Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng, công cụ điện, máy tính xách tay và các thiết bị điện tử di động.Các tế bào riêng lẻ được kết nối theo chuỗi hoặc song song để tạo thành các mô-đun và gói pin.
Tuy nhiên, đối với một bộ pin, hiệu suất của bộ pin cuối cùng không chỉ được xác định bởi tế bào hoạt động tốt nhất.Sự nhất quán của pin là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến pindung lượng gói, tuổi thọ, và an toàn.
Một yếu tố quan trọng có thể làm giảm sự nhất quán của tế bào làtự xả.
Khi một pin lithium-ion sạc đầy đủ được lưu trữ mà không có tải trọng bên ngoài, điện áp và trạng thái sạc (SOC) của nó có thể giảm dần.Nếu pin trong cùng một bộ pin có tốc độ tự xả khác nhau đáng kể, SOC của chúng có thể ngày càng mất cân bằng trong quá trình lưu trữ, có thể ảnh hưởng đến dung lượng gói, tuổi thọ chu kỳ và an toàn.
Bài viết này giải thích các nguyên nhân chính của pin lithium tự xả, phương pháp thử nghiệm tự xả phổ biến,và các phương pháp thực tế để kiểm soát tự xả trong quá trình sản xuất pin lithium.
Tự xả pin lithium đề cập đến sự mất dần năng lượng được lưu trữ khi pin không được kết nối với tải bên ngoài.
Lý tưởng nhất, pin nên duy trì một điện áp mạch mở tương đối ổn định (OCV) trong khi lưu trữ.Phản ứng hóa học bên trong và dòng rò rỉ nhỏ có thể dần dần tiêu thụ lithium hoạt động và làm giảm năng lượng được lưu trữ của pin.
Tỷ lệ tự giải phóng bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, bao gồm:
Đối với các nhà sản xuất pin, vấn đề quan trọng nhất thường không chỉ đơn giản là liệu một tế bào có tự xả hay không, màliệu các tế bào khác nhau có tỷ lệ tự xả khác nhau đáng kể.
Đây là lý do tại sao thử nghiệm tự xả có liên quan chặt chẽ đến phân loại pin pin lithium và sự nhất quán của bộ pin.
Tự xả pin lithium-ion thường có thể liên quan đến hai cơ chế chính:rò rỉ bên trong hoặc mạch ngắn vi môvàphản ứng phụ điện hóa học.
Một tế bào tự xả bất thường có thể có một đường rò rỉ bên trong nhỏ giữa các điện cực dương và âm.
Các nguyên nhân tiềm ẩn bao gồm:
Ô nhiễm kim loại đặc biệt quan trọng bởi vì một số hạt kim loại có thể tạo ra đường dẫn địa phương bên trong tế bào.những khiếm khuyết này có thể góp phần vào các mạch ngắn bên trong.
Các tế bào bị ảnh hưởng bởi micro-shorts bên trong có thể cho thấy sự sụt giảm điện áp cao hơn đáng kể trong quá trình lưu trữ so với các tế bào bình thường.
Cơ chế chính thứ hai liên quan đến các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào.
Ví dụ như:
Độ ẩm đặc biệt quan trọng trong sản xuất pin lithium-ion. Nước dư thừa có thể phản ứng với các thành phần điện giải và góp phần tạo thành các loài axit,có thể đẩy nhanh sự phân hủy giao diện và tiêu thụ lithium hoạt động.
So với các khiếm khuyết vi mô ngắn bên trong, tự thải hóa học thường bị ảnh hưởng mạnh mẽ hơn bởi nhiệt độ và hóa học tế bào.
Việc tự giải phóng trở nên đặc biệt quan trọng khi nhiều tế bào được kết nối với nhau.
Giả sử một số tế bào có cùng công suất ban đầu nhưng tốc độ tự xả hơi khác nhau.
Điều này có thể dẫn đến:
Các tế bào khác nhau có thể đạt mức điện áp và SOC khác nhau sau khi lưu trữ.
Trong một bộ pin được kết nối hàng loạt, tế bào yếu nhất hoặc bị xả nhiều nhất có thể trở thành tế bào giới hạn trong quá trình sạc và xả.
Công suất sử dụng của một gói pin bị ảnh hưởng mạnh bởi sự nhất quán của các tế bào được sử dụng để lắp ráp nó.
