Analisador de Volume de Gaseificação In-Situ de Bateria de Íon de Lítio para P&D de Bateria

Comportamentos de gaseificação da bateria de íon-lítio

Produção de gás de formação:

O processo de formação de baterias de íons de lítio é acompanhado por uma grande quantidade de produção de gás, que está intimamente relacionada ao sistema químico da célula, materiais de ânodo e cátodo, componentes do eletrólito e condições de formação;

As condições de formação (como corrente, tensão de corte, temperatura, pressão, etc.) afetam o tempo da etapa de formação. Encurtar efetivamente o ciclo de formação pode melhorar muito a eficiência da produção da empresa ' s bateria;

Atualmente, as empresas dependem basicamente do julgamento empírico para a definição do processo e das condições de formação, e carecem de meios e bases científicas e eficazes para melhorar as condições de formação;

Produção de gás durante a sobrecarga:

O risco de sobrecarga é uma questão de segurança muito importante no uso real de baterias de íons de lítio;

As baterias de íon-lítio terão sérias reações colaterais durante o processo de sobrecarga, e muitas vezes são acompanhadas por uma grande quantidade de geração de gás, o que faz com que o volume ou a pressão interna da bateria aumente rapidamente, aumentando o risco de descontrole térmico;

Produção de gás durante o armazenamento ou ciclo:

Durante o armazenamento ou ciclo de longo prazo, as baterias de íon-lítio sofrerão lentamente reações colaterais e produzirão gás, especialmente sob condições de alta temperatura, que são mais prováveis ​​de ocorrer. Este é um problema de confiabilidade muito crítico para baterias de íons de lítio.

Funções do analisador de volume de gaseificação in-situ

O analisador de volume de gás in-situ da série GVM adota um sistema de monitoramento mecânico de alta precisão, que pode registrar células in-situ ' mudanças de volume em todo o processo de carga-descarga e obtenha o volume de gaseamento preciso das células e a taxa de mudança de volume durante cada estágio.

* Melhoria da eficiência: avalie rapidamente o comportamento de gaseamento das células, encurte o período de P&D e melhore a eficiência;

* Redução de custo: ajuda a otimizar o processo de formação, melhora a eficiência da produção e diminui a empresa ' s custo de produção;

*Cell Design Optimization: Quantifique o volume de gaseificação e a taxa de gaseificação durante todo o processo de formação das células1.

Ao combinar com a análise de três eletrodos da curva de formação, a avaliação sistêmica sobre as influências de diferentes fatores de design na formação de células pode ser implementada e ajuda a otimizar o desempenho da célula, melhorando a formação de SEI.

*Confiabilidade & Projeto de segurança: O monitor de volume de gás in situ também pode estudar e analisar o comportamento de gaseamento durante o teste de abuso de sobrecarga, ciclos de alta temperatura e assim por diante.

Método de teste tradicional

Medição de Volume Ex-Situ:

O método do volume de deslocamento tem sido amplamente utilizado para medir o volume das células após a gaseificação. É fácil de operar, mas fornece apenas informações limitadas:

*Medição de ponto único: incapaz de adquirir a variação de volume e a taxa de gaseificação do processo de formação total das células9;

*Medição não in situ: fácil de ser interferido, pelo ambiente externo durante o processo de medição de transferência;

*Pesado pelo Balanço geral: incapaz de obter uma medição online, de longo prazo, estável e de alta precisão.

*Alto desperdício de células: incapaz de remover a influência da consistência celular.

Medição de pressão interna

A Medição de Pressão Interna é outro método amplamente utilizado, que monitora a variação da pressão interna das células por meio da implantação de um dispositivo sensor de pressão na célula. Este método pode ser aplicado apenas nas células prismáticas e precisa preparar uma amostra de célula especial, portanto, é complicado na operação e consome alto custo.

Solução criativa

ln-s eu Tu medição:

Com um sistema de detecção mecânica autodesenvolvido de alta precisão instalado no monitor de volume de gás in situ da série GVM, podemos implementar um monitoramento contínuo de longo prazo e de alta precisão. medição de alta estabilidade do processo de gaseamento de baterias de íon de lítio; O módulo de aquisição de dados ADC de alta precisão é aplicado e coordenado com o software multifuncional de monitor de volume de gás in situ MISG. As mudanças de volume durante o processo de carga-descarga da bateria de íon de lítio podem ser monitoradas em tempo real e apresentar o nível de inchaço e encolhimento da bateria online. Por meio de dados de comunicação baseados em CAN, é conveniente implementar o inchamento multimódulo.

