Bài viết này phân tích nguyên nhân gây ra điện áp bằng không. Tập trung vào hiện tượng điện áp bằng không trong pin do gờ điện cực. Bằng cách xác định nguyên nhân gây ra đoản mạch, chúng tôi hướng đến mục tiêu giải quyết chính xác vấn đề và hiểu rõ hơn tầm quan trọng của việc kiểm soát gờ điện cực trong quá trình sản xuất.
Cuộc thí nghiệm
1. Chuẩn bị pin
Thí nghiệm này sử dụng vật liệu lithium nickel cobalt manganate (NCM111) làm vật liệu hoạt động dương. Trộn vật liệu hoạt động dương, SP carbon đen, chất kết dính PVDF và dung môi NMP theo tỷ lệ khối lượng 66:2:2:30 để tạo thành hỗn hợp. Hỗn hợp được phủ trên lá nhôm phủ carbon dày 15 μm và lượng phủ trên một mặt là 270 g/m2. Đặt điện cực dương vào lò ở nhiệt độ (120±3) độ để sấy khô trong 24 giờ, sau đó tiến hành quá trình cán để tạo ra mật độ nén của điện cực là 3,28g/cm3. Vật liệu hoạt động âm sử dụng vật liệu lithium titanate Li4Ti5O12. Trộn vật liệu hoạt động âm, SP carbon đen chất dẫn điện, chất kết dính PVDF và dung môi NMP theo tỷ lệ khối lượng 52:2:2:44 để tạo thành hỗn hợp. Bùn anode được phủ trên một lá nhôm phủ carbon dày 15 μm và lượng phủ trên một mặt là 214 g/m2. Đặt điện cực âm vào lò ở nhiệt độ (110±3) độ để sấy khô trong 24 giờ, sau đó thực hiện quá trình cán để làm cho mật độ nén của miếng điện cực là 1,85g/cm3. Điện cực đã sấy khô được cắt thành các mảnh có chiều rộng (136,0±1,0) mm và các gờ điện cực không được vượt quá 12μm. Chất điện phân sử dụng 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (tỷ lệ thể tích 1:1:1). Bộ tách là bộ tách xốp polyethylene (PE) dày 20 μm. Các vật liệu trên được lắp ráp thành 66160 cell có dung lượng thiết kế là 45Ah. Sau khi quấn và lắp ráp, nắp trên của vỏ nhôm được hàn và bịt kín, và các cell thử nghiệm được đặt trong lò ở nhiệt độ (85±3) độ để sấy khô trong 24 giờ.
Sau khi sấy khô, đổ đầy cell pin, lượng chất điện phân là 200g. Sau khi đổ đầy chất điện phân, các cell được để ở nhiệt độ phòng trong 72 giờ. Sau khi để yên, tất cả các cell thử nghiệm đều được kiểm tra điện áp mạch hở (OCV), và điện trở trong và điện áp của pin được ghi lại.
2. Kiểm tra sạc
Khi thực hiện phân tích điện trở trong và điện áp, hãy sử dụng máy kiểm tra điện trở trong AC để kiểm tra. Sử dụng hệ thống kiểm tra hiệu suất pin có độ chính xác cao 5V-50A để kiểm tra hiệu suất sạc của pin. Đối với các cell pin vẫn còn nguyên sau khi sạc, khi thực hiện kiểm tra điện áp, trước tiên hãy làm ngắn mạch cell pin để giảm điện áp xuống 0, tức là cell pin có điện áp bằng không.
Sau đó thực hiện thử nghiệm sạc trên cell điện áp bằng không. Khi nhiệt độ môi trường là (25±3) độ, các dòng điện khác nhau (như 1A, 2A và 3A) được sử dụng để sạc. Các thí nghiệm được tiến hành theo thứ tự dòng điện từ nhỏ đến lớn và thời gian từ ngắn đến dài. Thời gian sạc được đặt lần lượt là 5 giây, 10 giây và 25 giây. Quan sát sự thay đổi điện áp pin sau mỗi lần sạc.
