Facteurs d'influence et mesures d'amélioration de la consistance des piles au lithium

Fabricant de batteries lithium-ion Odm doit commencer par le processus de production et étudier l'influence du processus principal et de son équipement de production sur la consistance de la batterie. Cet article analyse les facteurs affectant l'homogénéité des batteries lithium-ion et présente sept mesures d'amélioration.

Inconvénients de l'incohérence des piles au lithium

La différence de performance de la batterie se reflète principalement dans la capacité de la batterie, la résistance interne, la tension, etc. Après le regroupement des cellules, pendant le processus de charge, les cellules de faible capacité seront chargées en premier, et les cellules de grande capacité continueront à se charger, ce qui entraînera une surcharge des cellules de faible capacité ;

Au cours du processus de surcharge, les ions lithium précipitent des dendrites de lithium sur la surface de l'électrode négative en graphite. Une surcharge à long terme peut entraîner une croissance verticale du lithium métallique à partir de la surface du graphite et percer le diaphragme, provoquant un court-circuit de la cellule de la batterie, voire un incendie ou une explosion ;

Au cours du processus de décharge, les batteries de faible capacité seront entièrement déchargées en premier, mais les autres batteries n'ont pas encore été entièrement déchargées. Si vous voulez que toutes les batteries déchargent la puissance restante, les batteries de faible capacité seront inévitablement surdéchargées, et une surdécharge à long terme affectera la durée de vie de l'ensemble du module.

De même, dans le circuit série-parallèle, la différence de résistance interne des cellules individuelles reflétera également les problèmes de charge rapide, de production de chaleur importante et de taux de décharge différents de certaines batteries au cours du processus de charge et de décharge. En fin de compte, cela entraînera une réduction de la capacité, une réduction de la durée de vie et même des problèmes de sécurité du module de batterie. Il est donc nécessaire d'étudier les facteurs influençant la consistance des batteries lithium-ion et les mesures d'amélioration correspondantes.

Principaux facteurs influençant la consistance des piles au lithium

Le processus de fabrication des batteries lithium-ion est complexe et comporte de nombreux processus ; ces processus peuvent être divisés en trois sections : la production de pièces polaires, la production de cellules de batterie et l'assemblage de la batterie. Avant de comprendre les facteurs affectant la consistance des batteries au lithium, il est nécessaire de comprendre le processus de fabrication des batteries au lithium-ion.

Chaque processus de fabrication aura un impact sur la consistance des piles au lithium. Parmi eux, les maillons de production tels que le mélange, le revêtement et le laminage sont difficiles à contrôler et sont les plus susceptibles de provoquer des écarts. Il existe des différences dans les performances de la batterie finie, ce qui a un impact important sur l'homogénéité.

Mélange

Le mélange, y compris le dosage et l'agitation, est l'un des processus les plus critiques affectant les performances des piles au lithium. Étant donné que la sélection, la conception, le traitement, le dosage raisonnable et le processus de mélange des matériaux sont cruciaux pour les performances du produit fini, certains fabricants estiment que leur impact sur la qualité des piles dans l'ensemble du processus de production est supérieur à 30%.

Calculer la quantité réelle de chaque matériau en fonction du rapport entre le contenu solide, le matériau actif, l'agent conducteur et le liant, puis ajouter dans l'ordre l'eau désionisée, le liant, l'agent conducteur et le matériau actif. Après une certaine période de mélange et d'agitation sous vide, la dispersion est uniforme et aucune bulle d'air n'est générée, et le revêtement est effectué après ajustement à une viscosité appropriée.

Revêtement

Pendant le processus de revêtement :

1) Si la température est trop élevée, la pièce du poteau se fissurera facilement, et si la température est basse, la pièce du poteau ne sera pas complètement sèche ;

2) La densité de surface est faible, la capacité nominale de la batterie ne peut être atteinte et la performance du cycle est médiocre. Si la densité de surface est élevée, alors que le matériau est gaspillé, des dendrites de lithium peuvent se former en raison d'électrodes positives excessives, ce qui entraîne des risques pour la sécurité ;

3) Si la taille du revêtement est trop petite ou trop grande, cela peut entraîner un processus de charge et de décharge dangereux et un court-circuit ;

4) Un mauvais alignement entre la seconde surface et la première surface peut également faire en sorte que l'électrode négative n'entoure pas complètement l'électrode positive. Par conséquent, la qualité et la régularité du processus de revêtement ont un impact majeur sur la régularité des performances des piles au lithium.

De nombreux facteurs affectent la qualité du revêtement, tels que : la précision de fabrication de la tête de revêtement, la stabilité du fonctionnement de l'équipement, le contrôle de la tension dynamique pendant le mouvement, le volume et la pression de l'air pendant le processus de séchage, et le contrôle de la courbe de température.