A série GVM são os primeiros monitores de volume de gás in-situ na indústria de baterias de íon de lítio.

*Desenvolvida com a CATL, a principal empresa de baterias de energia, e autorizada exclusivamente pela patente.

Diagrama constitucional e software do dispositivo

Sistema de teste de aprendizado de alta energia: monitoramento on-line in-situ de longo prazo e atende aos requisitos de precisão;

Software de teste dedicado ： coleta e exibição em tempo real de dados do sistema de teste mecânico e desenho automático de curvas de alteração de volume;

Sistema auxiliar: design de estrutura especial, conveniente para intervir no sistema auxiliar de suporte, realizar o controle de ajuste de temperatura de teste.

Formulários

Análise de formação de gás

1. Materiais diferentes ' aplicação de formação de gás

Condição de teste: 25 ℃ 0,04C/0,1C

O material modificado A tem um tamanho de partícula menor que o material convencional B, e a reação de formação do filme SEI é mais suficiente durante a formação, e a produção de gás é maior;

Com os mesmos parâmetros de projeto, apenas a modificação e modificação da superfície do material são realizadas. Ao comparar a produção de gás e a taxa de produção de gás da formação da célula, o efeito do material processado na formação da célula pode ser obtido de forma rápida e intuitiva, auxiliando no desenvolvimento e aprimoramento de novos materiais.

2. Eletrólito diferente ' s aplicação de formação de gás (condição de teste: 25 ℃ 0,02 ℃ )

No mesmo eletrólito, a produção de gás de formação de células e a taxa de produção de gás do eletrólito B com um determinado aditivo são maiores do que as do eletrólito A sem aditivos. Este aditivo pode tornar a reação de formação de filme celular mais completa;

Os aditivos no eletrólito têm uma grande influência na reação de formação do filme SEI do estágio de formação da célula. Ao comparar as mudanças no volume de produção de gás e na taxa de produção de gás da formação de células pelo eletrólito com diferentes aditivos, o efeito do aditivo na formação de células é rapidamente avaliado. A influência do processo de formação, combinada com a curva de formação de três eletrodos, ajuda a melhorar a formulação do eletrólito de maneira direcionada.

3.Temperatura diferente e taxa de condições de formação

Formação sob temperatura diferente

EU No mesmo processo de formação, a reação de película SEI é mais adequada em alta temperatura de 45deqC em comparação com a de 25degC.

Formação sob taxa de carga diferente

Na mesma temperatura^ com taxa de formação diferente, o ponto de partida da reação da tensão de formação é menor em taxa menor.

A configuração dos parâmetros de condição de formação de células afeta o tempo de formação de células e a qualidade do filme. Encurtar efetivamente o tempo de formação de células pode melhorar muito a eficiência de produção de células da empresa. Ao definir parâmetros de diferentes condições de formação, o ponto de partida da tensão de produção de gás da célula sob diferentes condições de formação e a produção de gás e a taxa de produção de gás em cada estágio da formação são obtidos quantitativamente, o que ajuda a orientar a melhoria da formação da célula processo e tecnologia, e melhora a eficiência da produção da empresa.

Análise de sobrecarga-gasificação

1. Diferentes materiais NCM ' aplicação de sobrecarga de gás (condição de teste: 25 ℃ 0,5 ℃ )

Comparando o SOC da célula durante a produção de gás, pode-se constatar que a célula com alto teor de níquel produz gás mais cedo;

Ao monitorar o processo de carregamento normal da célula da bateria e as mudanças de volume e temperatura de sobrecarga para 200% SOC, e correspondendo à curva de três eletrodos, o potencial e a taxa de reação de um grande número de reações colaterais, o potencial de lítio sobrecarregado, e o potencial de decomposição do material do eletrodo positivo pode ser obtido com precisão E taxa e outras informações relacionadas, ajudam quantitativamente a analisar e estudar o desempenho de sobrecarga de materiais, fazer melhorias direcionadas e melhorar a eficiência de P&D.