3.Kiểm tra tự xả
Sử dụng máy kiểm tra hai chiều để phân tích gờ điện cực. Sử dụng máy kiểm tra điện trở bên trong AC để phân tích điện trở bên trong và điện áp. Sử dụng hệ thống kiểm tra hiệu suất pin có độ chính xác cao 5V-50A để kiểm tra hiệu suất điện. Sử dụng hộp nhiệt độ cao và thấp để kiểm soát nhiệt độ của cell. Sau khi các cell có điện áp bằng không trước khi hình thành được sạc, gờ sẽ hợp nhất và điện áp bằng không không còn xuất hiện nữa. Kiểm tra quá trình hình thành bình thường của pin này. Quá trình hình thành như sau:
①Sau khi nhiệt độ của hộp nhiệt độ cao đạt 120 độ, hãy đợi trong 120 phút.
②Sạc bằng dòng điện 1.0 lần C đến điện áp ngắt 2,8V, sau đó chuyển sang sạc điện áp không đổi. Thời gian ngắt sạc là 2 giờ.
③Chờ trong 10 phút.
④Xả bằng dòng điện 1.0 lần C đến điện áp ngắt 1,5V, sau đó chuyển sang xả điện áp không đổi. Thời gian ngắt xả là 2 giờ.
⑤Chờ trong 10 phút.
⑥Lặp lại các bước từ 2 đến 5 3 lần.
⑦Sạc bằng dòng điện 1.0 lần C, thời gian sạc là 0,7 giờ, sau đó sạc bằng điện áp không đổi 2,3V, dòng điện cắt là 0,45A. Tiến hành thử nghiệm tự xả trên các cell đã hình thành. Sử dụng phương pháp thử điện áp tĩnh và thử điện áp không dưới hai tháng. Sau khi các cell được để ở nhiệt độ phòng (25±5) độ trong 24 giờ, điện áp mạch hở được kiểm tra và ghi lại. Sau đó, các cell tiếp tục đứng ở nhiệt độ phòng trong một tháng và hai tháng, sau đó điện áp mạch hở được kiểm tra và ghi lại một lần nữa.
kết quả và thảo luận
1. So sánh điện áp pin trước khi hình thành
Hình 1 cho thấy điện áp pin thay đổi trong quá trình sạc 1A và 2A và sau khi dừng sạc. Có thể thấy từ hình rằng pin điện áp bằng không có thể được coi là ngắn mạch do gờ bên trong gây ra. Pin có thể chịu được thử nghiệm dòng điện dưới 2A trong vòng 1 phút. Khi dòng điện sạc là 1A và 2A, do gờ bên trong gây ra ngắn mạch, điện áp đạt giá trị ổn định và không còn thay đổi nữa. Khi dừng sạc, điện áp nhanh chóng trở lại 0.
Tiếp tục tăng dòng điện sạc, thay đổi dòng điện sạc thành 3A và đặt thời gian sạc lần lượt là 5 giây, 10 giây và 25 giây. Đường cong thử nghiệm sạc pin được thể hiện trong Hình 2.
Theo quan sát trong Hình 2, khi dòng điện sạc đạt 3A, sự thay đổi điện áp của pin tương tự như sạc 1A và 2A trong thời gian sạc là 5 giây và 10 giây. Khi thời gian sạc kéo dài, khi thời gian sạc vượt quá 10 giây, điện áp tăng chậm. Khi thời gian sạc đạt 20 giây, điện áp tăng nhanh. Sau khi dừng sạc, điện áp giảm chậm và hiện tượng điện áp bằng không trước đó không xuất hiện trong thời gian ngắn.
Dựa trên tốc độ thay đổi điện áp trong quá trình sạc, có thể kết luận rằng các gờ bên trong pin đã được nung chảy do nhiệt do quá trình sạc tạo ra. Trước khi các gờ nung chảy, điện áp cho thấy một giai đoạn tăng chậm trong vòng 10 đến 20 giây sau khi bắt đầu sạc.
