Análise das Causas da Baixa Capacidade das Células

A baixa capacidade da célula é um julgamento intuitivo baseado na comparação da capacidade de descarga pós-formação com o valor de projeto. Se a capacidade medida ficar abaixo da especificação de projeto, o primeiro passo é verificar se os parâmetros do processo de formação estão definidos corretamente (por exemplo, corrente de descarga, duração da carga, tensão de corte e temperatura de formação).
â' Se as etapas de formação forem confirmadas como corretas, teste a célula novamente usando equipamentos ou canais alternativos para descartar possíveis problemas com o sistema de formação.
â'¡ Se a capacidade permanecer normal após a substituição do equipamento, o equipamento de formação original está com defeito.
â'¢ Se o problema de baixa capacidade persistir após o novo teste, será confirmado que a célula apresenta baixa capacidade genuína.
Após a confirmação da baixa capacidade, análises adicionais são necessárias para determinar sua frequência e gravidade. Antes da análise sistemática da causa raiz, desmonte e inspecione as células de baixa capacidade totalmente carregadas. Se nenhuma anormalidade for encontrada, as causas potenciais podem incluir peso insuficiente do revestimento do eletrodo positivo ou margem de projeto inadequada. Se forem detectados defeitos, problemas de projeto ou fabricação devem ser considerados.

Análise de Causa Raiz: Perspectivas de Design e Fabricação

I. Fatores relacionados ao design

1. Compatibilidade de materiais

A compatibilidade entre o eletrodo negativo e o eletrólito impacta criticamente a capacidade. Para materiais de ânodo ou eletrólitos recém-introduzidos, a repetida deposição de lítio observada durante os testes indica fortemente incompatibilidade de materiais. Os potenciais mecanismos de incompatibilidade incluem:

â' Camada SEI malformada, muito espessa ou instável durante a formação.

â'¡ PC (carbonato de propileno) no eletrólito causando esfoliação de grafite.

â'¢ Densidade areal/densidade de compactação do eletrodo projetada excessiva dificultando a capacidade de carga/descarga de alta taxa.

2. Margem de Projeto de Capacidade

Capacidade Específica do Eletrodo Positivo: O projeto deve levar em conta tolerâncias de revestimento, erros no equipamento de formação e perda de capacidade devido à adesão das abas. Para novos materiais, avalie com precisão a capacidade específica alcançável no sistema em questão (pareamento ânodo/eletrólito). Observe que a capacidade específica varia com a taxa de formação, a corrente de corte de carga, as taxas de ciclagem e a formulação do eletrólito. Superestimar a capacidade do eletrodo positivo leva a valores de projeto inflacionados e a células reais de baixa capacidade.

Excesso de eletrodo negativo e valor CB: a carga excessiva do eletrodo negativo inicialmente aumenta a utilização do eletrodo positivo em 1–2%, mas além dos níveis ideais, o consumo excessivo e irreversível de lítio durante a formação do SEI reduz a capacidade de descarga do primeiro ciclo.

3. Preenchimento e retenção de eletrólitos

O preenchimento insuficiente de eletrólitos reduz a eficiência da intercalação/desintercalação de íons de lítio. Células com retenção inadequada de eletrólitos apresentam eletrodos secos e revestimento fino de lítio na superfície do ânodo, contribuindo diretamente para a perda de capacidade.

II. Fatores relacionados à fabricação

1. Desvio de densidade de área de revestimento

2. Compactação excessiva durante a calandragem

A compactação excessiva danifica a estrutura do material ativo, evidenciada pelas superfícies brilhantes dos eletrodos. Nos cátodos, isso interrompe a desintercalação do lítio; nos ânodos, induz a deposição de lítio na superfície e a perda de capacidade.

3. Tolerâncias de montagem

Alinhamento inadequado dos eletrodos, rugas no separador ou microcurtos internos aumentam a impedância local e degradam a capacidade. Separadores enrugados causam intercalação incompleta de lítio (aparência de ânodo não dourado) nas regiões afetadas.

4. Controle do teor de umidade

Níveis elevados de umidade (de eletrodos, eletrólitos, ponto de orvalho inadequado da caixa de luvas ou processos de desgaseificação) desencadeiam reações colaterais e perda de capacidade.

5. Controles ambientais

A alta umidade acelera as reações de hidrólise, enquanto as baixas temperaturas impedem a difusão de íons de lítio, reduzindo a capacidade. Desvios na temperatura de formação também afetam a precisão da medição da capacidade.

6. Outros fatores

Contaminação estranha: impurezas metálicas/magnéticas aumentam a autodescarga, levando a uma aparente baixa capacidade de pós-formação.

Armazenamento de pré-formação: o armazenamento prolongado sob alta temperatura/umidade degrada eletrodos e eletrólitos, causando perda de capacidade.

â…¢. Conclusão

Ao investigar sistematicamente esses fatores — desde a compatibilidade do material e margens de projeto até os controles do processo e condições ambientais — a causa raiz da baixa capacidade pode ser efetivamente identificada e tratada.

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