ทำไมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนปลดปล่อยตัวเองวิธีการวัดการปลดปล่อยตัวเอง?

ปฏิกิริยาปลดปล่อยตัวเองของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนคงหนีไม่พ้น การมีอยู่ของมันไม่เพียง แต่นำไปสู่การลดความจุของแบตเตอรี่&# 39 แต่ยังส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อการประกอบและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่&# 39 อัตราการคายประจุเองของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยทั่วไปอยู่ที่ 2% ถึง 5% ต่อเดือนซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานของเซลล์เดียวได้อย่างเต็มที่

อย่างไรก็ตามเมื่อรวมแบตเตอรี่ลิเธียมเดี่ยวไว้ในโมดูลแล้วคุณสมบัติของแบตเตอรี่ลิเธียมแต่ละก้อนจะไม่สอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์ดังนั้นหลังจากการชาร์จและคายประจุแต่ละครั้งแรงดันเทอร์มินัลของแบตเตอรี่ลิเธียมแต่ละก้อนจะไม่สามารถเข้าถึงได้อย่างสม่ำเสมอ หรือเซลล์ที่มีประจุเกินจะปรากฏในโมดูลประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมเซลล์จะลดลง เมื่อจำนวนการชาร์จและการคายประจุเพิ่มขึ้นระดับของการเสื่อมสภาพจะทวีความรุนแรงมากขึ้นและอายุการใช้งานของวงจรจะลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับเซลล์เดี่ยวที่ไม่มีส่วนประกอบ ดังนั้นการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับอัตราการคายประจุด้วยตนเองของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการผลิตแบตเตอรี่

1

ปัจจัยที่มีผลต่อการปลดปล่อยตัวเอง

ปรากฏการณ์การคายประจุเองของแบตเตอรี่หมายถึงปรากฏการณ์ของการสูญเสียความจุโดยธรรมชาติของแบตเตอรี่เมื่อมันถูกทิ้งในวงจรเปิดและเรียกอีกอย่างว่าความจุในการเก็บประจุ การคายประจุด้วยตนเองสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท: การคายประจุเองแบบกลับด้านและการคายประจุเองแบบไม่กลับคืน ความสามารถในการสูญเสียสามารถชดเชยกลับได้สำหรับการปลดปล่อยตัวเองแบบย้อนกลับหลักการคล้ายกับปฏิกิริยาปล่อยแบตเตอรี่ปกติ การคายประจุเองที่ไม่สามารถชดเชยการสูญเสียความสามารถนั้นคือการปลดปล่อยตัวเองไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ เหตุผลหลักคือปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นภายในแบตเตอรี่รวมถึงปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดบวกและอิเล็กโทรไลต์ปฏิกิริยาของอิเล็กโทรดลบและอิเล็กโทรไลต์ปฏิกิริยาที่เกิดจากสิ่งสกปรกในอิเล็กโทรไลต์และเวลาของการผลิต ปฏิกิริยาย้อนกลับที่เกิดจากการลัดวงจรขนาดเล็กที่เกิดจากสิ่งสกปรกที่บรรทุก ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการปลดปล่อยตนเองมีดังนี้

1 วัสดุแคโทด

อิทธิพลของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกส่วนใหญ่คือโลหะทรานซิชันและสิ่งสกปรกของวัสดุอิเล็กโทรดบวกจะตกตะกอนที่ขั้วลบเพื่อทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายในซึ่งจะเป็นการเพิ่มการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมด้วยตนเอง Yah-Mei Teng และคณะ ศึกษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีไฟฟ้าของวัสดุสองแคโทด LiFePO4 การศึกษาพบว่าแบตเตอรี่ที่มีปริมาณธาตุเหล็กเจือปนสูงในวัตถุดิบและในระหว่างการชาร์จและการคายประจุมีอัตราการปลดปล่อยตัวเองสูงและความเสถียรต่ำ เหตุผลก็คือเหล็กจะค่อยๆลดลงและตกตะกอนที่ขั้วลบเจาะทะแยกและทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรในแบตเตอรี่ส่งผลให้ปลดปล่อยตัวเองสูงขึ้น

2 วัสดุขั้วบวก

อิทธิพลของวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบต่อการปลดปล่อยตัวเองส่วนใหญ่เกิดจากปฏิกิริยากลับไม่ได้ระหว่างวัสดุอิเล็กโทรดลบและอิเล็กโทรไลต์ เร็วเท่าปี 2003 Aurbach และคณะ เสนอว่าอิเล็กโทรไลต์จะลดลงเพื่อปล่อยก๊าซทำให้ผิวหน้าของกราไฟท์เป็นอิเล็กโทรไลต์ ในกระบวนการชาร์จและคายประจุเมื่อลิเธียมไอออนถูกแทรกและแยกโครงสร้างชั้นของกราไฟท์นั้นเสียหายได้ง่ายทำให้อัตราการคายประจุเองสูง

