Comment améliorer le volume des piles au lithium en sachet à haute température ?
Les principales entreprises de fabrication sont Les 10 premiers fabricants de piles à pocheet Les 10 premiers fabricants de films aluminium-plastique pour batteries au lithium. En raison de l'influence de l'environnement d'utilisation, de la saison, du climat régional, etc., une température élevée se produit inévitablement pendant l'utilisation réelle, ce qui peut facilement entraîner les inconvénients suivants piles en vrac et les performances électriques de la pile au lithium en poche.
Grâce à l'évaluation de l'électrolyte et à l'optimisation du processus, il a été déterminé que la combinaison de l'additif 3% VC contenu amélioré électrolyte et l'optimisation du processus peut améliorer de manière significative l'inhibition de la haute température des piles en vrac et des dommages continus aux propriétés électriques des piles au lithium à poche.
Expérience
Formulation et conception
Électrode positive (système huile) : oxyde de cobalt lithium : agent conducteur (SP) : liant (PVDF-HSV900) = 96:2:2 (rapport de masse) ; électrode négative (système eau) : graphite (Ningbo Shanshan FSN-4) : Épaississant (CMC) : Liant (SBR)=95,5:1,5:3,0 (rapport de masse) ; Diaphragme : diaphragme Celgard de 16 μm ; Électrolyte : Guangzhou Tianci. Selon la formule et la conception ci-dessus, il a été enroulé et assemblé en 494147 pouch square battery.
Différentes teneurs en additifs VC
Essai de production de batteries à électrolyte amélioré avec différentes teneurs en additifs VC.
L'électrolyte de type Tianci TC-E233H a été utilisé, et 0%, 1,5%, 3% et 4,5% d'additifs VC ont été ajoutés pour le transformer en quatre types d'électrolytes. Les batteries B, C et D des quatre schémas sont utilisées pour les essais suivants (le schéma A est le groupe de comparaison). Note : Étapes du processus après l'injection de liquide : ①Stand à température ambiante pour 8h→②Forming→③Stand à 40℃ pour 24h→④Degassing and sealing→⑤Flat pressure→⑥Distribute volume.
Essai de production d'une batterie optimisée par la technologie des procédés
Le déroulement du processus de la pile au lithium en poche après injection de liquide est le suivant : ①Standing at room temperature for 8 hours→②Forming→③Standing at 40℃ for 24h→④Degassing and sealing→⑤Flat pressing→⑥Volume separation ; optimize the process of step ①4 Le reste des étapes du groupe restent inchangées.
Groupe 1 : maintien à température ambiante pendant 8 heures (groupe témoin) ; groupe 2 : maintien à 60°C pendant 8 heures ; groupe 3 : maintien à 85°C pendant 8 heures ; groupe 4 : maintien à 100°C pendant 8 heures ; utilisé pour les tests suivants (solution électrolytique) L'option A est utilisée pour ajouter 0% VC).
Essai de production de la batterie avec la meilleure solution
En se basant sur le pourcentage optimal d'électrolyte VC obtenu dans la section 1.2 ci-dessus et sur la température de repos optimale de la section 1.3 comme conditions, la batterie de la solution optimale a été refaite pour l'évaluation des tests ultérieurs.
Expériences et conclusions
Expérience de la batterie à électrolyte amélioré
Étapes expérimentales : Prenez les quatre schémas A à D de la section 1.2, ① testez la capacité et l'épaisseur initiales ; ② chargez complètement ; ③ placez-les dans un incubateur à 85 ℃ pendant 48 heures ; ④ sortez-les et refroidissez-les à la température ambiante, et mesurez à nouveau la capacité et l'épaisseur ;
Répétez de ② à ④ jusqu'à ce que toutes les batteries en vrac soient coupées ; comparez le cycle des premières batteries en vrac, le taux de perte de capacité et le taux d'encombrement des batteries des quatre schémas. Le tableau 1 montre que les schémas C et D ont des batteries en vrac très résistantes aux températures élevées, et que les batteries en vrac n'apparaissent que lorsqu'elles sont exposées à 85 ℃ pendant 48 h au cours de la troisième semaine ;
La figure 1 montre que les taux d'encombrement des piles des schémas C et D après l'impact hebdomadaire à haute température sont beaucoup plus faibles que ceux des schémas A et B ;
La figure 2 montre que la perte de capacité de la batterie avec ajout de VC dans l'électrolyte est plus importante que celle sans VC, et que la perte de capacité augmente avec l'augmentation de l'ajout de VC.
