Investigación y mejora de la tensión de la carcasa de la batería de litio de petaca

El voltaje de la cubierta es para probar el voltaje entre la lengüeta positiva y la capa de aluminio de la película de plástico de aluminio, y su valor puede indicar el efecto de embalaje de la cubierta de plástico de aluminio.

El voltaje de la cáscara se divide en dos tipos: el voltaje entre la oreja positiva y la cáscara, el voltaje entre la oreja negativa y la cáscara, cuando el voltaje de la cáscara del ánodo es grande, la cáscara de la batería se cargará, y se producirá un incendio durante el uso, pero no corroerá la cáscara.

Cuando la tensión positiva de la carcasa de la oreja es relativamente grande, provocará la corrosión de la carcasa de aluminio-plástico, haciendo que la batería se abombe y tenga fugas. Cuando la tensión positiva de la carcasa es grande, significa que la capa de PP de la lámina de aluminio-plástico se ha dañado, y la capa de aluminio ha estado en contacto con la electrohidráulica de la pila.

Cuando el voltaje de la cubierta>1,0V alcanza el voltaje de formación de la aleación de litio-aluminio, y también existe la vía electrónica en la oreja negativa, los iones de litio del electrolito se incrustarán en el aluminio para formar la aleación de litio-aluminio, provocando la corrosión de la cubierta de aluminio. A medida que aumenta el tiempo de almacenamiento, una vez corroída la capa de aluminio, la humedad del exterior entra en la batería, reacciona con el electrolito y los materiales activos, genera gas y, finalmente, la batería se abomba y presenta fugas.

El riesgo de corrosión de la carcasa puede identificarse mediante la prueba de tensión de la carcasa, pero la forma de reducir la tensión de la carcasa de la batería y garantizar la estabilidad de la tensión de la carcasa de la batería en la producción en masa es un problema difícil que a menudo se encuentra en el proceso de producción. En este artículo, mediante la investigación de la ley de la tensión del armazón, a partir del mecanismo de generación de la tensión del armazón, se mejora la tensión del armazón, y se utiliza el método de investigación DOE para mejorar eficazmente el nivel de tensión del armazón.

Método de ensayo de la tensión en el caparazón y esquema experimental

Método de ensayo de la tensión de la caja

La tensión de la caja sirve para comprobar la tensión de la capa de aluminio entre la lengüeta positiva o negativa y la película de aluminio-plástico. En este artículo se estudia principalmente la tensión entre la lengüeta positiva y la carcasa de aluminio-plástico. Ponga el multímetro (modelo: UNI-T UT56 MULTIMETER) o el medidor Agilent (modelo: 34401A) en tensión continua.

Después de confirmar que no hay ninguna anomalía en el reloj, utilice el cable de prueba rojo para tocar el polo positivo de la pila, y el cable de prueba negro para tocar la lámina de aluminio de la capa intermedia en el borde de la caja y deslice ligeramente. El cable de prueba debe estar en pleno contacto con la capa de aluminio de la bolsa de embalaje de plástico-aluminio.

Método de análisis del cobreado

Cortar el borde delantero de la célula de la batería descargada para sacar el grupo de electrodos, y mantener la bolsa de aluminio-plástico; A continuación, vierta 10% solución de sulfato de cobre en la bolsa de aluminio-plástico, conecte 3.7V DC fuente de alimentación externa, la sonda ánodo perfora la bolsa de aluminio-plástico para hacer que el ánodo conducir con la capa de aluminio de la bolsa de aluminio-plástico, y la solución de sulfato de cobre está contenida en la bolsa de aluminio-plástico.

Sumerja la sonda del electrodo positivo en la solución, y vierta la solución después de realizar la prueba durante 20 minutos para observar la precipitación de cobre en el interior de la bolsa de aluminio-plástico. Si la capa de PP está dañada, la solución de sulfato de cobre entrará en contacto directo con la capa de aluminio y se reducirá a cobre metálico en la superficie de la capa de aluminio. El diagrama esquemático y el diagrama experimental se muestran en la figura.

Método de análisis con microscopio de alta potencia

Después del experimento, se sacó la caja de aluminio-plástico de su envase y se cortó la posición que se iba a observar con una máquina cortadora (REM-710, fabricada en Japón). La sección transversal se observó con un microscopio de alta potencia VHS (VHX-6000, fabricado en Shanghai, China) para observar la morfología sol de la capa de PP, la ausencia de la capa de PP y la posición de la precipitación de cobre.