3 อิเล็กโทรไลต์

อิทธิพลของอิเล็กโทรไลต์ส่วนใหญ่รวมถึง: การกัดกร่อนของพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบโดยอิเล็กโทรไลหรือสิ่งสกปรก; การละลายของวัสดุอิเล็กโทรดในอิเล็กโทรไล; อิเล็กโทรดถูกปกคลุมด้วยของแข็งหรือก๊าซที่ไม่ละลายน้ำที่ถูกย่อยสลายโดยอิเล็กโทรไลต์เพื่อสร้างเลเยอร์ทู่ ปัจจุบันนักวิจัยจำนวนมากทุ่มเทให้กับการพัฒนาสารเติมแต่งใหม่เพื่อยับยั้งอิทธิพลของอิเล็กโทรไลต์ต่อการปลดปล่อยตัวเอง Jun Liu และคณะ เพิ่มสารเติมแต่งเช่น VEC ลงในอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ NCM111 และพบว่าประสิทธิภาพรอบที่อุณหภูมิสูงของแบตเตอรี่&# 39 ดีขึ้นและอัตราการคายประจุเองโดยทั่วไปลดลง เหตุผลก็คือสารเติมแต่งเหล่านี้สามารถปรับปรุงฟิล์ม SEI ซึ่งจะช่วยป้องกันขั้วลบของแบตเตอรี่

4 สถานะการจัดเก็บ

ปัจจัยที่มีอิทธิพลโดยทั่วไปของสถานะการจัดเก็บคืออุณหภูมิการเก็บรักษาและแบตเตอรี่ SOC โดยทั่วไปยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นและยิ่ง SOC ยิ่งสูงขึ้นเท่าใดการปลดปล่อยประจุของแบตเตอรี่ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น Takashi และคณะ ทำการทดลองการสลายตัวของกำลังการผลิตสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตภายใต้สภาวะคงที่ ผลการศึกษาพบว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นอัตราการกักเก็บความจุจะค่อยๆลดลงตามเวลาการเก็บรักษาและอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น

Liu Yunjian และคนอื่น ๆ ใช้แบตเตอรี่พลังงานลิเธียมแมงกานีสเชิงพาณิชย์และพบว่าเมื่อสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่&# 39 เพิ่มขึ้นศักยภาพสัมพัทธ์ของขั้วบวกบวกก็สูงขึ้นเรื่อย ๆ และความสามารถในการออกซิเดชั่นก็แข็งแกร่งขึ้น ศักย์ไฟฟ้าสัมพันธ์ของขั้วลบนั้นลดลงและลดลงการลดลงของกำลังแรงขึ้นและมากขึ้นทั้งสองสามารถเร่งการตกตะกอนของ Mn ทำให้อัตราการปลดปล่อยตัวเองเพิ่มขึ้น

5 ปัจจัยอื่น ๆ

มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการคายประจุของแบตเตอรี่ นอกเหนือจากที่แนะนำข้างต้นส่วนใหญ่มีลักษณะดังต่อไปนี้: ในระหว่างกระบวนการผลิตเลนซ์ที่สร้างขึ้นเมื่อชิ้นส่วนเสาถูกตัดและสิ่งสกปรกที่นำเข้าสู่แบตเตอรี่เนื่องจากปัญหาสภาพแวดล้อมการผลิตเช่นฝุ่นผงโลหะบน ชิ้นขั้ว ฯลฯ อาจทำให้เกิดการลัดวงจรภายในของแบตเตอรี่ สภาพแวดล้อมภายนอกชื้นวงจรภายนอกไม่ได้หุ้มฉนวนอย่างสมบูรณ์และกล่องแบตเตอรี่มีการแยกที่ไม่ดี มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกระหว่างการจัดเก็บซึ่งนำไปสู่การปลดปล่อยตัวเอง; ในระหว่างการเก็บรักษาระยะยาวพันธะระหว่างวัสดุที่ใช้งานของวัสดุอิเล็กโทรดและตัวสะสมกระแสไฟฟ้าล้มเหลวทำให้การไหลและการปอกของวัสดุที่ใช้งานอยู่ซึ่งนำไปสู่การลดลงของความจุและการปลดปล่อยตัวเองเพิ่มขึ้น แต่ละปัจจัยข้างต้นหรือการรวมกันของปัจจัยหลายอย่างอาจทำให้พฤติกรรมการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมซึ่งทำให้ยากต่อการค้นหาสาเหตุของการคายประจุเองและประเมินประสิทธิภาพการจัดเก็บของแบตเตอรี่

