima dell'iniezione dell'elettrolita, il punto di rugiada della glove box non è qualificato, il contenuto d'acqua nell'elettrolita supera lo standard o quando l'acqua viene introdotta durante la degassificazione o la sigillatura secondaria, la cella della batteria potrebbe presentare una bassa capacità.
5. Normalità di umidità e temperatura durante la produzione delle celle: un controllo inadeguato dell'umidità e della temperatura ambientale è fondamentale per le prestazioni della batteria. Un'umidità elevata può causare reazioni di decomposizione dell'acqua all'interno della batteria, danneggiando i materiali degli elettrodi e gli elettroliti; le basse temperature possono rallentare la diffusione degli ioni di litio, riducendo la capacità della batteria.
6. Altri fattori:
   â' Problemi relativi alla batteria: corpi estranei metallici o sostanze magnetiche nel processo di produzione delle batterie possono potenzialmente aumentare il tasso di autoscarica. Tali celle di batteria potrebbero presentare una bassa capacità dopo la formazione.
   â'¡Tempo e condizioni di conservazione: tempi di conservazione prolungati o condizioni di conservazione non idonee, come temperatura e umidità elevate, possono causare l'invecchiamento del materiale degli elettrodi e la degradazione dell'elettrolita, con conseguente riduzione della capacità della batteria.

I passaggi sopra descritti, se seguiti passo dopo passo, possono generalmente aiutare a identificare la causa della scarsa capacità.