Comment détecter le court-circuit causé par des bavures sur les électrodes de la batterie ?

Cet article analyse les causes du zéro de tension. Centré sur le phénomène de tension nulle dans la batterie provoqué par les bavures des électrodes. En identifiant la cause du court-circuit, nous visons à résoudre précisément le problème et à mieux comprendre l’importance de contrôler les bavures des électrodes pendant la production.

Expérience

1. Préparation de la batterie

Cette expérience utilise un matériau lithium-nickel-cobalt-manganate (NCM111) comme matériau actif positif. Mélangez la matière active positive, le noir de carbone SP, le liant PVDF et le solvant NMP dans un rapport massique de 66:2:2:30 pour obtenir une suspension. La suspension est enduite sur une feuille d'aluminium recouverte de carbone de 15 µm d'épaisseur, et la quantité de revêtement sur un côté est de 270 g/m2. Placez l'électrode positive dans un four à une température de (120 ± 3) °C pour sécher pendant 24 heures, puis le processus de calandrage est effectué pour obtenir une densité compactée de l'électrode de 3,28 g/cm3. Le matériau actif négatif utilise du titanate de lithium Li4Ti5O12. Mélangez le matériau actif négatif, l'agent conducteur de noir de carbone SP, le liant PVDF et le solvant NMP selon le rapport massique de 52:2:2:44 pour obtenir une suspension. La suspension d'anode est déposée sur une feuille d'aluminium recouverte de carbone de 15 µm d'épaisseur, et la quantité de revêtement sur un côté est de 214 g/m2. Placez l'électrode négative dans un four à une température de (110 ± 3) °C pour sécher pendant 24 heures, puis effectuez un processus de laminage pour obtenir une densité compactée de la pièce d'électrode de 1,85 g/cm3. L'électrode séchée est coupée en morceaux d'une largeur de (136,0 ± 1,0) mm et les bavures de l'électrode ne doivent pas dépasser 12 μm. L'électrolyte utilise 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC (rapport volumique 1:1:1). Le séparateur est un séparateur poreux en polyéthylène (PE) de 20 µm d'épaisseur. Les matériaux ci-dessus sont assemblés en 66160 cellules d'une capacité nominale de 45 Ah. Après enroulement et assemblage, le couvercle supérieur de la coque en aluminium a été soudé et scellé, et les cellules expérimentales ont été placées dans un four à une température de (85 ± 3)°C pour sécher pendant 24 heures.

Après séchage, remplissage des éléments de la batterie, la quantité d'électrolyte est de 200 g. Après remplissage en électrolyte, les cellules ont été laissées à température ambiante pendant 72 heures. Après le repos, toutes les cellules expérimentales ont été testées pour la tension en circuit ouvert (OCV), et la résistance interne et la tension de la batterie ont été enregistrées.

2. Test de charge

Lors de l'analyse de la résistance interne et de la tension, utilisez un testeur de résistance interne CA pour les tests. Utilisez le système de test des performances de la batterie de haute précision 5 V-50 A pour tester les performances de charge de la batterie. Pour les cellules laissées au repos après le remplissage, lors d'un test de tension, court-circuitez d'abord la cellule pour réduire sa tension à 0, ce qui est une cellule à tension nulle.

Effectuez ensuite un test de charge sur la cellule sans tension. Lorsque la température ambiante est de (25 ± 3) ℃, différents courants (tels que 1A, 2A et 3A) sont utilisés pour le chargement. Les expériences ont été menées dans l'ordre du courant, de petit à grand, et de durée, de court à long. Le temps de charge a été fixé respectivement à 5 secondes, 10 secondes et 25 secondes. Observez les changements de tension de la batterie après chaque temps de charge.

3. Test d'auto-décharge

Utilisez un testeur bidimensionnel pour l’analyse des bavures d’électrode. Utilisez un testeur de résistance interne AC pour l’analyse de la résistance interne et de la tension. Utilisez un système de test de performance de batterie de haute précision 5 V-50 A pour tester les performances électriques. Utilisez une boîte à haute et basse température pour contrôler la température des cellules. Une fois les cellules à tension nulle avant la formation chargées, les bavures fondent et la tension nulle n'apparaît plus. Testez le processus de formation normal de cette batterie. Le processus de formation est le suivant :

①Une fois que la température de la boîte haute température atteint 120 ℃, attendez 120 minutes.

②Chargez avec 1,0 fois le courant C jusqu'à la tension de coupure de 2,8 V, puis passez à la charge à tension constante. Le temps de coupure de charge est de 2 heures.

③Attendez 10 minutes.

④Déchargez avec un courant 1,0 fois C jusqu'à la tension de coupure de 1,5 V, puis passez à une décharge à tension constante. Le délai de décharge est de 2 heures.

⑤Attendez 10 minutes.

⑥Répétez les étapes 2 à 5 3 fois.

⑦ Chargez avec un courant 1,0 fois C, le temps de charge est de 0,7 heure, puis chargez avec une tension constante de 2,3 V, le courant de coupure est de 0,45 A. Effectuez un test d'auto-décharge sur les cellules formées. Utilisez la méthode de test de tension statique et testez la tension pendant au moins deux mois. Après que les cellules ont été laissées à température ambiante (25 ± 5)°C pendant 24 heures, la tension en circuit ouvert est testée et enregistrée. Ensuite, les cellules ont continué à rester à température ambiante pendant un mois et deux mois, puis la tension en circuit ouvert a été testée et enregistrée à nouveau.

