배터리 셀의 저용량 문제에 대한 분석 접근법

배터리 셀의 저용량(저용량) 판정은 충전/방전 사이클 후 용량과 설계 용량값을 직접 비교하는 것을 기반으로 합니다. 충전/방전 사이클 후 측정된 용량이 설계 용량보다 낮을 경우, 먼저 충전/방전 사이클 설정(방전 전류, 충전 시간, 차단 전압, 충전 온도 등)에 오류가 있는지 확인해야 합니다. 충전 단계 설정이 올바르다면, 테스트 지점을 변경하고 배터리 셀의 충전 프로세스를 다시 수행하여 충전 장비나 채널에 문제가 있는지 확인해야 합니다. 충전 장비 변경 후 충전 데이터에 이상이 없다면, 기존 장비에 문제가 있을 가능성이 높습니다. 재테스트에서도 여전히 저용량이 나타나면, 저용량 문제가 실제로 존재함을 확인할 수 있습니다.

저용량 발생을 확인한 후에는 저용량 발생 빈도와 심각도를 더욱 면밀히 파악하여 전반적인 저용량 상황을 파악해야 합니다. 이를 위해서는 보다 체계적인 접근이 필요합니다. 체계적인 분석을 수행하기 전에 먼저 재충전된 저용량 배터리 셀을 분해하여 계면을 검사하는 것이 좋습니다. 문제가 발견되지 않으면 양극 코팅 중량 부족이나 설계 마진 부족 때문일 가능성이 높습니다. 계면 문제가 있는 경우 제조 공정이나 설계의 다른 문제일 수 있습니다. 다음으로 설계 및 제조 공정 측면에서 저용량의 원인을 분석해 보겠습니다.

I. 디자인 끝

1. 재료 시스템 호환성: 특히 음극과 전해액의 호환성은 배터리 셀 용량에 상당한 영향을 미칩니다. 새로 도입된 음극이나 전해액의 경우, 반복 테스트 결과 각 배터리 셀에서 리튬 도금 및 저용량 현상이 나타나면 재료 불일치 가능성이 높습니다. 불일치의 원인은 다음과 같습니다. â' 형성 과정에서 형성된 SEI(고체 전해질 계면) 피막의 밀도, 두께 또는 불안정성; â'¡ 전해액 내 PC(프로필렌 카보네이트)로 인한 흑연층 박리 가능성; â'¡ 과도하게 높은 설계 면적 밀도 또는 압축 밀도로 인해 배터리 셀이 고속 충방전에 적응하지 못하는 경우.
3. 전해액 주입량 부족 및 전해액 유지 계수 저하: 전해액 주입량이 부족하면 그에 상응하는 전해액 유지량도 감소합니다. 배터리 셀의 전해액 유지량이 부족하면 양극과 음극의 리튬 이온 삽입/추출 효과가 저하되어 용량이 감소합니다. 배터리 셀의 전해액 유지량이 부족하면 양극과 음극 시트가 비교적 건조해져 음극에 얇은 리튬 도금층이 형성됩니다. 이는 전해액 유지율 저하로 인한 용량 저하의 원인으로 볼 수 있습니다.

II. 공정 제조 종료

1. 코팅 면적 밀도 공정 매개변수 준수: 양극 또는 음극 코팅이 너무 얇으면 배터리 셀 용량 저하의 직접적인 원인이 될 수 있습니다. 양극 코팅이 너무 얇으면 완전히 충전된 셀 계면에 이상이 없습니다. 이 시점에서 양극 시트의 베이킹 및 무게 측정을 통해 문제를 파악해야 합니다. 측정된 무게가 설계값보다 적으면 코팅 면적 밀도가 설정값보다 낮음을 나타냅니다. 또한, 양극 또는 음극(특히 음극)의 코팅이 고르지 않으면 용량 저하의 원인이 될 수 있습니다. 양극 코팅이 두꺼울수록 중량 용량이 감소할 수 있지만, 전체 용량은 감소하지 않고 오히려 소폭 증가할 수 있습니다.
2. 압연 중 과도한 가압 조사: 압연 중 과도한 가압은 재료 구조를 손상시켜 용량 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 과도한 가압의 가장 직접적인 징후는 전극판의 광택입니다. 양극의 과도한 가압은 구조가 손상된 활물질 입자가 리튬 이온을 제대로 삽입/탈출하지 못하게 하여 용량 감소를 초래할 수 있습니다. 음극의 과도한 가압은 양극에서 리튬 이온을 받아들이지 못하게 하여 표면 리튬 도금 및 용량 감소를 초래할 수 있습니다.
3. 조립 중 다양한 공차 요건 준수: 배터리 조립 공정에서 전극 정렬 불량, 분리막 주름 등의 문제는 내부 단락 또는 국부 저항 증가를 유발하여 배터리 충방전에 영향을 미치고 용량 감소로 이어질 수 있습니다. 또한, 셀 분리막 주름은 음극에서 리튬의 삽입/추출을 충분히 하지 못하게 하여 셀 용량에 영향을 미칠 수 있습니다.
4. 비정상적인 수분 함량: 과도한 수분 함량은 배터리 용량 저하의 원인이 될 수 있습니다. 전해액 주입 전 전극판의 수분 함량이 기준을 초과하거나, 글러브 박스의 이슬점이 부적합하거나, 전해액의 수분 함량이 기준을 초과하거나, 탈기 또는 2차 밀봉 과정에서 수분이 유입되면 배터리 셀의 용량이 저하될 수 있습니다.
5. 셀 생산 중 습도 및 온도 정상 유지: 주변 환경의 습도 및 온도 관리가 부적절하면 배터리 성능에 매우 중요합니다. 습도가 높으면 배터리 내부에서 수분 분해 반응이 발생하여 전극 재료와 전해질이 손상될 수 있습니다. 온도가 낮으면 리튬 이온 확산이 느려져 배터리 용량이 감소할 수 있습니다.
6. 기타 요소:
   배터리 관련 문제: 배터리 생산 공정에서 금속 이물질이나 자성 물질이 발생하면 자가 방전율이 높아질 수 있습니다. 이러한 배터리 셀은 충전 후 용량이 낮아질 수 있습니다.
   â'¡보관 시간 및 조건: 장시간 보관이나 고온 다습 등 부적절한 보관 조건은 전극 재료 노화 및 전해액 분해를 유발하여 배터리 용량 감소로 이어질 수 있습니다.

위의 단계를 단계별로 따르면 일반적으로 용량이 부족한 원인을 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다.