| Programme | Un premier cycle en vrac |
| (0%VC-groupe de comparaison) | Semaine 1 |
| B(1.5%VC) | Semaine 2 |
| C(3%VC) | Semaine 3 |
| D(4.5%VC) | Semaine 3 |
Tableau 1 Cycles correspondant aux premières batteries en vrac de batteries à électrolyte avec différentes teneurs en VC
Figure 1. Histogramme du taux d'encombrement des piles après un choc thermique à chaque étape
Figure 2. Graphique linéaire du taux de perte de capacité cellulaire après un choc thermique à chaque étape
Le VC améliore la capacité de résistance des piles à haute température, mais la perte de capacité après un impact à haute température augmente également, ce qui peut s'expliquer par les caractéristiques du VC :
En tant que nouveau type d'additif organique formant un film et d'additif de protection contre la surcharge pour les batteries lithium-ion, le VC présente de bonnes performances à haute et basse température et une fonction anti-bulles, ce qui permet d'améliorer la capacité et la durée de vie de la batterie.
Lorsque les éléments de la batterie sont stockés et impactés à une température élevée de 85 °C, le film protecteur SEI de l'électrode négative apparaît inévitablement "endommagé et le VC se répare pour former un film". S'il n'y a pas de VC dans l'électrolyte, le film continuera à être endommagé, et le carbone de l'électrode négative et l'électrolyte seront affectés négativement. Le gaz produit par la réaction fait que la cellule batterie gonflée.
S'il y a un VC, le VC continuera à réparer le film SEI endommagé, de sorte que le carbone négatif et l'électrolyte ne produiront pas de réactions secondaires gazeuses, mais le processus de réparation consommera inévitablement le lithium efficace dans l'électrolyte, ce qui entraînera une perte de capacité irréversible. La perte a augmenté.
En combinant les résultats du tableau 1, de la figure 1 et de la figure 2, le schéma C (ajout de 3% VC à l'électrolyte modèle Tinci TC-E233H) est le meilleur schéma pour l'expérience de la section 2.1.
Expérience de la batterie d'optimisation des processus
Étapes expérimentales : 1. Test de la capacité initiale et de l'épaisseur des 4 batteries de la section 1.3 ;
Répéter de ② à ④ jusqu'à ce que toutes les piles en vrac soient coupées ; comparer le cycle et la capacité des premières piles en vrac dans les quatre schémas. En combinant les résultats du tableau 2, de la figure 3 et de la figure 4, le troisième groupe (après l'injection de liquide, laisser reposer à 85°C pendant 8h dans un four, puis le placer dans l'armoire) est la meilleure solution pour l'expérience de la section 2.2.
Le tableau 2 montre que le fait de rester à haute température pendant 8 heures après l'injection est bénéfique pour la résistance des piles à haute température au cours de la phase ultérieure. Bien que des piles en vrac se soient produites au cours de la deuxième semaine dans les groupes 2, 3 et 4, les groupes 3 et 4 ont été plus bénéfiques en comparaison ;
La figure 4 montre que la capacité moyenne de la batterie est réduite après l'injection de liquide à haute température, et que la capacité du quatrième groupe est très faible.
Comme le film protecteur SEI n'est pas formé sur l'électrode négative de la batterie avant la formation après l'injection de liquide, dans cette condition, certains composants de l'électrolyte subiront une réaction latérale lente avec l'électrode négative pour produire du gaz, qui passera d'une température normale à une température élevée.
Il peut accélérer le processus de catalyse de la réaction secondaire de cette partie des substances productrices de gaz, de sorte que la réaction peut être épuisée au maximum, afin d'éviter la production de gaz pendant le choc thermique cyclique à 85 °C pendant 48 h dans la phase ultérieure, provoquant ainsi un encombrement des piles.
En raison de la catalyse accélérée à haute température, les réactions secondaires augmentent avec la température, et la capacité irréversible augmente en conséquence. Par conséquent, la capacité moyenne diminue continuellement après la séparation du volume au cours de la phase ultérieure. Lorsque la température est de 100 °C, la capacité
D'autres composants de l'électrolyte peuvent également être décomposés sous l'effet de la chaleur, ce qui entraîne une baisse importante de la capacité. Si la température continue d'augmenter, l'électrolyte se décomposera facilement et les performances électriques de la batterie se détérioreront fortement à un stade ultérieur.
| Programme | Premier cycle de batteries en vrac |
| 1(8h à température normale - groupe de contrôle) | Semaine 1 (toutes les batteries en vrac) |
| 2(60℃8h) | Semaine 2 (toutes les batteries en vrac) |
| 3(85℃8h) | Semaine 2 (piles partielles en vrac) |
| 4(100℃8h) | Semaine 2 (piles partielles en vrac) |
Tableau 2 Tableau périodique correspondant aux premières piles en vrac à différentes températures de repos après l'injection de liquide.