Résultats et discussion

1. Comparaison de la tension de la batterie avant formation

La figure 1 montre les changements de tension de la batterie pendant une charge de 1 A et 2 A et après l'arrêt de la charge. On peut voir sur la figure qu'une batterie sans tension peut être considérée approximativement comme un court-circuit provoqué par des bavures internes. La batterie peut résister à un test de courant inférieur à 2 A en 1 minute. Lorsque le courant de charge est de 1 A et 2 A, en raison du court-circuit provoqué par des bavures internes, la tension atteint une valeur stable et ne change plus. Lorsque la charge est arrêtée, la tension revient rapidement à 0.

Continuez à augmenter le courant de charge, modifiez le courant de charge à 3 A et réglez le temps de charge sur 5 s, 10 s et 25 s respectivement. La courbe de test de charge de la batterie est illustrée à la figure 2.

Selon l'observation de la figure 2, lorsque le courant de charge atteint 3A, le changement de tension de la batterie est similaire à celui d'une charge de 1A et 2A sous un temps de charge de 5 secondes et 10 secondes. À mesure que le temps de charge s'allonge, lorsque le temps de charge dépasse 10 secondes, la tension augmente lentement. Lorsque le temps de charge atteint 20 secondes, la tension augmente rapidement. Après l'arrêt de la charge, la tension chute lentement et le phénomène de tension nulle précédent n'apparaît pas dans un court laps de temps.

Sur la base de la vitesse de changement de tension pendant la charge, on peut conclure que les bavures à l'intérieur de la batterie ont fusionné thermiquement en raison de la chaleur générée par la charge. Avant que les bavures ne fusionnent, la tension augmente lentement dans les 10 à 20 secondes suivant le début de la charge.

Après 20 secondes, la bavure fusionne et la tension de la batterie augmente rapidement. Après avoir arrêté la charge, la tension de la batterie diminue lentement. Il convient de noter qu'après la fusion des bavures, des impuretés métalliques restent toujours à l'intérieur de la batterie, provoquant une autodécharge plus rapide que les batteries normales. Par conséquent, après avoir normalisé la batterie, il est nécessaire de tester son taux d'autodécharge.

2. Comparaison de l'autodécharge de la batterie après formation

La batterie sélectionnée pour l'expérience a été chargée et déchargée selon le processus de formation ci-dessus. Après l'étape ⑦, l'état de charge (SOC) de la batterie était d'environ 80 %. Le test d'autodécharge de la batterie a été réalisé à température ambiante et comparé à des batteries contenant des impuretés du même lot. Les données de test sont présentées dans le tableau 1.

Il ressort du tableau 1 que l'autodécharge de la batterie provoquée par les bavures existe et a un impact sur la capacité de rétention de charge de la batterie. L'analyse des causes des anomalies d'autodécharge via le courant de charge peut refléter intuitivement la situation anormale des bavures d'électrodes pendant le processus de fabrication.

Cela montre qu'il est nécessaire de renforcer davantage les exigences de contrôle des processus pendant le processus de production et d'entretenir le coupeur en temps opportun pour garantir les performances de la batterie et réduire les risques pour la sécurité. Une fois la bavure soufflée, il reste encore des impuretés métalliques à l'intérieur de l'électrode.

Selon les données d'autodécharge après avoir mesuré la capacité de la batterie, on peut conclure qu'après qu'une batterie normale est laissée à température ambiante pendant un mois, la tension chute d'environ 7 mV ; après deux mois, la tension chute d'environ 10 mV. Cela montre que le taux d'autodécharge des batteries présentant des bavures excessives est supérieur à celui des batteries normales. En tenant compte de la tension avant formation et de l'analyse des données d'autodécharge après division de capacité, on peut conclure que des bavures excessives entraîneront des performances anormales de rétention de charge de la batterie. Les bavures présentes sur les électrodes de la batterie ne disparaîtront pas complètement et affecteront les performances de la batterie à long terme.

En résumé, les bavures ont un impact négatif sur les performances de la batterie. Des mesures doivent donc être prises pour réduire la formation de bavures pendant le processus de fabrication afin de garantir les performances et la sécurité de la batterie.

Conclusion

Dans le processus de fabrication des batteries, le contrôle de la taille des bavures des électrodes est un paramètre clé. Lorsqu'une bavure provoque un court-circuit, la tension de la batterie deviendra 0 après le remplissage. En chargeant une batterie en court-circuit causée par une bavure avec un faible courant, une tension stable peut être observée. Lorsque le courant atteint la valeur du fusible, il reste encore des impuretés métalliques à l'intérieur de la batterie, ce qui continuera à affecter l'autodécharge de la batterie, entraînant un taux d'autodécharge plus élevé que les batteries normales. Cette méthode peut être utilisée pour identifier les courts-circuits de batterie causés par des bavures lors de la fabrication de la batterie. En observant les changements de tension, nous pouvons guider le renforcement des inspections des équipements de refendage, de découpe et d'enroulement pendant le processus de production des batteries afin d'éviter la production de grandes quantités de batteries non qualifiées. Par conséquent, en chargeant les batteries en court-circuit causées par des bavures avec un faible courant et en surveillant les changements de tension, les problèmes dans le processus de fabrication des batteries peuvent être identifiés efficacement et les contrôles de processus pertinents peuvent être guidés pour garantir la qualité et les performances des batteries.