배터리 전극의 버로 인한 단락을 감지하는 방법은 무엇입니까?

이 기사에서는 제로 전압의 원인을 분석합니다. 전극 버로 인해 배터리에서 전압이 0이 되는 현상에 초점을 맞췄습니다. 단락의 원인을 파악함으로써 문제를 정확하게 해결하고 생산 중 전극 버 제어의 중요성을 더 잘 이해하는 것을 목표로 합니다.

실험

1. 배터리 준비

이번 실험에서는 양극 활물질로 리튬니켈코발트망간산염 물질(NCM111)을 사용했다. 양극 활물질, SP 카본 블랙, PVDF 바인더, NMP 용매를 66:2:2:30의 질량비로 혼합하여 슬러리를 만듭니다. 슬러리는 15μm 두께의 탄소 코팅 알루미늄 호일에 코팅하였으며, 한 면의 코팅량은 270g/m2이다. 양극을 (120±3)°C의 오븐에 넣어 24시간 동안 건조시킨 후 캘린더링 공정을 진행하여 전극의 압축밀도를 3.28g/cm3으로 만듭니다. 음극활물질은 티탄산리튬재료인 Li4Ti5O12를 사용한다. 음극 활물질, SP 카본블랙 도전제, PVDF 바인더, NMP 용매를 52:2:2:44의 질량비로 혼합하여 슬러리를 만듭니다. 음극 슬러리는 15μm 두께의 탄소 코팅 알루미늄 호일에 코팅되었으며, 한 면의 코팅량은 214g/m2이다. 음극을 (110±3)℃의 오븐에 넣어 24시간 동안 건조시킨 후 압연 공정을 진행하여 전극편의 압축밀도가 1.85g/cm3이 되도록 한다. 건조된 전극은 폭(136.0±1.0) mm의 조각으로 절단되며, 전극 버(Burr)는 12μm를 초과하지 않아야 합니다. 전해질은 1mol/L LiPF6/EC+EMC+DMC(부피비 1:1:1)를 사용합니다. 분리막은 두께 20μm의 폴리에틸렌(PE) 다공성 분리막입니다. 위의 재료는 설계 용량이 45Ah인 66160개의 셀로 조립됩니다. 권취 및 조립 후, 알루미늄 쉘의 상부 커버를 용접 및 밀봉하고, 실험용 셀을 (85±3)℃ 오븐에 넣어 24시간 동안 건조시켰다.

건조 후 배터리 셀을 채우고, 전해질의 양은 200g이다. 전해질 충전 후, 세포를 실온에서 72시간 동안 방치하였다. 정치 후 모든 실험 셀의 개방 회로 전압(OCV)을 테스트하고 배터리의 내부 저항과 전압을 기록했습니다.

2. 충전 테스트

내부 저항 및 전압 분석을 수행할 때는 AC 내부 저항 테스터를 사용하여 테스트하십시오. 5V-50A 고정밀 배터리 성능 테스트 시스템을 사용하여 배터리 충전 성능을 테스트하십시오. 충전 후 방치된 셀의 경우, 전압 테스트를 수행할 때 먼저 셀을 단락시켜 전압을 0(0 전압 셀)으로 낮추십시오.

그런 다음 제로 전압 셀에서 충전 테스트를 수행합니다. 주변 온도가 (25±3)℃일 때 충전에는 서로 다른 전류(예: 1A, 2A, 3A)가 사용됩니다. 실험은 전류가 작은 것부터 큰 것, 시간이 짧은 것부터 긴 것 순으로 진행됐다. 충전 시간은 각각 5초, 10초, 25초로 설정됐다. 각 충전 시간 후 배터리 전압의 변화를 관찰하십시오.

3.자가 방전 테스트

전극 버 분석에는 2차원 테스터를 사용합니다. 내부 저항 및 전압 분석을 위해 AC 내부 저항 테스터를 사용하십시오. 5V-50A 고정밀 배터리 성능 테스트 시스템을 사용하여 전기 성능을 테스트하십시오. 고온 및 저온 상자를 사용하여 셀 온도를 제어합니다. 형성 전의 제로 전압 셀이 충전된 후에는 버가 퓨즈되고 제로 전압이 더 이상 나타나지 않습니다. 이 배터리의 정상적인 형성 과정을 테스트하십시오. 형성 과정은 다음과 같습니다.

①고온박스의 온도가 120℃에 도달한 후 120분간 기다립니다.

②C 전류의 1.0배로 차단전압 2.8V까지 충전한 후 정전압 충전으로 전환한다. 충전 차단 시간은 2시간입니다.

③10분간 기다립니다.

④C 전류의 1.0배로 차단 전압 1.5V까지 방전한 후 정전압 방전으로 전환합니다. 퇴원 마감시간은 2시간이다.

⑤10분 정도 기다리세요.

⑥2~5단계를 3회 반복합니다.

⑦1.0배 C전류로 충전, 충전시간은 0.7시간, 2.3V 정전압으로 충전, 컷오프 전류는 0.45A. 형성된 셀에 대해 자가방전 테스트를 실시한다. 정전압 테스트 방법을 사용하고 최소 2개월 동안 전압을 테스트하십시오. 셀을 실온(25±5)°C에서 24시간 동안 방치한 후 개방 회로 전압을 테스트하고 기록합니다. 그 후, 셀을 1개월 및 2개월 동안 실온에서 계속 방치한 후 개방 회로 전압을 테스트하고 다시 기록했습니다.