2

วิธีการวัดอัตราการปลดปล่อยตัวเอง

จากการวิเคราะห์ข้างต้นพบว่าอัตราการคายประจุด้วยตนเองของแบตเตอรี่ลิเธียมนั้นต่ำ อัตราการคายประจุเองนั้นได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิจำนวนรอบการใช้งานและ SOC ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากและใช้เวลานานในการวัดการคายประจุของแบตเตอรี่อย่างถูกต้อง

1 วิธีการวัดแบบดั้งเดิมของอัตราการปลดปล่อยตัวเอง

ในปัจจุบันวิธีการตรวจจับการปลดปล่อยตัวเองแบบดั้งเดิมมีดังนี้:

1.1 วิธีการวัดโดยตรง

ขั้นแรกให้ทำการชาร์จแบตเตอรี่ภายใต้การทดสอบเพื่อให้มีประจุอยู่ในระดับหนึ่งและเปิดทิ้งไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งจากนั้นปล่อยแบตเตอรี่เพื่อตรวจสอบการสูญเสียความจุของแบตเตอรี่ อัตราการปลดปล่อยตัวเอง:

ในสูตร: C คือความจุสูงสุดของแบตเตอรี่; C1 คือความสามารถในการคายประจุ หลังจากเปิดวงจรทิ้งไว้ความจุที่เหลือของแบตเตอรี่สามารถทำได้โดยการคายประจุแบตเตอรี่ ในเวลานี้แบตเตอรี่จะถูกชาร์จใหม่และคายประจุหลายครั้งเพื่อตรวจสอบความจุของแบตเตอรี่อย่างเต็มที่ วิธีนี้สามารถตรวจสอบการสูญเสียความจุกลับไม่ได้และการสูญเสียความจุย้อนกลับของแบตเตอรี่

1.2 วิธีการวัดอัตราการลดทอนแรงดันไฟฟ้าแบบวงจรเปิด

แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดเกี่ยวข้องโดยตรงกับสถานะการชาร์จ SG ของแบตเตอรี่&# 39 เพียงต้องการวัดอัตราการเปลี่ยนแปลงของ OCV ของแบตเตอรี่&# 39 ในช่วงเวลาหนึ่งกล่าวคือ

วิธีการใช้งานง่ายและต้องการเพียงบันทึกแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งจากนั้นสถานะการชาร์จของแบตเตอรี่ในขณะนี้สามารถรับได้ตามความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันระหว่างแรงดันไฟฟ้าและแบตเตอรี่ SOC . จากการคำนวณความลาดชันของแรงดันไฟฟ้าและความสามารถในการสลายตัวที่สอดคล้องกับเวลาของหน่วยสามารถคำนวณอัตราการคายประจุเองของแบตเตอรี่ได้ในที่สุด

1.3 วิธีการบำรุงรักษากำลังการผลิต

วัดแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่ต้องการของ&# 39 หรือจำนวนพลังงานที่ SOC ต้องการเพื่อรับอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่&# 39 นั่นคือการชาร์จกระแสเมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าของวงจรเปิดแบตเตอรี่และอัตราการคายประจุด้วยแบตเตอรี่สามารถถือได้ว่าเป็นกระแสชาร์จที่วัดได้

2 วิธีการวัดอัตราการคายด้วยตนเองอย่างรวดเร็ว

เนื่องจากวิธีการวัดแบบดั้งเดิมนั้นใช้เวลานานและความแม่นยำในการวัดไม่เพียงพอดังนั้นอัตราการคายประจุด้วยตนเองจึงใช้เป็นวิธีการคัดกรองแบตเตอรี่ในกระบวนการตรวจจับแบตเตอรี่ในกรณีส่วนใหญ่ การเกิดขึ้นใหม่ของนวนิยายจำนวนมากและวิธีการวัดแบบใหม่ที่สะดวกช่วยประหยัดเวลาและความพยายามในการวัดการคายประจุของแบตเตอรี่

2.1 เทคโนโลยีการควบคุมแบบดิจิตอล

เทคโนโลยีการควบคุมแบบดิจิตอลเป็นวิธีการวัดการปลดปล่อยตัวเองแบบใหม่ซึ่งได้มาจากวิธีการวัดการปลดปล่อยตัวเองแบบดั้งเดิมโดยใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวเป็นต้น วิธีนี้มีข้อดีของการวัดระยะสั้นความแม่นยำสูงและอุปกรณ์ง่าย ๆ