Esquema experimental

Tome dos grupos de 616072 y 476384 pilas de polímero de bolsa, 24 pilas en cada grupo, y compruebe la tensión de la carcasa con un multímetro y un medidor Agilent respectivamente. Utiliza el vídeo para grabar todo el cambio de lectura y, a continuación, lee todos los valores mostrados en secuencia a cámara lenta para estudiar la ley de cambio de la tensión de la carcasa;

Utilizar un multímetro para comprobar la tensión de la carcasa de las pilas con diferentes procesos y diferentes métodos de plegado, y estudiar la variación de la tensión de la carcasa con el tiempo y los métodos de plegado; Utilizar un multímetro para seleccionar pilas con una tensión de carcasa 3,0V para galvanoplastia para analizar su riesgo. Cortar y analizar la posición de la precipitación de cobre, estudiar su causa y analizar el método de mejora.

Análisis específico de la tensión en el caparazón

Ley de variación de la tensión de envolvente

La imagen es una comparación de la tensión de la caja de la batería 476384 probado por el multímetro y el medidor Agilent. El primer valor es el mayor, luego cae rápidamente y se estabiliza gradualmente a partir del tercer valor. Los resultados de la prueba Agilent son significativamente mayores que los del multímetro.

Teóricamente, la capa de aluminio entre el cátodo o el ánodo y la película de aluminio-plástico está aislada, y el voltaje de la cubierta debe ser 0V; Sin embargo, en el proceso real, la película de aluminio-plástico se dañará parcialmente, dando lugar a la conducción local de la capa de aluminio entre el cátodo y los ánodos y la película de aluminio-plástico (canales de iones y canales de electrones), formando una micro-batería, y por lo tanto una diferencia de potencial (voltaje).

Canal iónico: Durante el proceso de envasado celular, es más probable que la capa de PP en la posición de sellado del borde resulte dañada tras ser sometida a prensado térmico. Además, el proceso de plegado de los bordes también puede dañar la capa de PP.

Canal electrónico: la capa de aluminio de la película de aluminio-plástico está en contacto con la lengüeta de níquel o ánodo.

Al principio del contacto, la concentración de iones es la más alta, y la polarización es también la mayor, por lo que el valor de prueba es el más alto; a medida que la difusión de iones tiende gradualmente a equilibrarse, el valor de prueba de la tensión de la coraza disminuye rápidamente y tiende a estabilizarse.

Reproducibilidad de la tensión en el caparazón

Se seleccionaron al azar doce células 616072 y se midió y registró el valor de tensión de la caja con un multímetro. Se realizó un seguimiento continuo durante 4 días para investigar la repetibilidad del valor de ensayo.

Los resultados de la muestra muestran que la reproducibilidad de la tensión de la cáscara es pobre, porque la tensión de la cáscara se genera debido a que la capa de aluminio expuesta en la posición dañada de la capa de PP y la lengüeta positiva / negativa forman un canal de iones a través del electrolito, por lo tanto, el resultado de cada prueba está estrechamente relacionada con la concentración de iones concentración, el tiempo de plegado de cada batería, así como el grado de plegado, tiempo de prueba, y los métodos de contacto de prueba puede conducir a concentraciones de iones inconsistentes, por lo que hay ligeras diferencias en los resultados de cada prueba.

Análisis de galvanoplastia de diferentes tensiones de coraza

Utilice un multímetro para seleccionar 3 pilas de cada voltaje de carcasa de gradiente del modelo 616072, y desmóntelas para los experimentos de deposición de cobre. En la figura, para las muestras con voltaje de carcasa <0,8V, no se produjo ningún fenómeno de deposición de cobre en el experimento de galvanoplastia, lo que demuestra que el paquete con voltaje de carcasa <0,8V es más fiable.

Las tres muestras con una tensión de caja entre 0,8 y 1,0 V mostraron gradualmente un fenómeno de deposición de cobre en forma de puntos. Esto demuestra que la capa de PP se ha dañado ligeramente en este momento, y la batería con una tensión de caja de 1,0~2,0V presenta un fenómeno de precipitación de cobre denso y continuo, lo que demuestra que el riesgo de corrosión de la caja es relativamente alto en este caso.

