لماذا تفريغ بطاريات الليثيوم أيون ذاتيًا ، وكيفية قياس التفريغ الذاتي؟

رد فعل التفريغ الذاتي للبطارية ليثيوم أيونأمر لا مفر منه. إن وجودها لا يؤدي فقط إلى تقليل سعة البطارية الخاصة بـ&، ولكنه يؤثر أيضًا بشكل خطير على تجميع البطارية ودورة حياة GG. معدل التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم أيون بشكل عام هو 2 ٪ إلى 5 ٪ شهريًا ، والتي يمكن أن تلبي متطلبات الاستخدام الكاملة للخلايا المفردة.

ومع ذلك ، بمجرد تجميع بطارية الليثيوم الفردية في وحدة ، فإن خصائص كل بطارية ليثيوم واحدة لا تكون متسقة تمامًا ، لذلك بعد كل عملية شحن والتفريغ ، لا يمكن أن يصل الجهد النهائي لكل بطارية ليثيوم واحدة إلى الاتساق التام ، مما سيتسبب في حالة الشحن الزائد أو تظهر خلايا مفرطة الشحن في الوحدة ، وسوف يتدهور أداء بطارية ليثيوم الخلية. مع زيادة عدد الشحن والتفريغ ، ستزداد درجة التدهور سوءًا ، وستنخفض دورة الحياة بشكل كبير مقارنة بالخلايا المفردة غير المجمعة. لذلك ، يعد البحث المتعمق حول معدل التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم أيون حاجة ملحة لإنتاج البطاريات.

1

العوامل المؤثرة على التفريغ الذاتي

تشير ظاهرة التفريغ الذاتي للبطارية إلى ظاهرة الفقدان التلقائي لسعة البطارية عند تركها في دائرة مفتوحة ، وتسمى أيضًا سعة الاحتفاظ بالشحن. يمكن تقسيم التفريغ الذاتي بشكل عام إلى نوعين: التفريغ الذاتي القابل للعكس والتفريغ الذاتي الذي لا رجعة فيه. يمكن تعويض قدرة الخسارة بشكل عكسي عن التفريغ الذاتي القابل للعكس ، والمبدأ مشابه لرد فعل تفريغ البطارية العادي. التفريغ الذاتي الذي لا يمكن تعويضه عن فقدان القدرة هو تفريغ ذاتي لا رجعة فيه. السبب الرئيسي هو حدوث تفاعل لا رجعة فيه داخل البطارية ، بما في ذلك تفاعل القطب الموجب والإلكتروليت ، وتفاعل القطب السالب والكهارل ، والتفاعل الناتج عن الشوائب في الإلكتروليت ، ووقت التصنيع تفاعلات لا رجعة فيها ناجمة عن الدوائر القصيرة الدقيقة الناتجة عن الشوائب المنقولة. العوامل المؤثرة في التفريغ الذاتي هي كما يلي.

1 مادة الكاثود

إن تأثير مادة القطب الموجب هو بشكل رئيسي أن المعادن الانتقالية والشوائب من مادة القطب الموجب يتم ترسيبها عند القطب السالب لتسبب دائرة قصر داخلية ، وبالتالي زيادة التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم. Yah-Mei Teng et al. درس الخواص الفيزيائية والكهروكيميائية لمواد كاثود LiFePO4. ووجدت الدراسة أن البطاريات التي تحتوي على نسبة عالية من شوائب الحديد في المواد الخام وأثناء الشحن والتفريغ لديها معدل تفريغ عالي واستقرار ضعيف. والسبب هو أن الحديد يقلل تدريجياً ويترسب عند القطب السالب ، ويخترق الفاصل ، ويسبب دائرة قصر في البطارية ، مما يؤدي إلى تفريغ ذاتي أعلى.

