Analisi delle cause della bassa capacità delle celle

Una bassa capacità della cella è una valutazione intuitiva basata sul confronto della capacità di scarica post-formazione con il valore di progetto. Se la capacità misurata è inferiore alle specifiche di progetto, il primo passo è verificare che i parametri del processo di formazione siano impostati correttamente (ad esempio, corrente di scarica, durata della carica, tensione di cutoff e temperatura di formazione).
â' Se i passaggi di formazione vengono confermati come corretti, sottoporre nuovamente a test la cella utilizzando apparecchiature o canali alternativi per escludere potenziali problemi con il sistema di formazione.
â'¡ Se la capacità rimane normale dopo la sostituzione dell'attrezzatura, l'attrezzatura di formazione originale è difettosa.
â'¢ Se il problema della bassa capacità persiste dopo un nuovo test, si conferma che la cella presenta una reale bassa capacità.
Dopo aver confermato la bassa capacità, sono necessarie ulteriori analisi per determinarne la frequenza e la gravità. Prima di un'analisi sistematica delle cause principali, smontare e ispezionare le celle a bassa capacità completamente cariche. Se non si riscontrano anomalie, le possibili cause potrebbero includere un peso insufficiente del rivestimento dell'elettrodo positivo o un margine di progettazione inadeguato. Se vengono rilevati difetti, è necessario valutare la presenza di problemi di progettazione o produzione.

Analisi delle cause profonde: prospettive di progettazione e produzione

I. Fattori legati alla progettazione

1. Compatibilità dei materiali

La compatibilità tra l'elettrodo negativo e l'elettrolita ha un impatto critico sulla capacità. Per i materiali anodici o gli elettroliti di nuova introduzione, la placcatura ripetuta in litio osservata durante i test indica fortemente una discrepanza tra i materiali. I potenziali meccanismi di discrepanza includono:

â' Strato SEI mal formato, eccessivamente spesso o instabile durante la formazione.

â'¡ PC (carbonato di propilene) nell'elettrolita che provoca l'esfoliazione della grafite.

â'¢ Densità superficiale/densità di compattazione eccessiva dell'elettrodo progettato che ostacola la capacità di carica/scarica ad alta velocità.

2. Margine di progettazione della capacità

Capacità specifica dell'elettrodo positivo: la progettazione deve tenere conto delle tolleranze del rivestimento, degli errori delle apparecchiature di formazione e della perdita di capacità dovuta all'adesione delle linguette. Per i nuovi materiali, valutare accuratamente la capacità specifica raggiungibile nel sistema dato (accoppiamento anodo/elettrolita). Si noti che la capacità specifica varia in base alla velocità di formazione, alla corrente di taglio della carica, alla velocità di ciclaggio e alla formulazione dell'elettrolita. Sovrastimare la capacità dell'elettrodo positivo porta a valori di progetto gonfiati e a celle effettivamente a bassa capacità.

Eccesso di elettrodo negativo e valore CB: un carico eccessivo dell'elettrodo negativo aumenta inizialmente l'utilizzo dell'elettrodo positivo dell'1-2%, ma oltre i livelli ottimali, un consumo eccessivo e irreversibile di litio durante la formazione di SEI riduce la capacità di scarica del primo ciclo.

3. Riempimento e ritenzione degli elettroliti

Un riempimento insufficiente di elettrolita riduce l'efficienza di intercalazione/deintercalazione degli ioni di litio. Le celle con ritenzione elettrolitica inadeguata presentano elettrodi secchi e una sottile placcatura di litio sulla superficie dell'anodo, contribuendo direttamente alla perdita di capacità.

II. Fattori legati alla produzione

1. Deviazione della densità areale del rivestimento

2. Sovracompattazione durante la calandratura

L'eccessiva compattazione danneggia la struttura del materiale attivo, come dimostrano le superfici lucide degli elettrodi. Nei catodi, questo interrompe la deintercalazione del litio; negli anodi, induce la placcatura superficiale del litio e la perdita di capacità.

3. Tolleranze di assemblaggio

Un cattivo allineamento degli elettrodi, grinze sul separatore o microcortocircuiti interni aumentano l'impedenza locale e riducono la capacità. I separatori grinzosi causano un'intercalazione incompleta del litio (aspetto anodo non dorato) nelle regioni interessate.

4. Controllo del contenuto di umidità

Livelli elevati di umidità (dovuti a elettrodi, elettrolita, punto di rugiada non corretto del glovebox o processi di degasaggio) innescano reazioni collaterali e perdita di capacità.

5. Controlli ambientali

L'elevata umidità accelera le reazioni di idrolisi, mentre le basse temperature ostacolano la diffusione degli ioni di litio, riducendo la capacità. Anche le deviazioni della temperatura di formazione influiscono sulla precisione della misurazione della capacità.

6. Altri fattori

Contaminazione esterna: le impurità metalliche/magnetiche aumentano l'autoscarica, determinando una bassa capacità apparente post-formazione.

Conservazione pre-formazione: la conservazione prolungata in condizioni di temperatura/umidità elevate degrada gli elettrodi e gli elettroliti, causando una perdita di capacità.

â…¢. Conclusion

Esaminando sistematicamente questi fattori (dalla compatibilità dei materiali e dai margini di progettazione ai controlli di processo e alle condizioni ambientali), è possibile identificare e affrontare in modo efficace la causa principale della scarsa capacità.

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