En la producción no se encontraron tensiones de caja de 2,0~3,0V; en las pilas con una tensión de caja > 3V no se encontraron precipitaciones de cobre. En este caso, se deduce que el canal electrónico se ha conectado, es decir, la tensión de la carcasa es relativamente alta debido a la lengüeta del ánodo sin empaquetar.

Los experimentos han demostrado que el riesgo de corrosión del armazón es menor en las pilas con una tensión inferior a 0,8 V. Cuando la tensión del armazón está entre 0,8 y 2 V, el riesgo de corrosión aumenta con el aumento de la tensión del armazón. Cuando la tensión del armazón está entre 0,8 y 2 V, el riesgo de corrosión aumenta con el incremento de la tensión del armazón. Cuando la tensión de la carcasa es superior a 3,0 V, el canal electrónico está conectado y el riesgo de corrosión es mayor.

Variación de la tensión de la carcasa con el tiempo

Seleccione al azar dos grupos de pilas tipo 616072 del mismo lote y el mismo proceso, y diseñe dos grupos de experimentos: Grupo 1, sacar la muestra de la pila y doblarla primero, luego probar el valor de voltaje de la carcasa y volver a ponerla en el lote original, y luego tomar el grupo de muestras para probar el valor de voltaje de la carcasa y registrarlo después de cada proceso;

Para el grupo 2, remítase al proceso de muestreo del grupo 1. Cada proceso toma una cantidad igual de muestras del mismo lote de pilas, primero dobla los bordes y, a continuación, comprueba el valor de tensión de la carcasa y lo registra. Puede observarse en (a) y (b) de la figura que, según el método experimental del grupo 2, el valor de tensión de la carcasa aumenta gradualmente; sin embargo, según el método experimental del grupo 1, el valor de tensión de la carcasa de la pila después del plegado disminuye gradualmente con el tiempo.

Según los resultados experimentales, existen dos posibilidades para el mecanismo: Inferencia 1, la penetración electrohidráulica interna no se ha equilibrado después de Degas, y la tensión de la cáscara es baja. Tras un tiempo de reposo suficiente, la penetración electrohidráulica alcanza el equilibrio y la tensión de la carcasa aumenta;

Inferencia 2, la capa de PP en el borde posterior de Degas no está completamente enfriada, el rendimiento de tracción es bueno, no es fácil que se dañe, y la tensión de la cáscara es baja. Después de la parada, las propiedades de tracción de la capa de PP se deteriorarán después del enfriamiento completo, y la capa de PP se dañará fácilmente después del plegado, por lo que la tensión de la cáscara es alta.

Para verificar las dos inferencias anteriores, se llevó a cabo el siguiente experimento: tomar 24 pilas después de Degas, doblar inmediatamente el borde y registrar el valor de tensión de la caja, y luego monitorear continuamente el cambio del valor de tensión de la caja, el resultado se muestra en (c).

A medida que aumenta el tiempo de reposo, el voltaje de la cáscara no cambia significativamente, y no aparece la tendencia ascendente de (a) y (b) en la figura, por lo que se considera que el mecanismo de la inferencia 2 se ajusta a la ley experimental.

Principio de generación de tensión en la coraza y mecanismo de corrosión de la batería

Al cortar gradualmente la posición de precipitación de cobre de la bolsa de aluminio-plástico, se puede encontrar la posición en la que las partículas de cobre están casi cerca de la capa de aluminio (distancia 4 mm), pero no se puede encontrar ningún punto de daño evidente de la capa de PP. Se puede deducir que el daño de la capa de PP no es macroscópico, sino que se forman microporos en el interior de la capa de PP, que conectan el electrolito libre y la capa de aluminio.

Existe una diferencia significativa en la morfología de la capa de PP en la posición de envasado antes y después del plegado, y se puede observar claramente el fenómeno de blanqueamiento de la capa de PP en la posición de pliegue.

Sin embargo, la célula con tensión de envolvente cualificada no presenta este fenómeno. Este fenómeno indica que las propiedades mecánicas de la capa de PP después del embalaje han cambiado. Después de doblar el borde, aparecen pequeños canales en su interior que hacen que el electrolito entre en contacto directo con la capa de aluminio, creando así una tensión de concha.