Figure 3. Histogramme du taux d'encombrement des batteries de cellules après un choc thermique à chaque étape des 4 packs de batteries
Figure 4 Histogramme de la capacité moyenne de quatre groupes de batteries
Expérience de la batterie de la meilleure solution
Ajouter l'additif 3% VC à l'électrolyte de type Tianci TC-E233H. Après bobinage de la batterie et injection de liquide, ① séjour à 85°C pendant 8h → ② former → ③ séjour à 40°C pendant 24h → ④ dégazage et scellement → ⑤ pression à plat → ⑥ minutes Laisser faire ;
En combinant les meilleures solutions des expériences des sections 2.1 et 2.2, une batterie a été fabriquée et le cycle de la masse initiale des batteries, le taux de perte de capacité et le taux de masse des batteries ont été évalués après des chocs thermiques répétés à 85 °C pendant 48 heures ;
Prendre ensuite la nouvelle batterie après la répartition de la capacité et la soumettre à des chocs répétés à 85 °C pendant 48 heures. Le cycle de choc doit avoir lieu la semaine précédant le premier cycle de masse des piles (par exemple, si le premier cycle de masse des piles a lieu pour la cinquième fois, il faut prendre la quatrième semaine). 0,5 °C évalue la performance de cyclage près du bord de la pile après un choc thermique.
Le tableau 3 montre que la nouvelle batterie fabriquée en combinant le meilleur schéma des expériences de la section 2.1 et de la section 2.2, sa résistance à haute température est plus forte, et elle peut garantir qu'elle ne s'aplatit pas après un impact répété à 85 °C pendant 48 h à 3 reprises, et le taux de charge des batteries est également compris entre 1% et 5%.
| Projet | Impacts répétés à 85°C pendant 48h | |||
|---|---|---|---|---|
| Semaine 1 | Semaine 2 | Semaine 3 | Semaine 4 | |
| En vrac | Pas de piles en vrac | Pas de piles en vrac | Pas de piles en vrac | quelques piles en vrac |
| Taux de tolérance/% | 16.02 | 23.36 | 26.89 | 47.56 |
| Taux d'encombrement/% | 1.70 | 2.32 | 4.05 | 76.65 |
Tableau 3 Données sur chaque élément de l'impact répété à 85℃ pendant 48h.
La figure 5 montre que la nouvelle batterie a été chargée trois fois à 85 °C pendant 48 heures après que la capacité a été mesurée, et que la simulation a provoqué un choc thermique près du bord de la masse de la batterie. Le taux de rétention de la capacité de la batterie sur 300 cycles était toujours >85%, et la performance du cycle était bonne.
Figure 5 Courbe de cyclage après 3 chocs thermiques
Conclusion
(1) L'additif VC de l'électrolyte a un effet inhibiteur significatif sur le volume de la batterie à haute température, et l'ajout de 3% dans le modèle Tianci TC-E233H est la meilleure valeur ;
(2) Optimiser la technologie du processus, et optimiser l'attente à température ambiante pendant 8 heures après l'injection à 85 °C pendant 8 heures, de manière à maximiser la réaction des composants matériels dans l'électrolyte qui réagissent avec l'électrode négative pour produire du gaz.
Il évite la ré-réaction et la production de gaz lors du choc thermique ultérieur, provoquant ainsi l'encombrement des batteries, et a également un effet inhibiteur significatif sur l'encombrement des batteries à haute température.
(3) En combinant la méthode consistant à "ajouter 3% VC à l'électrolyte de type TC-E233H et à injecter le liquide, celui-ci est porté à 85 °C pendant 8 heures avant d'être formé", la pile au lithium carrée en sachet obtenue est résistante aux températures élevées et à la chaleur. Capacité d'impact plus forte.
Elle peut atteindre 85 °C pendant 48 h à 3 reprises sans que les batteries ne soient encombrées, et la batterie conserve une excellente performance de >85% pour 300 cycles à 0,5 °C après avoir été soumise à 3 chocs thermiques.
Ainsi, si vous souhaitez en savoir plus sur les piles résistantes aux températures élevées, vous pouvez vous renseigner sur les piles à coque en aluminium. Les piles à enveloppe en aluminium présentent les caractéristiques d'une bonne dissipation de la chaleur et d'une résistance élevée à la pression.
