Analyse des causes de la faible capacité des cellules

Une faible capacité de cellule est un jugement intuitif basé sur la comparaison de la capacité de décharge post-formation avec la valeur de conception. Si la capacité mesurée est inférieure aux spécifications de conception, la première étape consiste à vérifier si les paramètres du processus de formation sont correctement définis (par exemple, courant de décharge, durée de charge, tension de coupure et température de formation).
Si les étapes de formation sont confirmées comme correctes, testez à nouveau la cellule en utilisant un équipement ou des canaux alternatifs pour éliminer les problèmes potentiels avec le système de formation.
â'¡ Si la capacité reste normale après le remplacement de l'équipement, l'équipement de formation d'origine est défectueux.
• Si le problème de faible capacité persiste après un nouveau test, il est confirmé que la cellule présente une véritable faible capacité.
Après confirmation d'une faible capacité, une analyse plus approfondie est nécessaire pour en déterminer la fréquence et la gravité. Avant toute analyse systématique des causes profondes, démontez et inspectez les cellules de faible capacité entièrement chargées. En l'absence d'anomalie, les causes potentielles peuvent inclure un poids insuffisant du revêtement de l'électrode positive ou une marge de conception inadéquate. Si des défauts sont détectés, des problèmes de conception ou de fabrication doivent être pris en compte.

Analyse des causes profondes : perspectives de conception et de fabrication

I. Facteurs liés à la conception

1. Compatibilité des matériaux

La compatibilité entre l'électrode négative et l'électrolyte a un impact critique sur la capacité. Pour les matériaux d'anode ou les électrolytes nouvellement introduits, le dépôt répété de lithium observé lors des essais indique clairement une incompatibilité des matériaux. Les mécanismes potentiels d'incompatibilité incluent :

â' Couche SEI mal formée, trop épaisse ou instable lors de la formation.

â'¡ PC (carbonate de propylène) dans l'électrolyte provoquant une exfoliation du graphite.

• Une densité surfacique/densité de compactage excessive de l'électrode conçue entrave la capacité de charge/décharge à haut débit.

2. Marge de conception de capacité

Capacité spécifique de l'électrode positive : La conception doit tenir compte des tolérances du revêtement, des erreurs de l'équipement de formation et de la perte de capacité due à l'adhérence des languettes. Pour les nouveaux matériaux, il faut évaluer précisément la capacité spécifique réalisable dans le système donné (association anode/électrolyte). Il est à noter que la capacité spécifique varie en fonction de la vitesse de formation, du courant de coupure de charge, des cadences de cyclage et de la formulation de l'électrolyte. Une surestimation de la capacité de l'électrode positive conduit à des valeurs de conception surévaluées et à des cellules de faible capacité.

Excès d'électrode négative et valeur CB : une charge excessive de l'électrode négative améliore initialement l'utilisation de l'électrode positive de 1 à 2 %, mais au-delà des niveaux optimaux, une consommation excessive et irréversible de lithium pendant la formation du SEI réduit la capacité de décharge du premier cycle.

3. Remplissage et rétention d'électrolytes

Un remplissage insuffisant en électrolyte réduit l'efficacité d'intercalation/désintercalation des ions lithium. Les cellules dont la rétention d'électrolyte est insuffisante présentent des électrodes sèches et un mince revêtement de lithium à la surface de l'anode, contribuant directement à la perte de capacité.

II. Facteurs liés à la fabrication

1. Écart de densité surfacique du revêtement

Un revêtement sous-pondéré des électrodes positives/négatives entraîne directement une faible capacité. Pour les électrodes positives, confirmer le poids du revêtement par une analyse gravimétrique après séchage. Une épaisseur de revêtement non uniforme (« revêtement yin-yang »), en particulier une sous-couche de l'électrode négative, est un autre facteur contributif. Un revêtement excessif des électrodes positives peut diminuer la capacité spécifique, mais augmente souvent la capacité totale.

2. Surcompaction lors du calandrage

Le surcompactage endommage la structure du matériau actif, comme en témoignent les surfaces brillantes des électrodes. Dans les cathodes, cela perturbe la désintercalation du lithium ; dans les anodes, cela induit un dépôt de lithium en surface et une perte de capacité.

3. Tolérances d'assemblage

Un mauvais alignement des électrodes, des plis sur les séparateurs ou des micro-courts-circuits internes augmentent l'impédance locale et dégradent la capacité. Les séparateurs froissés entraînent une intercalation incomplète du lithium (aspect anodique non doré) dans les zones affectées.

4. Contrôle de la teneur en humidité

Des niveaux d'humidité élevés (provenant des électrodes, de l'électrolyte, d'un point de rosée inapproprié de la boîte à gants ou de processus de dégazage) déclenchent des réactions secondaires et une perte de capacité.

5. Contrôles environnementaux

Une humidité élevée accélère les réactions d'hydrolyse, tandis que les basses températures entravent la diffusion des ions lithium, réduisant ainsi la capacité. Les écarts de température de formation affectent également la précision des mesures de capacité.

6. Autres facteurs

Contamination étrangère : les impuretés métalliques/magnétiques augmentent l'autodécharge, conduisant à une post-formation de faible capacité apparente.

Stockage avant formation : Un stockage prolongé sous haute température/humidité dégrade les électrodes et les électrolytes, entraînant une perte de capacité.

â…¢. Conclusion

En étudiant systématiquement ces facteurs, de la compatibilité des matériaux et des marges de conception aux contrôles de processus et aux conditions environnementales, la cause profonde de la faible capacité peut être identifiée et traitée efficacement.

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