결과 및 토론

1. 형성 전 배터리 전압 비교

그림 1은 1A 및 2A 충전 중과 충전 중지 후 배터리 전압 변화를 보여줍니다. 그림에서 알 수 있듯이 제로 전압 배터리는 대략 내부 버로 인한 단락으로 간주될 수 있습니다. 배터리는 1분 이내에 2A 미만의 전류 테스트를 견딜 수 있습니다. 충전 전류가 1A 및 2A이면 내부 버로 인한 단락으로 인해 전압이 안정적인 값에 도달하고 더 이상 변하지 않습니다. 충전이 중단되면 전압은 빠르게 0으로 돌아갑니다.

충전 전류를 계속 높이고, 충전 전류를 3A로 변경하고, 충전 시간을 각각 5초, 10초, 25초로 설정합니다. 배터리 충전 테스트 곡선은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2의 관찰에 따르면 충전 전류가 3A에 도달하면 배터리의 전압 변화는 5초 및 10초의 충전 시간에서 1A 및 2A 충전과 유사합니다. 충전 시간이 길어질수록 충전 시간이 10초를 초과하면 전압이 서서히 상승합니다. 충전 시간이 20초에 도달하면 전압이 급격히 상승합니다. 충전이 중지된 후에는 전압이 천천히 떨어지며 이전의 제로 전압 현상이 단시간 내에 나타나지 않습니다.

충전 시 전압 변화 속도를 보면, 충전 시 발생하는 열로 인해 배터리 내부의 버(Burr)가 열융착된 것으로 판단할 수 있습니다. 버가 융합되기 전, 충전 시작 후 10~20초 이내에 전압이 천천히 상승하는 단계를 보입니다.

20초가 지나면 버가 융합되고 배터리 전압이 급격히 상승합니다. 충전을 중단하면 배터리 전압이 서서히 감소합니다. 버 퓨즈가 발생한 후에도 배터리 내부에 금속 불순물이 여전히 남아 있어 일반 배터리보다 자가 방전 속도가 더 빠르다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 따라서 배터리를 정상화한 후 자체 방전율을 테스트하는 것이 필요합니다.

2. 화성 후 배터리 자가방전 비교

실험을 위해 선정된 배터리는 위의 형성 과정에 따라 충전 및 방전되었다. 7단계 이후 배터리 충전상태(SOC)는 약 80% 수준이었다. 배터리의 자체 방전 테스트는 실온에서 수행되었으며 동일한 배치의 불순물이 포함된 배터리와 비교되었습니다. 테스트 데이터는 표 1에 나와 있습니다.

표 1에서 버로 인한 배터리 자체 방전이 존재하며 배터리의 충전 유지 기능에 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다. 충전 전류를 통해 자가방전 이상 원인을 분석하면 제조 공정 중 전극 버의 이상 상황을 직관적으로 반영할 수 있습니다.

이는 배터리 성능을 보장하고 안전 위험을 줄이기 위해 생산 과정에서 공정 제어 요구 사항을 더욱 강화하고 절단기를 적시에 유지 관리해야 함을 보여줍니다. 버를 불어낸 후에도 전극 내부에는 여전히 금속 불순물이 남아 있습니다.

배터리 용량을 측정한 후 자체 방전 데이터에 따르면 일반 배터리를 상온에 1개월 동안 방치하면 전압이 약 7mV 감소하는 것으로 결론지을 수 있습니다. 두 달 후에는 전압이 약 10mV만큼 떨어집니다. 이는 버가 과도한 배터리의 자체 방전율이 일반 배터리보다 높음을 나타냅니다. 형성 전 전압과 용량 분할 후 자체 방전 데이터 분석을 고려하면 과도한 Burr는 비정상적인 배터리 충전 유지 성능으로 이어진다는 결론을 내릴 수 있습니다. 배터리 전극에 존재하는 버는 완전히 사라지지 않으며 장기적으로 배터리 성능에 영향을 미칩니다.

요약하자면, 버는 배터리 성능에 부정적인 영향을 미치기 때문에, 배터리 성능과 안전성을 보장하기 위해서는 제조 과정에서 버의 형성을 줄이기 위한 조치를 취해야 합니다.

결론

배터리 제조 공정에서는 전극 버(burr)의 크기를 제어하는 ​​것이 핵심 변수입니다. 버로 인해 단락이 발생하면 충전 후 배터리 전압이 0이 됩니다. 버로 인해 단락된 배터리를 작은 전류로 충전하면 안정적인 전압을 관찰할 수 있습니다. 전류가 버 퓨즈 값에 도달하면 배터리 내부에 여전히 금속 불순물이 남아 있어 배터리의 자체 방전에 계속 영향을 미쳐 일반 배터리보다 자체 방전율이 높아집니다. 이 방법은 배터리 제조 중 버로 인한 배터리 단락을 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 전압 변화를 관찰함으로써 배터리 생산 과정에서 슬리팅, 다이커팅 및 와인딩 장비에 대한 검사를 강화하여 부적격 배터리가 대량 생산되는 것을 방지할 수 있습니다. 따라서 버로 인해 단락된 배터리를 낮은 전류로 충전하고 전압 변화를 모니터링함으로써 배터리 제조 공정의 문제를 효과적으로 식별하고 관련 공정 제어를 안내하여 배터리 품질과 성능을 보장할 수 있습니다.