Approche d'analyse pour le problème de faible capacité des cellules de batterie

La détermination de la faible capacité d'une batterie repose sur une comparaison directe entre la capacité après formation (cycle de charge/décharge) et la valeur de capacité nominale. Si la capacité mesurée après la formation est inférieure à la valeur nominale, il convient de vérifier en premier lieu si les paramètres de formation (courant de décharge, temps de charge, tension de coupure et température) sont erronés. Si les paramètres de formation sont corrects, il est nécessaire de modifier le point de test et de réexécuter la formation sur la batterie afin de vérifier l'absence de problèmes avec l'équipement ou les canaux de formation. Si aucune anomalie n'est détectée dans les données de formation après le changement d'équipement, l'équipement d'origine est probablement défectueux. Si le nouveau test indique toujours une faible capacité, le problème de faible capacité est bien réel.

Après avoir confirmé l'existence d'une faible capacité, il est nécessaire de déterminer plus précisément la fréquence et la gravité de ces phénomènes afin d'appréhender la situation réelle de faible capacité dans son ensemble. Cela nécessite une approche plus systématique. Avant de procéder à une analyse systématique, il est conseillé de démonter les cellules de batterie faiblement chargées afin d'inspecter l'interface. Si aucun problème n'est constaté, cela est probablement dû à un poids insuffisant du revêtement de l'électrode positive ou à une marge de conception insuffisante. S'il existe des problèmes d'interface, ils peuvent être dus à d'autres problèmes de fabrication ou de conception. Nous examinerons ensuite les causes de la faible capacité, tant au niveau de la conception que de la fabrication.

I. Fin de la conception

1. Compatibilité des matériaux : La compatibilité entre l'électrode négative et l'électrolyte a notamment un impact significatif sur la capacité des cellules de batterie. Pour les électrodes négatives ou électrolytes nouvellement introduits, si des tests répétés montrent que chaque cellule de batterie présente un dépôt de lithium et une faible capacité, il existe un risque élevé d'inadéquation des matériaux. Les raisons de cette inadéquation peuvent être : une densité, une épaisseur ou une instabilité insuffisantes du film SEI (Interphase Électrolyte Solide) formé lors de la formation ; un éventuel délaminage de la couche de graphite dû au PC (carbonate de propylène) dans l'électrolyte ; une densité surfacique ou une densité de compactage trop élevée, rendant la cellule de batterie incapable de s'adapter à des charges et décharges à haut débit.
2. Adéquation de la marge de conception de capacité : â' À partir de la capacité gravimétrique du matériau de l'électrode positive : En raison d'erreurs dans le revêtement des électrodes positives/négatives, de la précision de l'armoire de formation et des effets de l'adhésif sur la capacité, une certaine marge de capacité doit être préservée lors de la conception. Pour les nouveaux matériaux, une évaluation précise de la capacité gravimétrique de l'électrode positive dans le système spécifique est cruciale. Un même matériau d'électrode positive peut ne pas présenter la même capacité gravimétrique lorsqu'il est associé à des électrodes négatives ou des électrolytes différents. Des facteurs tels que la vitesse de formation, le courant de coupure de charge, la vitesse de charge/décharge et le type d'électrolyte peuvent tous affecter les performances de l'électrode positive. Par conséquent, une capacité gravimétrique de conception trop élevée peut entraîner une surestimation de la capacité de conception, ce qui se traduit par une faible capacité lors du processus de formation réel. â'¡Du point de vue de l'excès d'électrode négative et de la valeur CB (équilibre de capacité) élevée : L'excès d'électrode négative peut également affecter la capacité gravimétrique de l'électrode positive dans une certaine mesure, impactant ainsi la capacité des cellules de batterie. L'excès de lithium dans l'électrode négative ne se limite pas à l'absence de lithium. Augmenter cet excès au-delà de la limite inférieure d'absence de lithium peut améliorer la capacité gravimétrique de l'électrode positive d'environ 1 à 2 %. Cependant, un excès trop important diminue la capacité gravimétrique de l'électrode positive, nécessitant davantage de lithium irréversible pour former le film SEI, ce qui réduit la capacité de décharge au premier cycle.
3. Injection d'électrolyte insuffisante et faible coefficient de rétention : une faible quantité d'injection d'électrolyte entraîne une diminution de la rétention d'électrolyte correspondante. Une rétention d'électrolyte insuffisante affecte l'insertion/extraction des ions lithium aux électrodes positive et négative, ce qui entraîne une faible capacité. En outre, les feuilles des électrodes positive et négative sont relativement sèches et une fine couche de lithium se forme sur l'électrode négative, ce qui peut être considéré comme un facteur de faible capacité due à une faible rétention d'électrolyte.