Sau 20 giây, gờ sẽ hợp nhất, điện áp pin tăng nhanh. Sau khi dừng sạc, điện áp pin giảm chậm. Cần lưu ý rằng sau khi gờ hợp nhất, tạp chất kim loại vẫn còn bên trong pin, khiến pin tự xả nhanh hơn pin thông thường. Do đó, sau khi bình thường hóa pin, cần kiểm tra tốc độ tự xả của pin.
2. So sánh khả năng tự xả của pin sau khi hình thành
Pin được chọn cho thí nghiệm được sạc và xả theo quy trình hình thành ở trên. Sau bước ⑦, trạng thái sạc (SOC) của pin đạt khoảng 80%. Thử nghiệm tự xả của pin được tiến hành ở nhiệt độ phòng và so sánh với pin chứa tạp chất từ cùng một lô. Dữ liệu thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 1.
Có thể thấy từ Bảng 1 rằng hiện tượng tự xả pin do gờ là có tồn tại và có tác động đến khả năng giữ điện tích của pin. Phân tích nguyên nhân gây ra hiện tượng tự xả bất thường thông qua dòng điện sạc có thể phản ánh trực quan tình trạng bất thường của gờ điện cực trong quá trình sản xuất.
Điều này cho thấy cần phải tăng cường hơn nữa các yêu cầu kiểm soát quy trình trong quá trình sản xuất và bảo dưỡng máy cắt kịp thời để đảm bảo hiệu suất của pin và giảm nguy cơ an toàn. Sau khi thổi gờ, vẫn còn tạp chất kim loại bên trong điện cực.
Theo dữ liệu tự xả sau khi đo dung lượng pin, có thể kết luận rằng sau khi pin bình thường để ở nhiệt độ phòng trong một tháng, điện áp giảm khoảng 7mV; sau hai tháng, điện áp giảm khoảng 10mV. Điều này cho thấy tốc độ tự xả của pin có gờ quá mức lớn hơn pin bình thường. Có tính đến điện áp trước khi hình thành và phân tích dữ liệu tự xả sau khi phân chia dung lượng, có thể kết luận rằng gờ quá mức sẽ dẫn đến hiệu suất duy trì điện tích của pin bất thường. Các gờ có trên điện cực pin sẽ không biến mất hoàn toàn và sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của pin trong thời gian dài.
Tóm lại, gờ có tác động tiêu cực đến hiệu suất của pin, do đó cần phải có biện pháp để giảm sự hình thành gờ trong quá trình sản xuất nhằm đảm bảo hiệu suất và độ an toàn của pin.
Phần kết luận
Trong quá trình sản xuất pin, kiểm soát kích thước của gờ điện cực là một thông số quan trọng. Khi gờ gây ra đoản mạch, điện áp của pin sẽ trở thành 0 sau khi sạc đầy. Bằng cách sạc pin bị đoản mạch do gờ gây ra bằng dòng điện nhỏ, có thể quan sát thấy điện áp ổn định. Khi dòng điện đạt đến giá trị cầu chì gờ, vẫn còn tạp chất kim loại bên trong pin, điều này sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến quá trình tự xả của pin, dẫn đến tốc độ tự xả cao hơn pin thông thường. Phương pháp này có thể được sử dụng để xác định tình trạng đoản mạch pin do gờ gây ra trong quá trình sản xuất pin. Bằng cách quan sát các thay đổi về điện áp, chúng ta có thể hướng dẫn tăng cường kiểm tra thiết bị cắt, cắt khuôn và quấn trong quá trình sản xuất pin để tránh sản xuất số lượng lớn pin không đủ tiêu chuẩn. Do đó, bằng cách sạc pin bị đoản mạch do gờ gây ra bằng dòng điện thấp và theo dõi các thay đổi về điện áp, có thể xác định hiệu quả các vấn đề trong quá trình sản xuất pin và có thể hướng dẫn các biện pháp kiểm soát quy trình có liên quan để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của pin.
