이 글은 제로 전압의 원인을 분석합니다. 전극 버로 인해 배터리에서 제로 전압이 발생하는 현상에 초점을 맞춥니다. 단락의 원인을 파악하여 문제를 정확하게 해결하고 생산 중 전극 버를 제어하는 것의 중요성을 더 잘 이해하는 것을 목표로 합니다.
실험
1. 배터리 준비
본 실험에서는 양극 활물질로 리튬 니켈 코발트 망간산 소재(NCM111)를 사용한다. 양극 활물질, SP 카본 블랙, PVDF 바인더, NMP 용매를 질량비 66:2:2:30로 혼합하여 슬러리를 만든다. 슬러리를 15 μm 두께의 탄소 코팅 알루미늄 호일에 코팅하고, 한 면의 코팅량은 270 g/m2이다. 양극을 (120±3)도의 오븐에 넣고 24시간 건조한 후 캘린더링 공정을 수행하여 전극의 압축 밀도를 3.28g/cm3로 만든다. 음극 활물질은 리튬 티타네이트 소재 Li4Ti5O12를 사용한다. 음극 활물질, SP 카본 블랙 전도성 제, PVDF 바인더, NMP 용매를 질량비 52:2:2:44로 혼합하여 슬러리를 만든다. 양극 슬러리는 15 μm 두께의 탄소 코팅 알루미늄 호일에 코팅되고, 한 면의 코팅량은 214 g/m2입니다. 음극을 (110±3)도의 오븐에 넣고 24시간 동안 건조한 다음 압연 공정을 수행하여 전극 조각의 압축 밀도를 1.85g/cm3로 만듭니다. 건조된 전극은 (136.0±1.0) mm 너비의 조각으로 절단되고 전극 버는 12μm를 초과해서는 안 됩니다. 전해질은 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC(부피 비율 1:1:1)를 사용합니다. 분리막은 20 μm 두께의 폴리에틸렌(PE) 다공성 분리막입니다. 위의 재료는 설계 용량이 45Ah인 66160 셀로 조립됩니다. 권선 및 조립 후 알루미늄 쉘의 상부 커버를 용접 및 밀봉하였고, 실험 셀을 (85±3)도의 오븐에 넣고 24시간 동안 건조시켰다.
건조 후, 배터리 셀을 채우고, 전해질의 양은 200g입니다. 전해질을 채운 후, 셀을 실온에서 72시간 동안 방치했습니다. 방치 후, 모든 실험 셀을 개방 회로 전압(OCV)에 대해 테스트하고, 배터리의 내부 저항과 전압을 기록했습니다.
2. 충전 테스트
내부 저항 및 전압 분석을 수행할 때는 AC 내부 저항 테스터를 사용하여 테스트합니다. 5V-50A 고정밀 배터리 성능 테스트 시스템을 사용하여 배터리의 충전 성능을 테스트합니다. 충전 후 방치된 셀의 경우 전압 테스트를 수행할 때 먼저 셀을 단락시켜 전압을 0로 낮추는데, 이는 0전압 셀입니다.
그런 다음 제로 전압 셀에 대한 충전 테스트를 수행합니다. 주변 온도가 (25±3)도일 때 충전에 다른 전류(예: 1A, 2A 및 3A)를 사용합니다. 실험은 전류가 작은 것에서 큰 것, 시간이 짧은 것에서 긴 것 순으로 수행되었습니다. 충전 시간은 각각 5초, 10초 및 25초로 설정되었습니다. 각 충전 시간 후 배터리 전압의 변화를 관찰합니다.
3.자체방전 테스트
전극 버 분석에는 2차원 테스터를 사용합니다. 내부 저항 및 전압 분석에는 AC 내부 저항 테스터를 사용합니다. 전기적 성능을 테스트하려면 5V-50A 고정밀 배터리 성능 테스트 시스템을 사용합니다. 셀 온도를 제어하려면 고온 및 저온 상자를 사용합니다. 형성 전 제로 전압 셀이 충전되면 버가 퓨즈되고 제로 전압이 더 이상 나타나지 않습니다. 이 배터리의 정상적인 형성 프로세스를 테스트합니다. 형성 프로세스는 다음과 같습니다.
① 고온상자의 온도가 120도에 도달한 후 120분간 기다립니다.
② 1.0배의 C 전류로 차단전압 2.8V까지 충전한 후 정전압 충전으로 전환한다. 충전 차단시간은 2시간이다.
③ 10분간 기다려 주세요.
④1.0배의 C 전류로 1.5V의 차단 전압까지 방전한 후 정전압 방전으로 전환합니다. 방전 차단 시간은 2시간입니다.
⑤10분간 기다려 주세요.
⑥2~5 3번의 과정을 반복합니다.
⑦ 1.0배의 C 전류로 충전하고, 충전 시간은 0.7시간이며, 그 후 2.3V의 정전압으로 충전하고, 차단 전류는 0.45A이다. 형성된 셀에 대한 자가방전 시험을 실시한다. 정전압 시험 방법을 사용하고 전압을 최소 2개월 동안 시험한다. 셀을 실온(25±5)에서 24시간 방치한 후 개방 회로 전압을 시험하여 기록한다. 그 후 셀을 1개월과 2개월 동안 실온에 방치한 후 개방 회로 전압을 다시 시험하여 기록한다.