2 مادة الأنود

يرجع تأثير مادة القطب السالب على التفريغ الذاتي بشكل أساسي إلى التفاعل الذي لا رجعة فيه بين مادة القطب السالب والكهارل. في وقت مبكر من عام 2003 ، Aurbach et al. اقترح أن يتم تقليل المنحل بالكهرباء لإطلاق الغاز ، وتعريض سطح الجرافيت إلى المنحل بالكهرباء. في عملية الشحن والتفريغ ، عندما يتم إدخال واستخراج أيونات الليثيوم ، يتلف هيكل طبقة الجرافيت بسهولة ، مما يؤدي إلى معدل تفريغ ذاتي كبير.

3 المنحل بالكهرباء

يشمل تأثير الإلكتروليت بشكل رئيسي: تآكل سطح القطب السالب بواسطة الإلكتروليت أو الشوائب. انحلال مادة القطب في المنحل بالكهرباء ؛ القطب مغطى بمواد صلبة غير قابلة للذوبان أو غاز متحللة بواسطة المنحل بالكهرباء لتشكيل طبقة التخميل. في الوقت الحاضر ، يكرس عدد كبير من الباحثين لتطوير إضافات جديدة لقمع تأثير المنحل بالكهرباء على التفريغ الذاتي. Jun Liu et al. إضافة مواد مضافة مثل VEC إلى إلكتروليت البطارية NCM111 ، ووجدت أن أداء دورة درجة الحرارة المرتفعة للبطارية&تحسن ، وانخفض معدل التفريغ الذاتي بشكل عام. والسبب هو أن هذه الإضافات يمكنها تحسين فيلم SEI ، وبالتالي حماية القطب السالب للبطارية.

4 حالة التخزين

العوامل المؤثرة العامة لحالة التخزين هي درجة حرارة التخزين والبطارية SOC. بشكل عام ، كلما ارتفعت درجة الحرارة وزادت SOC ، زاد التفريغ الذاتي للبطارية. تاكاشي وآخرون. أجرت تجارب اضمحلال السعة على بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم تحت ظروف ثابتة. أظهرت النتائج أنه مع زيادة درجة الحرارة ، ينخفض ​​معدل الاحتفاظ بالسعة تدريجيًا مع وقت الرف ، ويزداد معدل التفريغ الذاتي للبطارية.

استخدم Liu Yunjian وآخرون بطارية طاقة منجنيز الليثيوم التجارية ووجدوا أنه مع زيادة حالة شحن البطارية&، أصبحت الإمكانات النسبية للقطب الموجب أعلى وأعلى ، وأصبحت قابليته للأكسدة أقوى وأقوى ؛ أصبحت القدرة النسبية للقطب السالب أقل وأقل ، وأصبح اختزاله يزداد قوة وأقوى ، وكلاهما يمكن أن يسرع ترسيب المنغنيز ، مما يؤدي إلى زيادة في معدل التفريغ الذاتي.

5 عوامل أخرى

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على معدل التفريغ الذاتي للبطارية. بالإضافة إلى تلك المقدمة أعلاه ، هناك بشكل أساسي الجوانب التالية: أثناء عملية الإنتاج ، نتوءات نتجت عند قطع قطع القطب ، والشوائب التي أدخلت في البطارية بسبب مشاكل بيئة الإنتاج ، مثل الغبار ومسحوق المعادن على قد تتسبب قطع العمود ، وما إلى ذلك ، في حدوث ماس كهربائي صغير للبطارية ؛ البيئة الخارجية رطبة ، والدائرة الخارجية ليست معزولة بالكامل ، وحاوية البطارية لديها عزل ضعيف. هناك دائرة إلكترونية خارجية أثناء التخزين ، مما يؤدي إلى التفريغ الذاتي ؛ أثناء التخزين على المدى الطويل ، يفشل الترابط بين المادة النشطة للمادة الكهربائية والمجمع الحالي ، مما يؤدي إلى ذرف وتقشير المادة النشطة ، مما يؤدي إلى انخفاض في السعة وزيادة في التفريغ الذاتي. كل عامل من العوامل المذكورة أعلاه أو مجموعة من العوامل المتعددة يمكن أن يسبب سلوك التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم ، مما يجعل من الصعب العثور على سبب التفريغ الذاتي وتقدير أداء التخزين للبطارية.