2.2 วิธีวงจรสมมูล

วิธีวงจรเทียบเท่าเป็นวิธีการวัดการปลดปล่อยตัวเองใหม่ล่าสุด วิธีนี้จำลองแบตเตอรี่เป็นวงจรเทียบเท่าซึ่งสามารถวัดอัตราการคายประจุด้วยตนเองของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

3

ความสำคัญของการวัดอัตราการปลดปล่อยตัวเอง

เป็นดัชนีประสิทธิภาพที่สำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอัตราการคายประจุด้วยตนเองมีอิทธิพลสำคัญต่อการเลือกและการจัดกลุ่มของแบตเตอรี่ ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการวัดอัตราการคายประจุด้วยตนเองของแบตเตอรี่ลิเธียม

1 ทำนายเซลล์ของปัญหา

ในแบตเตอรีชุดเดียวกันวัสดุและการควบคุมการผลิตจะเหมือนกัน เมื่อการคายประจุสีขาวของแบตเตอรี่แต่ละก้อนมีขนาดใหญ่เกินไปอย่างเห็นได้ชัดเหตุผลน่าจะเป็นไฟฟ้าลัดวงจรขนาดเล็กที่รุนแรงเนื่องจากสิ่งสกปรกและครีบขรุขระเจาะตัวแยก เนื่องจากผลของการลัดวงจรแบบไมโครบนแบตเตอรี่จะช้าและไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นในระยะสั้นประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ดังกล่าวจะไม่แตกต่างจากแบตเตอรี่ปกติมากนัก แต่เมื่อปฏิกิริยากลับไม่ได้ภายในค่อยๆลึกลงหลังจากการเก็บรักษาในระยะยาวประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะต่ำกว่าประสิทธิภาพของโรงงานและอื่น ๆ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ปกติ ดังนั้นเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของแบตเตอรี่จากโรงงานต้องกำจัดแบตเตอรี่ที่มีประจุไฟฟ้าจำนวนมาก

2 จัดกลุ่มแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมต้องการความสอดคล้องที่ดีกว่ารวมถึงความจุแรงดันความต้านทานภายในและอัตราการไหล ผลกระทบของอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่&# 39 บนแบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะเป็นดังนี้: เมื่อประกอบโมดูลแล้วเนื่องจากอัตราการคายประจุที่แตกต่างกันของแบตเตอรี่ลิเธียมแต่ละตัวแรงดันไฟฟ้าจะลดลงตามองศาที่ต่างกัน ในระหว่างกระบวนการเก็บเข้าลิ้นชักหรือการขี่จักรยานและการชาร์จในซีรีส์ภายใต้ปัจจุบันกระแสไฟฟ้าจะเท่ากันอีกครั้งดังนั้นหลังจากการชาร์จแต่ละครั้ง เมื่อจำนวนการชาร์จและการคายประจุเพิ่มขึ้นประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะค่อยๆลดลงและอายุการใช้งานของวงจรเมื่อเทียบกับเซลล์เดียวที่ไม่มีการประกอบ ดังนั้นการประกอบแบตเตอรี่จึงจำเป็นต้องมีการวัดและคัดกรองอัตราการคายประจุด้วยตนเองของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

3 การแก้ไขการประมาณค่า SOC ของแบตเตอรี่

สถานะของประจุจะเรียกว่าความจุที่เหลือซึ่งหมายถึงอัตราส่วนของความจุที่เหลือหลังจากใช้งานแบตเตอรี่เป็นระยะเวลาหนึ่งหรือไม่ได้ใช้งานในระยะยาวและความจุที่ชาร์จจนเต็มจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ อัตราการคายประจุเองมีค่าอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการประเมิน SOC ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน การแก้ไขค่าเริ่มต้นของ SOC ผ่านกระแสการปลดปล่อยตัวเองสามารถปรับปรุงความถูกต้องของการประมาณค่า SOC ได้ ในมือข้างหนึ่งสำหรับลูกค้าเวลาในการใช้งานหรือระยะทางในการขับขี่ของผลิตภัณฑ์สามารถประมาณได้โดยพิจารณาจากกำลังไฟที่เหลืออยู่ ในทางกลับกันความถูกต้องของการทำนาย SOC ของ BMS สามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่มากเกินไป ปล่อยมากกว่าจึงยืดอายุแบตเตอรี่