Roulant

L'objectif du laminage est de rendre la combinaison de la matière active et de la feuille plus dense et plus uniforme en épaisseur. L'importance de la densité de compactage par laminage affecte directement les performances et la consistance de la batterie :

1) Une densité de compactage excessive rend le contact entre les particules trop étroit, et la conductivité électronique est améliorée. Cependant, le canal de mouvement des ions est réduit ou bloqué, ce qui n'est pas propice au développement de la capacité, la polarisation augmente pendant le processus de décharge, la tension chute et la capacité diminue ;

2) La densité de compactage est trop faible, la distance entre les particules est grande, il y a de nombreux canaux ioniques, et l'électrolyte absorbe une grande quantité, ce qui favorise le mouvement des ions, mais en raison de la faible surface de contact entre les particules, elle ne favorise pas la conduction électronique, et la polarisation de la décharge augmente.

En bref, la capacité initiale, la résistance interne et la performance du cycle de capacité des piles au lithium ayant des densités de compactage différentes sont totalement incohérentes, et de petites différences dans les densités de compactage conduiront à de grandes incohérences dans la performance des piles. Par conséquent, le laminage doit assurer une épaisseur uniforme de la pièce polaire pour garantir une densité de compactage constante et produire des piles au lithium aux performances constantes. Le contrôle de la densité de compactage est principalement réalisé en contrôlant l'épaisseur du laminage.

La qualité de l'équipement de laminage dépend principalement de facteurs tels que l'écart entre les cylindres non chargés, la rigidité du laminoir, l'épaisseur d'entrée de la pièce de laminage, la résistance à la déformation de la pièce de laminage, l'épaisseur du film d'huile de roulement et l'excentricité du cylindre ; En outre, lorsque le cylindre est excentré dans la machine de laminage, l'épaisseur de la feuille d'électrode après le laminage fluctuera jusqu'à ±7μm, ce qui affectera gravement la consistance de la batterie.

Effet de la pression du rouleau sur l'épaisseur de la plaque polaire

Mesures d'amélioration de la cohérence de la batterie

1. Dimensions du processus de production

Contrôler la consistance des différentes matières premières de la batterie - surveiller la rhéologie et la viscosité de la suspension, et ne pas laisser la suspension pendant une longue période pour s'assurer que la rhéologie de la suspension est la même lors de l'enrobage ; bien surveiller les paramètres d'enrobage, en particulier la suspension de phosphate de fer-lithium. En raison des fines particules de phosphate de fer lithié, les performances de traitement de la suspension sont médiocres ; il faut donc veiller à ralentir la vitesse de la machine d'enrobage pendant l'enrobage ;

Détecter l'apparence de la pièce polaire et retirer la pièce polaire défectueuse ; peser la pièce polaire ; comparer la mauvaise qualité de la batterie avant et après l'injection de liquide ; prêter attention au contrôle de la température et de l'humidité dans le revêtement, à la formation chimique et à d'autres liens ; formuler des normes pour diverses matières premières, et inspecter et stocker les matières premières en stricte conformité avec les normes ;

Un contrôle statistique strict du processus (CSP) est effectué sur le processus pour s'assurer que chaque processus se situe dans la plage de tolérance spécifiée ; pour s'assurer que l'indice de capacité du processus est atteint de manière à ce qu'il suive la distribution normale des paramètres de production.

2. Dimensions du processus de mise en correspondance

Veiller à ce que le bloc-batterie utilise des batteries de spécifications et de modèles uniformes, et s'assurer de la qualité des batteries, en particulier de la cohérence de la tension initiale. Les conditions de sélection sont : la tension, la résistance interne et les données de formation de la batterie ; il existe de nombreuses méthodes d'évaluation de la cohérence, les plus couramment utilisées étant la méthode du coefficient d'étendue, la méthode du coefficient d'écart type et la méthode du seuil.

Combinées à l'analyse en grappes, la forme, la distance et la zone de la courbe de charge et de décharge de la batterie formée par chaque point de détection dans l'intervalle de temps défini sont utilisées pour la classification scientifique afin de déterminer la cohérence de la batterie. Sur la base du seuil de capacité ou de tension, la forme de la courbe de charge et de décharge, la distance entre les courbes, la zone délimitée par la courbe, etc. sont calculées, et les paramètres qui peuvent refléter la cohérence de la courbe sont sélectionnés pour être jugés.

Au cours du processus de charge et de décharge, les courbes sont plus proches, la distance relative est plus petite, la zone délimitée par la courbe est plus petite et la différence entre les groupes est faible, de manière à obtenir une correspondance cohérente optimale.