결과 및 토론
1. 형성 전 배터리 전압 비교
그림 1은 1A와 2A 충전 중과 충전을 멈춘 후 배터리 전압 변화를 보여줍니다. 그림에서 알 수 있듯이 0전압 배터리는 대략 내부 버로 인한 단락으로 간주할 수 있습니다. 배터리는 1분 이내에 2A 미만의 전류 테스트를 견딜 수 있습니다. 충전 전류가 1A와 2A일 때 내부 버로 인한 단락으로 인해 전압이 안정된 값에 도달하고 더 이상 변하지 않습니다. 충전을 멈췄을 때 전압은 빠르게 0로 돌아갑니다.
충전 전류를 계속 증가시키고, 충전 전류를 3A로 변경하고, 충전 시간을 각각 5초, 10초, 25초로 설정합니다. 배터리 충전 테스트 곡선은 그림 2에 나와 있습니다.
그림 2의 관찰에 따르면 충전 전류가 3A에 도달하면 배터리의 전압 변화는 5초 및 10초 충전 시간에서 1A 및 2A 충전과 유사합니다. 충전 시간이 길어짐에 따라 충전 시간이 10초를 초과하면 전압이 천천히 상승합니다. 충전 시간이 20초에 도달하면 전압이 빠르게 상승합니다. 충전이 중단된 후 전압이 느리게 떨어지고 이전의 0전압 현상이 단시간 내에 나타나지 않습니다.
충전 중 전압 변화 속도를 기준으로 볼 때, 배터리 내부의 버는 충전으로 인해 발생하는 열로 인해 열적으로 융합되었다고 결론 내릴 수 있습니다. 버가 융합되기 전에 전압은 충전이 시작된 후 10~20초 이내에 천천히 상승하는 단계를 보입니다.
20초 후 버가 융합되고 배터리 전압이 빠르게 상승합니다. 충전을 멈춘 후 배터리 전압이 천천히 감소합니다. 버가 융합된 후에도 배터리 내부에 금속 불순물이 남아 일반 배터리보다 자가 방전이 더 빨리 발생한다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 배터리를 정상화한 후 자가 방전 속도를 테스트해야 합니다.
2. 배터리 형성 후 자가방전 비교
실험을 위해 선택된 배터리는 위의 형성 프로세스에 따라 충전 및 방전되었습니다. ⑦ 단계 후, 배터리의 충전 상태(SOC)는 약 80%였습니다. 배터리의 자가 방전 테스트는 실온에서 수행되었으며 동일한 배치의 불순물이 포함된 배터리와 비교되었습니다. 테스트 데이터는 표 1에 나와 있습니다.
표 1에서 볼 수 있듯이 버로 인한 배터리 자가방전은 존재하며 배터리의 충전 유지 능력에 영향을 미칩니다. 충전 전류를 통해 자가방전 이상의 원인을 분석하면 제조 공정 중 전극 버의 비정상적인 상황을 직관적으로 반영할 수 있습니다.
이는 생산 공정 중에 공정 제어 요구 사항을 더욱 강화하고 커터를 적시에 유지하여 배터리 성능을 보장하고 안전 위험을 줄이는 것이 필요하다는 것을 보여줍니다. 버를 날린 후에도 전극 내부에는 여전히 금속 불순물이 있습니다.
배터리 용량을 측정한 후의 자가방전 데이터에 따르면, 정상 배터리를 실온에 1개월 방치한 후 전압이 약 7mV 떨어지고, 2개월 후에는 전압이 약 10mV 떨어진다는 결론을 내릴 수 있습니다. 이는 버가 과도한 배터리의 자가방전율이 정상 배터리보다 크다는 것을 보여줍니다. 형성 전 전압과 용량 분할 후의 자가방전 데이터 분석을 고려할 때, 버가 너무 많으면 배터리 충전 유지 성능이 비정상적으로 나타난다는 결론을 내릴 수 있습니다. 배터리 전극에 존재하는 버는 완전히 사라지지 않으며 장기적으로 배터리 성능에 영향을 미칩니다.
요약하자면, 버는 배터리 성능에 부정적인 영향을 미치므로 배터리 성능과 안전성을 보장하기 위해 제조 공정에서 버 발생을 줄이기 위한 조치를 취해야 합니다.
결론
배터리 제조 공정에서 전극 버의 크기를 제어하는 것은 핵심 매개변수입니다. 버가 단락을 일으키면 배터리 전압은 충전 후 0이 됩니다. 작은 전류로 버로 인해 단락된 배터리를 충전하면 안정적인 전압을 관찰할 수 있습니다. 전류가 버의 퓨즈 값에 도달하면 배터리 내부에 여전히 금속 불순물이 있어 배터리의 자체 방전에 계속 영향을 미쳐 일반 배터리보다 자체 방전 속도가 높아집니다. 이 방법을 사용하면 배터리 제조 중 버로 인해 발생한 배터리 단락을 식별할 수 있습니다. 전압 변화를 관찰함으로써 배터리 생산 공정 중 슬리팅, 다이 커팅 및 와인딩 장비의 검사를 강화하여 불합격 배터리가 대량 생산되는 것을 방지할 수 있습니다. 따라서 전류가 낮은 버로 인해 단락된 배터리를 충전하고 전압 변화를 모니터링하면 배터리 제조 공정의 문제를 효과적으로 식별하고 관련 공정 제어를 안내하여 배터리 품질과 성능을 보장할 수 있습니다.