Si se daña la capa de PP, la electrohidráulica entrará en contacto con la capa de aluminio. Cuando la tensión sea superior a la tensión de formación de la aleación de litio y aluminio, y al mismo tiempo, cuando también exista la vía electrónica en la pestaña, se formará una célula electrolítica diminuta, y los iones de litio del electrolito se incrustarán en la capa de aluminio para formar una aleación de litio y aluminio;

La formación de una aleación de litio y aluminio provoca la destrucción de la red de aluminio y el deterioro de la capa de aluminio. En casos graves, la capa de aluminio se corroerá y penetrará. La capa de nylon no puede bloquear las moléculas de agua, lo que provoca que el agua externa reaccione con el electrolito para producir ácido fluorhídrico; el ácido fluorhídrico intensifica la erosión de la capa de aluminio, lo que provoca la extensión de la zona dañada de la capa de aluminio.

La figura verifica los fenómenos correspondientes del blanqueamiento de la capa de PP y la tensión de la coraza y la precipitación de cobre. Cuando la pila se dobla hacia delante, la precipitación de cobre se produce en el lado con mayor grado de flexión y estiramiento. La precipitación de cobre no apareció en el lado con un menor grado de flexión. Del mismo modo, la precipitación de cobre apareció en el lado con un mayor grado de flexión y estiramiento durante el plegado en sentido inverso, y la precipitación de cobre no apareció en el otro lado.

Tensión de carcasa de diferentes grosores de capa de PP

En la figura, se utilizan las tensiones de envoltura de 91, 113 y 158 mm de envoltura de aluminio-plástico, respectivamente. Se utiliza una sola máquina de envasado para envasar sucesivamente. Tras el empaquetado, los resultados de tensión de los casos de prueba son los siguientes: el azul corresponde a aluminio-plástico de 91 mm, el amarillo a aluminio-plástico de 113 mm y el verde a aluminio-plástico de 158 mm.

Cuanto más gruesa sea la caja de aluminio-plástico, más gruesa será la capa de PP. Para las cajas de aluminio y plástico con diferentes grosores de capa de PP, se utilizan los mismos parámetros de embalaje. Cuanto más gruesa sea la capa de PP, menor será la tensión de la carcasa. Cuando los parámetros de embalaje de la pila son los mismos, las capas de PP que pueden disolverse son las mismas. En el caso de la caja de aluminio-plástico con una capa de PP gruesa, sólo destruye o cambia la superficie de la capa de PP, y el rendimiento del PP de la parte más profunda no cambia, lo que puede desempeñar un papel normal en el aislamiento del electrolito, por lo que la tensión de la caja es baja.

Mejora de la tensión de la carcasa

De acuerdo con el mecanismo anterior, podemos utilizar dos formas de mejorar la tensión de la carcasa:

● Mejorando el rendimiento de la capa de PP, mejorando sus propiedades de tracción o aumentando su grosor, se puede mejorar la tensión de la carcasa;

● La optimización de los parámetros del proceso y la reducción del estiramiento de la capa de PP pueden mejorar la tensión de la cáscara. A través de la verificación en la producción, el efecto experimental es obvio, y el voltaje de la cáscara se puede mejorar significativamente.

Conclusión

A través de este estudio se demuestra que:

● En la prueba continua de tensión de coraza, el primer valor es el mayor, y el segundo tiende gradualmente a la estabilidad, y tiene una gran relación con la precisión de lectura del equipo de medida. Cuanto menor sea el intervalo de lectura del equipo, mayor será el resultado de la medición;

● La reproducibilidad de la tensión de la cáscara es relativamente pobre, y los resultados de la prueba de la misma batería son muy diferentes para varias veces;

● La batería con voltaje de la carcasa inferior a 0,8V no tiene riesgo de hinchazón y fugas, antes de 0,8~2,0V, con el aumento del voltaje de la carcasa, el riesgo de hinchazón y fugas aumenta gradualmente, lo cual es causado por las vías iónicas, el voltaje de la carcasa superior a 3,0V es causado por las vías electrónicas;

● El mecanismo de la tensión de concha es que las propiedades mecánicas de la capa de PP encapsulada se reducen, y el estiramiento durante el plegado hace que la capa de PP genere canales finos, formando una vía de iones para que el electrolito entre en contacto con la capa de aluminio, y se genere la tensión de concha.Optimizando los parámetros del proceso, o aumentando el grosor de la capa de PP, y cambiando las propiedades de la capa de PP, se puede mejorar significativamente la tensión de la carcasa de la batería.

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