2

طريقة قياس معدل التفريغ الذاتي

يمكن أن يعرف من التحليل أعلاه أن معدل التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم منخفض بشكل عام. يتأثر معدل التفريغ الذاتي نفسه بعوامل مثل درجة الحرارة ، وعدد دورات الاستخدام ، و SOC. لذلك ، من الصعب جدًا واستهلاك الوقت لقياس التفريغ الذاتي للبطارية بدقة.

1 طريقة القياس التقليدية لمعدل التفريغ الذاتي

في الوقت الحاضر ، الطرق التقليدية للكشف عن التفريغ الذاتي هي كما يلي:

1.1 طريقة القياس المباشر

أولاً ، قم بشحن البطارية قيد الاختبار إلى حالة شحن معينة ، واتركها مفتوحة لفترة من الوقت ، ثم قم بتفريغ البطارية لتحديد فقدان قدرة البطارية. معدل التفريغ الذاتي:

في الصيغة: C هي القدرة المقدرة للبطارية ؛ C1 هي قدرة التصريف. بعد ترك الدائرة مفتوحة ، يمكن الحصول على السعة المتبقية للبطارية عن طريق تفريغ البطارية. في هذا الوقت ، يتم إعادة شحن البطارية وتفريغها عدة مرات لتحديد السعة الكاملة للبطارية. يمكن أن تحدد هذه الطريقة خسارة السعة التي لا رجعة فيها وفقدان السعة العكسية للبطارية.

2.1 طريقة قياس معدل التوهين للجهد المفتوح

يرتبط جهد الدائرة المفتوحة مباشرة بحالة البطارية SOC. تحتاج فقط إلى قياس معدل التغيير في OCV البطارية&# فترة زمنية ، وهي:

الطريقة بسيطة في التشغيل ، وتحتاج فقط إلى تسجيل جهد البطارية في أي فترة زمنية ، ثم يمكن الحصول على حالة شحن البطارية في هذه اللحظة وفقًا للعلاقة المقابلة بين الجهد والبطارية SOC . من خلال حساب منحدر الانحلال للجهد وسعة الانحلال المقابلة لوقت الوحدة ، يمكن الحصول على معدل التفريغ الذاتي للبطارية أخيرًا.

1.3 طريقة الحفاظ على السعة

قياس البطارية الدائرة الجهد المطلوب البطارية&# 39 أو كمية الطاقة المطلوبة من قبل شركة نفط الجنوب للحصول على معدل التفريغ الذاتي للبطارية&# 39. أي ، يتم الحفاظ على تيار الشحن عند قياس جهد الدائرة المفتوحة للبطارية ، ويمكن اعتبار معدل التفريغ الذاتي للبطارية على أنه تيار الشحن المقاس.

2 طريقة قياس سرعة التفريغ الذاتي

نظرًا لأن طريقة القياس التقليدية تستغرق وقتًا طويلاً ودقة القياس غير كافية ، يتم استخدام معدل التفريغ الذاتي فقط كطريقة لفحص البطارية في عملية الكشف عن البطارية في معظم الحالات. يوفر ظهور عدد كبير من طرق القياس الجديدة والمريحة الكثير من الوقت والجهد لقياس التفريغ الذاتي للبطارية.

2.1 تكنولوجيا التحكم الرقمي

تكنولوجيا التحكم الرقمي هي طريقة قياس تفريغ ذاتي جديدة مستمدة من طريقة قياس التفريغ الذاتي التقليدية باستخدام حاسوب دقيق أحادي الشريحة وما إلى ذلك. تتميز هذه الطريقة بمزايا وقت القياس القصير والدقة العالية والمعدات البسيطة.