3. Gestion de l'équilibre de la batterie

Du point de vue du système de gestion de la batterie, il faut comprendre la loi de développement de l'incohérence des cellules individuelles dans le bloc-batterie et ajuster ou remplacer à temps la batterie avec des paramètres extrêmes pour s'assurer que l'incohérence des paramètres du bloc-batterie n'augmente pas avec le temps ;

Évitez de surcharger la batterie et essayez d'empêcher une décharge profonde de la batterie. Assurer un bon environnement d'utilisation pour le bloc-batterie, essayer d'assurer une température constante, réduire les vibrations et veiller à ce que l'eau, la poussière, etc. ne polluent pas le pôle de la batterie. En même temps, du point de vue de la gestion et de la stratégie de l'énergie, un système pratique de gestion et d'égalisation de l'énergie du bloc-batterie est présenté pour formuler une stratégie raisonnable d'égalisation de la batterie afin d'intervenir activement et de réduire l'incohérence de la batterie. Si vous souhaitez connaître les fabricants de systèmes de gestion de la batterie, vous trouverez ci-dessous les 10 premiers fournisseurs de systèmes de gestion de batterie.

4. Gestion thermique de la batterie

Au cours de l'utilisation de la batterie, la différence de résistance interne, la disposition de la batterie et d'autres facteurs entraîneront une différence entre sa propre température et la température ambiante au cours du processus de charge et de décharge, ce qui conduira directement à une différence dans sa performance de sortie.

Le rôle de la gestion thermique de la batterie est de maintenir la température de fonctionnement du bloc-batterie dans la plage de température de fonctionnement optimale de la batterie, d'assurer la cohérence des conditions de température entre les batteries, et donc d'assurer la cohérence des paramètres de fonctionnement de la batterie.

5. Stratégie de contrôle

En termes de gestion de l'énergie, lorsque la puissance de sortie est autorisée, la profondeur de décharge de la batterie doit être réduite au minimum. Les cellules lithium-ion perdent de leur consistance dans des conditions de décharge profonde et la durée de vie de la batterie est réduite. Essayez d'empêcher la batterie de se décharger profondément tout en évitant de la surcharger.

Un système équipé d'un circuit d'égalisation peut empêcher la surcharge des batteries individuelles, réduire correctement la tension de fin de charge et prolonger la durée de vie du groupe de batteries.

6. Equipement

Le choix d'un équipement hautement automatisé, très précis, très stable et intelligent permet de garantir la cohérence des cellules individuelles, de réduire les différences entre les différentes cellules et l'influence des facteurs humains. En voici un exemple : Dans le système d'alimentation automatique en boue, il faut veiller à empêcher la stratification de la boue dans le réservoir de stockage, surveiller le niveau de la boue dans le cylindre de transition, la stabilité de la pompe à vis, et si le blocage du réservoir de filtration est nettoyé à temps, etc.

Choisir des équipements d'enduction dotés de têtes d'enduction de haute précision, d'un fonctionnement stable, d'un excellent contrôle dynamique de la tension, du volume d'air de séchage, de la pression de l'air et de la courbe de température ; utiliser des rayons X/β pour contrôler en ligne la densité de la surface enduite, mesurer la température de la surface de la pièce polaire et contrôler en ligne l'écoulement, la viscosité et la température.

7. Autres

Au cours de l'utilisation quotidienne et du processus d'entretien, la batterie à faible capacité dans la mesure est chargée séparément pour l'entretien afin de rétablir ses performances ; le bloc-batterie est chargé pour l'entretien avec un faible courant à intervalles réguliers pour favoriser l'équilibre et le rétablissement des performances du bloc-batterie lui-même ;

En ce qui concerne l'environnement d'utilisation, un système de gestion de la batterie et un contrôleur de véhicule sont nécessaires pour garantir un bon environnement d'utilisation et des conditions constantes pour le bloc-batterie.

Conclusion

L'homogénéité des piles au lithium a un impact très important sur la conformité de la capacité du produit, la durée de vie et même les questions de sécurité. Les problèmes d'homogénéité sont affectés par de multiples facteurs, qui sont transitifs et cumulatifs. Les problèmes de cohérence sont affectés par de multiples facteurs, qui sont transitifs et cumulatifs. Bien que l'incohérence ne puisse pas être complètement éliminée,

Cependant, elle peut être améliorée du point de vue de la dimension du processus de production, de la dimension du processus d'assemblage, de la gestion de l'équilibre de la batterie, de la gestion thermique, de la stratégie de contrôle, de l'équipement de production, etc. L'équipement de production des batteries joue un rôle décisif dans la qualité de la fabrication des produits. Plus les exigences de qualité sont élevées, plus les exigences de cohérence sont strictes et plus les batteries sont sûres, plus l'équipement de production est important.

Les principaux fabricants de batteries lithium-ion ne peuvent promouvoir le développement de l'industrie des batteries que par une innovation technologique continue des équipements, ce qui se reflète dans la technologie et la qualité des équipements au niveau microéconomique, et la technologie et la qualité déterminent l'orientation des équipements.