2. Diferentes materiais NCM ' aplicação de sobrecarga de gás (condição de teste: 25 ℃ 0,5 ℃ )

* Na faixa de tensão normal, a variação de volume da célula é inferior a 1,2%, o que se deve basicamente ao inchaço estrutural causado pela intercalação do lítio. Quando o SOC do alto Ni-2 é maior que 40%, o inchaço estrutural do alto Ni-1 é ligeiramente maior do que o do alto Ni-2;

* Após a sobrecarga para 5V, o SOC do material de alto Ni-2 é posterior ao do material de alto Ni-1, o que indica que o material de alto Ni-2 pode se adaptar a uma tensão de carga mais alta, liberar mais capacidade e melhorar a densidade de energia da célula mantendo a estrutura estável;

* O SOC e a tensão da célula correspondente ao ponto inicial da produção de gás podem ser obtidos usando o método in-situ para monitorar continuamente o comportamento da produção de gás de sobrecarga; o que é propício para o desenvolvimento da próxima etapa do trabalho de P&D

3. Tipos e conteúdos de aditivos eletrolíticos

Comparando o comportamento de gaseificação de sobrecarga da célula de íon-lítio com dois tipos e conteúdos diferentes de aditivos, pode-se descobrir que o potencial de reação do aditivo A é menor que o do aditivo B, e a gaseificação total é um pouco mais baixa, pode ser melhor usado como aditivo de proteção contra sobrecarga.

Análise de ciclo de gaseificação

Diferentes materiais NCM ' aplicação de sobrecarga de gás (condição de teste: 60 ℃ 0,5 ℃ 3-4,2V)

* Célula A e Célula B foram usados ​​diferentes materiais ternários, o volume celular da célula-B aumentou mais que o da célula A, e o volume irreversível aumentou de 0,01 ml para 0,04 ml;

* A análise quantitativa ajuda a analisar o desempenho do ciclo de diferentes materiais, melhorando a eficiência da pesquisa e desenvolvimento.

Análise de gás de armazenamento

1. Comparação das condições modificadas do NCM811

Condição de teste: carga total de 4,2 V a 85 ℃ por 4h

Os resultados mostram que a queda de tensão do NCM811 no método-1 modificado é maior do que no método-2 modificado a 85 °C, e a produção de gás é maior;

O método in-situ pode ser usado para monitorar continuamente o comportamento da produção de gás de armazenamento; que pode comparar as vantagens de diferentes métodos de modificação de materiais, melhorando a eficiência da pesquisa e desenvolvimento.

2. Comparando diferentes tipos de eletrodos

Condição de teste: carga total de 4,2 V a 85 ℃ por 4h

*UMA e B de células adotam diferentes sistemas eletrolíticos. A partir da curva de variação do volume celular durante o armazenamento de carga total, pode-se ver que as células EL-A produzem mais gás do que as células EL-B, o que indica que o eletrólito do sistema é fácil de produzir gás sob alta temperatura e alta pressão;

* A análise quantitativa pode ajudar a estudar o desempenho da produção de gás de diferentes eletrólitos e melhorar a eficiência da pesquisa e desenvolvimento.

3 .Comparando temperatura de armazenamento diferente

Condição de teste: carga total de 4,2 V a 85 ℃ por 4 horas

A célula tem bom desempenho de armazenamento a 70 °C e alta produção de gás a 85 °C;

Ao usar o método in situ para monitorar continuamente o comportamento da produção de gás de armazenamento, o ponto inicial e o ponto máximo de produção de gás podem ser obtidos, o que é útil para o R & D pessoal para realizar a próxima etapa de R & trabalho D.

Parâmetros e requisitos de instalação

Parâmetros

1. Peso total da célula da bolsa a ser testada: IO-IOOOg, tamanho máximo (excluindo abas, conforme mostrado abaixo): 180*120 mm

2. Temperatura de teste da célula: 20-85 ℃

3. Resolução da alteração de volume: ＜ 1pL

4. Precisão de detecção de alteração de volume: ＜ 1OpL

5. Estabilidade do sistema ＜ 20pL(RT25 ℃ , ＜ 30 minutos), ＜ 50uL (RT25 ℃ , 30min-12h)