Abordagem de análise para problemas de baixa capacidade de células de bateria

A determinação da baixa capacidade da bateria (baixa capacidade) para células de bateria é baseada em uma comparação direta entre a capacidade pós-formação (ciclo pós-carga/descarga) e o valor da capacidade projetada. Se a capacidade medida após o processo de formação for menor que o valor projetado, a primeira resposta deve ser confirmar se há erros nas configurações do processo de formação (como corrente de descarga, tempo de carga, tensão de corte e temperatura de formação). Se as configurações da etapa de formação estiverem corretas, é necessário alterar o ponto de teste e reexecutar o processo de formação na célula de bateria para verificar se há problemas com o equipamento ou os canais de formação. Supondo que nenhuma anormalidade seja encontrada nos dados de formação após a troca do equipamento, o equipamento original provavelmente está com problemas. Se o novo teste ainda mostrar baixa capacidade, pode-se confirmar que o problema de baixa capacidade realmente existe.

Após a confirmação da existência de baixa capacidade, é necessário determinar a frequência e a gravidade das ocorrências de baixa capacidade para compreender a situação real de baixa capacidade de uma perspectiva geral. Isso requer uma abordagem mais sistemática. Antes de realizar uma análise sistemática, é aconselhável desmontar as células da bateria de baixa capacidade recarregadas para inspecionar a interface. Se nenhum problema for encontrado, é provável que seja devido ao peso insuficiente do revestimento do eletrodo positivo ou à margem de projeto inadequada. Se houver problemas de interface, pode ser devido a outros problemas no processo de fabricação ou no projeto. Em seguida, investigaremos as causas da baixa capacidade, tanto do projeto quanto do processo de fabricação.

I. Fim do Design

1. Compatibilidade do sistema de materiais: Em particular, a compatibilidade entre o eletrodo negativo e o eletrólito tem um impacto significativo na capacidade da célula da bateria. Para eletrodos negativos ou eletrólitos recém-introduzidos, se testes repetidos mostrarem que cada célula da bateria apresenta revestimento de lítio e baixa capacidade, há uma alta probabilidade de incompatibilidade de materiais. As razões para a incompatibilidade podem incluir: Densidade, espessura ou instabilidade inadequadas do filme SEI (Solid Electrolyte Interphase) formado durante a formação; Possível delaminação da camada de grafite causada por PC (carbonato de propileno) no eletrólito; Densidade areal projetada ou densidade de compactação excessivamente alta, tornando a célula da bateria incapaz de se adaptar a altas taxas de carga e descarga.
3. Injeção insuficiente de eletrólito e baixo coeficiente de retenção de eletrólito: Quando a quantidade de injeção de eletrólito é baixa, a quantidade de retenção de eletrólito correspondente também diminui. Quando a quantidade de retenção de eletrólito da célula da bateria é insuficiente, o efeito de inserção/extração de íons de lítio nos eletrodos positivo e negativo é afetado, resultando em baixa capacidade. Quando a quantidade de retenção de eletrólito da célula da bateria é insuficiente, as lâminas dos eletrodos positivo e negativo ficam relativamente secas, e uma fina camada de revestimento de lítio se forma no eletrodo negativo, o que pode ser considerado um fator que causa baixa capacidade devido à baixa retenção de eletrólito.

II. Fim do Processo de Fabricação

1. Conformidade com os parâmetros do processo de densidade de área de revestimento: Se o revestimento do eletrodo positivo ou negativo for muito leve, pode causar baixa capacidade da célula da bateria. Quando o revestimento do eletrodo positivo for muito leve, não haverá anormalidades na interface da célula totalmente carregada. Neste ponto, é necessário determinar o problema assando e medindo o peso da folha do eletrodo positivo. Se o peso medido for menor que o valor projetado, isso indica que a densidade de área de revestimento é menor que o valor definido. Além disso, o revestimento irregular no eletrodo positivo ou negativo (especialmente no eletrodo negativo) também pode causar baixa capacidade. Embora o revestimento do eletrodo positivo mais pesado possa reduzir a capacidade gravimétrica, a capacidade total pode não diminuir e pode até aumentar ligeiramente.
2. Investigação da sobreprensagem durante a laminação: A sobreprensagem durante a laminação pode danificar a estrutura do material, afetando assim o desempenho da capacidade. A manifestação mais direta da sobreprensagem é o aspecto brilhante da chapa do eletrodo. A sobreprensagem do eletrodo positivo pode fazer com que as partículas do material ativo com estruturas danificadas não consigam inserir/extrair íons de lítio adequadamente, resultando em queda de capacidade. A sobreprensagem do eletrodo negativo pode impedi-lo de aceitar íons de lítio do eletrodo positivo, levando à deposição de lítio na superfície e à queda de capacidade.
3. Conformidade com diversos requisitos de tolerância durante a montagem: Problemas como alinhamento inadequado dos eletrodos, vincos no separador, etc., durante o processo de montagem da bateria, podem causar curtos-circuitos internos ou aumento da resistência local, afetando o carregamento/descarga da bateria e resultando em redução da capacidade. Rugas no separador de células também podem causar inserção/extração insuficiente de lítio no eletrodo negativo, afetando a capacidade da célula.
4. Teor anormal de água: O excesso de água também pode causar baixa capacidade. Quando o teor de água da folha do eletrodo excede o padrão antes da injeção do eletrólito, o ponto de orvalho da caixa de luvas não é qualificado, o teor de água do eletrólito excede o padrão ou quando a água é introduzida durante a desgaseificação ou selagem secundária, a célula da bateria pode apresentar baixa capacidade.
5. Normalidade da umidade e da temperatura durante a produção da célula: O controle inadequado da umidade e da temperatura ambiente é crucial para o desempenho da bateria. Alta umidade pode causar reações de decomposição da água dentro da bateria, danificando os materiais dos eletrodos e eletrólitos; baixas temperaturas podem retardar a difusão dos íons de lítio, levando à redução da capacidade da bateria.
6. Outros fatores:
   Problemas relacionados à bateria: Matérias metálicas estranhas ou substâncias magnéticas no processo de produção da bateria podem aumentar a taxa de autodescarga. Essas células de bateria podem apresentar baixa capacidade após a formação.
   Tempo e condições de armazenamento: Longo tempo de armazenamento ou condições inadequadas de armazenamento, como alta temperatura e umidade, podem causar envelhecimento do material do eletrodo e degradação do eletrólito, levando à redução da capacidade da bateria.

As etapas acima, quando seguidas passo a passo, geralmente podem ajudar a identificar a causa da baixa capacidade.