Do đó, các tế bào có đặc điểm tự xả bất thường nên được xác định trước khi lắp ráp bao bì bất cứ khi nào ứng dụng đòi hỏi sự nhất quán cao.
Các nhà sản xuất pin có thể cần phải kết hợp một số quy trình thử nghiệm, bao gồm:
Quá trình này giúp các nhà sản xuất xác định các tế bào bất thường trước khi chúng bước vào giai đoạn lắp ráp pin.
Sự tự xả có thể trở nên đặc biệt đáng chú ý khi pin được lưu trữ trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng.
Đối với các ứng dụng như pin xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng, hệ thống điện dự phòng và bộ pin công nghiệp, hiệu suất lưu trữ nhất quán là quan trọng cho độ tin cậy lâu dài.
Một cách tiếp cận phổ biến là so sánh các thông số điện của pin trước và sau thời gian lưu trữ được kiểm soát.
Quy trình cơ bản có thể bao gồm:
Các điều kiện thử nghiệm chính xác phụ thuộc vào hóa học pin, thiết kế tế bào, SOC, nhiệt độ và yêu cầu kiểm soát chất lượng của nhà sản xuất.
Kiểm tra nên bắt đầu với SOC được kiểm soát và nhất quán.
Các điểm SOC khác nhau có thể tạo ra phản ứng điện áp khác nhau, do đó, các nhà sản xuất nên chọn một SOC phù hợp theo hóa học pin và mục tiêu thử nghiệm.
Quan trọng hơn, tất cả các tế bào được so sánh nên được thử nghiệm trong cùng một điều kiện.
Ngay sau khi sạc, điện áp đo có thể bị ảnh hưởng bởi phân cực.
Do đó, các tế bào thường nên được phép nghỉ ngơi trong một khoảng thời gian xác định trước khi đo OCV ban đầu.
Đối với các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, thời gian nghỉ dài hơn có thể giúp cải thiện khả năng lặp lại của phép đo.
Nhiệt độ có ảnh hưởng đáng kể đến tự xả và phản ứng điện hóa.
Vì lý do này, các thử nghiệm tự xả nên được thực hiện trong điều kiện môi trường có kiểm soát.
Các thông số quan trọng bao gồm:
Sau thời gian lưu trữ được chỉ định, điện áp của pin được đo lại.
Một so sánh đơn giản có thể được thể hiện như sau:
Để phân tích chi tiết hơn, các nhà sản xuất có thể tính toán sự thay đổi điện áp trong một thời gian lưu trữ xác định:
Giá trị này nên được giải thích cùng với hóa học pin, SOC, nhiệt độ và điều kiện thử nghiệm thay vì được sử dụng như một giới hạn chấp nhận / không chấp nhận phổ quát.
Xét nghiệm tự xả và phân loại tế bào có liên quan nhưng chúng không chính xác là cùng một quy trình.
Phân loại tế bàochủ yếu đánh giá các thông số như:
Mục đích là phân loại các tế bào có đặc điểm điện tương tự vào cùng một lớp.
AMáy phân loại pin lithiumcó thể thực hiện các thử nghiệm sạc và xả kiểm soát trên nhiều tế bào và ghi lại các thông số như điện áp, dòng điện, công suất và thời gian thử nghiệm.
Ví dụ, thiết bị phân loại tế bào lithium của ACEY hỗ trợ kiểm soát kênh độc lập, kiểm tra sạc / xả, ghi dữ liệu và phân loại tế bào.Một số mô hình cũng hỗ trợ phản hồi năng lượng để giảm tiêu thụ năng lượng trong thử nghiệm xả.
Đối với các nhà sản xuất lắp ráp bộ pin hình trụ,Máy phân loại pin lithium 5V 20A 256 kênh có thể được sử dụng để thử nghiệm sạc/thả và phân loại công suất của các pin trong phạm vi đường kính khoảng 18 ∼32 mm và chiều dài 65 ∼140 mm.
Đối với pin lithium prismatic, ACEY cũng cung cấp pin 5V 30A 128 kênhMáy kiểm tra xả pinđược thiết kế để phân loại công suất và thử nghiệm sạc/thả pin prismatic.