2.2 طريقة الدائرة المكافئة

طريقة الدائرة المكافئة هي طريقة قياس تفريغ ذاتي جديدة تمامًا. تحاكي هذه الطريقة البطارية كدائرة مكافئة ، والتي يمكنها قياس معدل التفريغ الذاتي لبطارية أيون الليثيوم بسرعة وفعالية.

3

أهمية قياس معدل التفريغ الذاتي

كمؤشر أداء مهم لبطاريات أيونات الليثيوم ، فإن معدل التفريغ الذاتي له تأثير مهم على اختيار وتجميع البطاريات. لذلك ، من الأهمية بمكان قياس معدل التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم.

1 توقع الخلية المشكلة

في نفس مجموعة البطاريات ، تكون المواد وضوابط التصنيع هي نفسها بشكل أساسي. عندما يكون التفريغ الأبيض للبطاريات الفردية كبيرًا جدًا ، فمن المحتمل أن يكون السبب هو ماس كهربائي صغير خطير بسبب الشوائب وأزيز الثقب الفاصل. لأن تأثير الدائرة القصيرة على البطارية بطيء ولا رجعة فيه. لذلك ، على المدى القصير ، لن يختلف أداء هذه البطاريات كثيرًا عن أداء البطاريات العادية ، ولكن مع تعمق التفاعل الداخلي الذي لا رجعة فيه تدريجيًا بعد التخزين على المدى الطويل ، سيكون أداء البطارية أقل بكثير من أداء المصنع وغيرها أداء البطارية العادي. لذلك ، من أجل ضمان جودة بطاريات المصنع ، يجب التخلص من البطاريات ذات التفريغ الذاتي الكبير.

2 تجميع البطاريات

تحتاج بطاريات الليثيوم إلى تناسق أفضل ، بما في ذلك السعة والجهد والمقاومة الداخلية ومعدل التفريغ الأبيض. إن تأثير معدل التفريغ الذاتي للبطارية&# 39 على حزمة البطارية هو بشكل أساسي كما يلي: بمجرد تجميع الوحدة ، نظرًا لمعدلات التفريغ الذاتي المختلفة لبطاريات الليثيوم الفردية ، سينخفض ​​الجهد بدرجات متفاوتة أثناء عملية الرفوف أو ركوب الدراجات ، والشحن المتسلسل تحت التيار ، سيكون التيار متساويًا مرة أخرى ، لذلك بعد كل شحنة ، قد يكون هناك خلايا مفردة مفرطة الشحن أو منخفضة الشحن في وحدة بطارية الليثيوم. مع زيادة عدد الشحن والتفريغ ، سوف يتدهور أداء البطارية تدريجيًا ، وينخفض ​​عمر الدورة مقارنة بالخلايا المفردة غير المجمعة بشكل كبير. لذلك ، يتطلب تجميع البطارية قياسًا دقيقًا وفحصًا لمعدل التفريغ الذاتي لبطاريات ليثيوم أيون.

3 تصحيح تقدير البطارية SOC

تسمى حالة الشحن أيضًا السعة المتبقية ، والتي تمثل نسبة السعة المتبقية بعد استخدام البطارية لفترة زمنية أو غير طويلة الأمد وسعتها المشحونة بالكامل ، والتي يتم التعبير عنها عادةً كنسبة مئوية. لمعدل التفريغ الذاتي قيمة مرجعية مهمة لتقدير SOC لبطاريات ليثيوم أيون. يمكن أن يؤدي تصحيح القيمة الأولية لـ SOC من خلال تيار التفريغ الذاتي إلى تحسين دقة تقدير SOC. من ناحية ، بالنسبة للعميل ، يمكن تقدير الوقت القابل للاستخدام أو مسافة القيادة للمنتج بناءً على الطاقة المتبقية ؛ من ناحية أخرى ، يمكن تحسين دقة التنبؤ SOC لـ BMS بشكل فعال لمنع الشحن الزائد للبطارية. الإفراط في التفريغ ، وبالتالي إطالة عمر البطارية.