II. Fin de fabrication du processus

1. Respect des paramètres du processus de densité surfacique du revêtement : Un revêtement d'électrode positive ou négative trop léger peut entraîner une faible capacité de la batterie. Lorsque le revêtement d'électrode positive est trop léger, aucune anomalie ne se produit à l'interface de la cellule complètement chargée. À ce stade, il est nécessaire de déterminer le problème en cuisant et en mesurant le poids de la feuille d'électrode positive. Si le poids mesuré est inférieur à la valeur prévue, cela indique que la densité surfacique du revêtement est inférieure à la valeur définie. De plus, un revêtement irrégulier sur l'électrode positive ou négative (en particulier sur l'électrode négative) peut également entraîner une faible capacité. Bien qu'un revêtement d'électrode positive plus épais puisse réduire la capacité gravimétrique, la capacité totale peut ne pas diminuer, voire augmenter légèrement.
2. Étude de la surpression lors du laminage : une surpression lors du laminage peut endommager la structure du matériau et affecter ainsi les performances de capacité. La manifestation la plus directe d'une surpression est un aspect brillant de la feuille d'électrode. Une surpression de l'électrode positive peut empêcher les particules de matériau actif dont la structure est endommagée d'insérer/extraire correctement les ions lithium, ce qui entraîne une perte de capacité. Une surpression de l'électrode négative peut l'empêcher d'accepter les ions lithium de l'électrode positive, ce qui entraîne un dépôt de lithium en surface et une perte de capacité.
3. Respect des différentes exigences de tolérance lors de l'assemblage : des problèmes tels qu'un mauvais alignement des électrodes, des plis au niveau du séparateur, etc., lors de l'assemblage de la batterie peuvent provoquer des courts-circuits internes ou une augmentation de la résistance locale, affectant la charge/décharge de la batterie et entraînant une réduction de sa capacité. Des plis au niveau du séparateur de cellule peuvent également entraîner une insertion/extraction insuffisante du lithium sur l'électrode négative, affectant ainsi sa capacité.
4. Teneur en eau anormale : Une teneur en eau excessive peut également entraîner une faible capacité. Lorsque la teneur en eau de la feuille d'électrode dépasse la norme avant l'injection de l'électrolyte, que le point de rosée de la boîte à gants n'est pas conforme, que la teneur en eau de l'électrolyte dépasse la norme ou que de l'eau est introduite lors du dégazage ou du scellement secondaire, la capacité de la cellule de batterie peut être réduite.
5. Normalité de l'humidité et de la température pendant la production des cellules : Un contrôle inadéquat de l'humidité et de la température ambiantes est crucial pour les performances de la batterie. Une humidité élevée peut provoquer des réactions de décomposition de l'eau à l'intérieur de la batterie, endommageant les matériaux des électrodes et les électrolytes ; une basse température peut ralentir la diffusion des ions lithium, réduisant ainsi la capacité de la batterie.
6. Autres facteurs :
   Problèmes liés aux batteries : la présence de corps étrangers métalliques ou de substances magnétiques dans le processus de production des batteries peut potentiellement augmenter le taux d'autodécharge. Ces cellules de batterie peuvent présenter une faible capacité après leur formation.
   â'¡Durée et conditions de stockage : Une durée de stockage prolongée ou des conditions de stockage inappropriées, telles qu'une température et une humidité élevées, peuvent entraîner le vieillissement du matériau de l'électrode et la dégradation de l'électrolyte, entraînant une réduction de la capacité de la batterie.

les étapes ci-dessus, lorsqu'elles sont suivies étape par étape, peuvent généralement aider à identifier la cause d'une faible capacité.