Đối với các ứng dụng thử nghiệm pin prismatic dòng cao hơn, hệ thống 16 kênh 5V 300A hỗ trợ dòng sạc và xả lên đến 300A và cung cấp điều khiển kênh độc lập và phân tích dữ liệu.
Do đó, các hệ thống này có thể được sử dụng như một phần quan trọng của quy trình kiểm soát chất lượng pin rộng hơn.
Cách tiếp cận hiệu quả nhất là kiểm soát tự xả tại giai đoạn sản xuất thay vì chỉ dựa vào kiểm tra cuối cùng.
Ô nhiễm kim loại nên được kiểm soát trong suốt quá trình chuẩn bị nguyên liệu thô và sản xuất điện cực.
Các biện pháp kiểm soát tiềm năng bao gồm:
Cần chú ý đặc biệt đến các hạt kim loại có thể tạo ra các đường dẫn trong tế bào.
Việc cắt và xử lý điện cực có thể tạo ra các vết nứt và hạt.
Các nhà sản xuất nên tối ưu hóa:
Giảm các hạt và vết nứt có thể giúp giảm thiểu khả năng bị dị tật bên trong.
Kiểm soát độ ẩm là một phần quan trọng khác của sản xuất pin lithium.
Các biện pháp được khuyến cáo bao gồm:
Kiểm soát độ ẩm liên tục giúp giảm phản ứng phụ không mong muốn của chất điện giải và điện cực.
Sự hình thành và lão hóa là các giai đoạn quan trọng để thiết lập các đặc điểm điện hóa ổn định.
Trong quá trình sản xuất, các nhà sản xuất có thể theo dõi:
Các tế bào bất thường được xác định trong các giai đoạn này có thể được tách ra trước khi chúng bước vào quá trình lắp ráp bộ pin.
Capacity một mình không cung cấp một bức tranh đầy đủ về sự nhất quán của tế bào.
Do đó, quy trình sản xuất gói pin thực tế có thể kết hợp:
Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích cho các gói pin hình trụ và prismatic, nơi mà sự nhất quán của tế bào ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của gói.
Sự tự xả pin lithium được gây ra bởi sự kết hợp của rò rỉ bên trong, khiếm khuyết vi mô và phản ứng phụ điện hóa học.vật liệu, chất lượng sản xuất, SOC, nhiệt độ và điều kiện lưu trữ.
Đối với các nhà sản xuất pin, kiểm soát tự xả không chỉ đơn giản là việc đo điện áp sau khi lưu trữ.
Một máy phân loại pin lithium đáng tin cậy có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này bằng cách cung cấp kiểm tra sạc / xả kiểm soát, thu thập dữ liệu chính xác và phân loại pin tự động.
Bằng cách kết hợp kiểm soát quy trình sản xuất với thử nghiệm pin có hệ thống, các nhà sản xuất có thể cải thiện tính nhất quán của pin và chế tạo các bộ pin lithium-ion đáng tin cậy hơn cho EV, ESS, công cụ điện,và các ứng dụng khác.
Tự xả pin lithium là sự mất dần năng lượng được lưu trữ khi pin không được kết nối với tải trọng bên ngoài.trong các tế bào bất thường, rò rỉ nội bộ hoặc mạch ngắn vi mô.
Một phương pháp phổ biến là sạc các tế bào vào một SOC được kiểm soát, cho phép phân cực phục hồi, đo OCV ban đầu, lưu trữ các tế bào trong điều kiện được kiểm soát và sau đó đo OCV một lần nữa.Sự thay đổi điện áp trong thời gian lưu trữ có thể được sử dụng như một chỉ số của hành vi tự xả.
Máy phân loại tế bào chủ yếu thực hiện kiểm tra điện tích / xả và công suất được kiểm soát thay vì thay thế một thử nghiệm tự xả dài hạn chuyên dụng.công suất, và các chức năng ghi dữ liệu có thể là một phần quan trọng của quy trình kiểm soát chất lượng và tính nhất quán tế bào rộng hơn.
Các tế bào có dung lượng khác nhau, kháng thể bên trong hoặc đặc điểm tự xả có thể trở nên ngày càng mất cân bằng khi kết nối theo chuỗi hoặc song song.Tăng khả năng tương thích tế bào giúp cải thiện hiệu suất pin, khả năng sử dụng và độ tin cậy dài hạn.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski