Warum entladen sich Lithium-Ionen-Batterien selbst, wie misst man die Selbstentladung?

Die Selbstentladungsreaktion derLitium-Ionen-Batterieist unvermeidbar. Seine Existenz führt nicht nur zu einer Verringerung der eigenen Kapazität der Batterie&# 39, sondern beeinträchtigt auch die Montage- und Zykluslebensdauer der Batterie&# 39 erheblich. Die Selbstentladungsrate von Lithium-Ionen-Batterien beträgt im Allgemeinen 2% bis 5% pro Monat, wodurch die Verwendungsanforderungen einzelner Zellen vollständig erfüllt werden können.

Sobald jedoch die einzelne Lithiumbatterie zu einem Modul zusammengebaut ist, sind die Eigenschaften jeder einzelnen Lithiumbatterie nicht vollständig konsistent. Nach jedem Laden und Entladen kann die Klemmenspannung jeder einzelnen Lithiumbatterie keine vollständige Konsistenz erreichen, was zu einer Überladung führt Wenn im Modul überentladene Zellen auftreten, verschlechtert sich die Leistung der Zellenlithiumbatterie. Wenn die Anzahl der Lade- und Entladevorgänge zunimmt, wird der Grad der Verschlechterung weiter verschärft und die Zykluslebensdauer wird im Vergleich zu nicht zusammengebauten Einzelzellen stark verkürzt. Eine gründliche Untersuchung der Selbstentladungsrate von Lithium-Ionen-Batterien ist daher ein dringender Bedarf für die Batterieproduktion.

1

Faktoren, die die Selbstentladung beeinflussen

Das Selbstentladungsphänomen der Batterie bezieht sich auf das Phänomen des spontanen Verlusts der Kapazität der Batterie, wenn sie in einem offenen Stromkreis belassen wird, und wird auch als Ladungsrückhaltekapazität bezeichnet. Die Selbstentladung kann im Allgemeinen in zwei Typen unterteilt werden: reversible Selbstentladung und irreversible Selbstentladung. Die Verlustkapazität kann reversibel für reversible Selbstentladung kompensiert werden, das Prinzip ähnelt der normalen Batterieentladungsreaktion. Die Selbstentladung, die den Kapazitätsverlust nicht kompensieren kann, ist eine irreversible Selbstentladung. Der Hauptgrund ist, dass innerhalb der Batterie eine irreversible Reaktion aufgetreten ist, einschließlich der Reaktion der positiven Elektrode und des Elektrolyten, der Reaktion der negativen Elektrode und des Elektrolyten, der Reaktion, die durch die Verunreinigungen im Elektrolyten verursacht wird, und des Herstellungszeitpunkts Irreversible Reaktionen durch Mikrokurzschlüsse durch mitgeführte Verunreinigungen. Die Einflussfaktoren der Selbstentladung sind wie folgt.

1 Kathodenmaterial

Der Einfluss des positiven Elektrodenmaterials besteht hauptsächlich darin, dass das Übergangsmetall und Verunreinigungen des positiven Elektrodenmaterials an der negativen Elektrode ausgefällt werden, um einen internen Kurzschluss zu verursachen, wodurch die Selbstentladung der Lithiumbatterie erhöht wird. Yah-Mei Teng et al. untersuchten die physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften von zwei LiFePO4-Kathodenmaterialien. Die Studie ergab, dass Batterien mit hohem Eisenverunreinigungsgehalt in den Rohstoffen sowie beim Laden und Entladen eine hohe Selbstentladungsrate und eine schlechte Stabilität aufweisen. Der Grund dafür ist, dass Eisen an der negativen Elektrode allmählich abnimmt und ausfällt, den Separator durchstößt und einen Kurzschluss in der Batterie verursacht, was zu einer höheren Selbstentladung führt.

2 Anodenmaterial

Der Einfluss des negativen Elektrodenmaterials auf die Selbstentladung ist hauptsächlich auf die irreversible Reaktion zwischen dem negativen Elektrodenmaterial und dem Elektrolyten zurückzuführen. Bereits 2003 haben Aurbach et al. schlugen vor, den Elektrolyten zu reduzieren, um Gas freizusetzen, wodurch die Graphitoberfläche dem Elektrolyten ausgesetzt wird. Beim Laden und Entladen wird beim Einsetzen und Extrahieren von Lithiumionen die Graphitschichtstruktur leicht beschädigt, was zu einer hohen Selbstentladungsrate führt.

3 Elektrolyt

Der Einfluss des Elektrolyten umfasst hauptsächlich: Korrosion der Oberfläche der negativen Elektrode durch den Elektrolyten oder Verunreinigungen; Auflösung des Elektrodenmaterials im Elektrolyten; Die Elektrode ist mit einem unlöslichen Feststoff oder Gas bedeckt, das vom Elektrolyten unter Bildung einer Passivierungsschicht zersetzt wird. Derzeit widmen sich zahlreiche Forscher der Entwicklung neuer Additive zur Unterdrückung des Einflusses von Elektrolyt auf die Selbstentladung. Jun Liu et al. fügte dem Batterieelektrolyten NCM111 Additive wie VEC hinzu und stellte fest, dass sich die Hochtemperaturzyklusleistung der Batterie&# 39 verbesserte und die Selbstentladungsrate im Allgemeinen abnahm. Der Grund ist, dass diese Additive den SEI-Film verbessern können, wodurch die negative Elektrode der Batterie geschützt wird.

4 Speicherstatus

Die allgemeinen Einflussfaktoren des Lagerstatus sind Lagertemperatur und Batterie-SOC. Im Allgemeinen ist die Selbstentladung der Batterie umso größer, je höher die Temperatur und je höher der Ladezustand ist. Takashi et al. Experimente zum Kapazitätsabfall an Lithiumeisenphosphatbatterien unter statischen Bedingungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Temperatur die Kapazitätserhaltungsrate mit der Lagerzeit allmählich abnimmt und die Selbstentladungsrate der Batterie zunimmt.

Liu Yunjian und andere verwendeten eine handelsübliche Lithium-Manganat-Batterie und stellten fest, dass mit zunehmendem Ladezustand der Batterie&das relative Potential der positiven Elektrode immer höher und ihre Oxidierbarkeit immer stärker wurde. Das relative Potential der negativen Elektrode wurde immer geringer. Ihre Reduzierbarkeit wird immer stärker. Beide können die Ausfällung von Mn beschleunigen, was zu einer Erhöhung der Selbstentladungsrate führt.

5 Andere Faktoren

Es gibt viele Faktoren, die die Selbstentladungsrate der Batterie beeinflussen. Zusätzlich zu den oben eingeführten gibt es hauptsächlich die folgenden Aspekte: Während des Produktionsprozesses entstehen die Grate, die beim Schneiden der Polstücke entstehen, und die Verunreinigungen, die aufgrund von Problemen in der Produktionsumgebung in die Batterie gelangen, wie z. B. Staub, Metallpulver Die Polstücke usw. können einen internen Mikrokurzschluss der Batterie verursachen. Die externe Umgebung ist feucht, der externe Stromkreis ist nicht vollständig isoliert und das Batteriegehäuse ist schlecht isoliert. Während der Lagerung befindet sich eine externe elektronische Schaltung, die zur Selbstentladung führt. Während der Langzeitlagerung versagt die Verbindung zwischen dem aktiven Material des Elektrodenmaterials und dem Stromkollektor, was zum Ablösen und Ablösen des aktiven Materials führt, was zu einer Verringerung der Kapazität und einer Erhöhung der Selbstentladung führt. Jeder der oben genannten Faktoren oder eine Kombination mehrerer Faktoren kann das Selbstentladungsverhalten der Lithiumbatterie verursachen, was es schwierig macht, die Ursache für die Selbstentladung zu finden und die Speicherleistung der Batterie abzuschätzen.

2

Messmethode der Selbstentladungsrate

Aus der obigen Analyse ist bekannt, dass die Selbstentladungsrate von Lithiumbatterien im Allgemeinen niedrig ist. Die Selbstentladungsrate selbst wird durch Faktoren wie Temperatur, Anzahl der Verwendungszyklen und SOC beeinflusst. Daher ist es sehr schwierig und zeitaufwendig, die Selbstentladung der Batterie genau zu messen.

1 Traditionelle Messmethode für die Selbstentladungsrate

Gegenwärtig sind die traditionellen Selbstentladungserfassungsverfahren wie folgt:

1.1 Direkte Messmethode

Laden Sie den zu testenden Akku zunächst bis zu einem bestimmten Ladezustand auf und lassen Sie ihn einige Zeit offen. Entladen Sie dann den Akku, um den Kapazitätsverlust des Akkus zu bestimmen. Selbstentladungsrate:

In der Formel: C ist die Nennkapazität der Batterie; C1 ist die Entladekapazität. Nach dem Öffnen des Stromkreises kann die verbleibende Kapazität der Batterie durch Entladen der Batterie erhalten werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Akku mehrmals aufgeladen und entladen, um die volle Kapazität des Akkus zu bestimmen. Diese Methode kann den irreversiblen Kapazitätsverlust und den reversiblen Kapazitätsverlust der Batterie bestimmen.

1.2 Messmethode für die Leerlaufspannungsdämpfungsrate

Die Leerlaufspannung steht in direktem Zusammenhang mit dem Ladezustand SOC der Batterie GG. Es muss nur die Änderungsrate des OCV der Batterie&über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden, nämlich:

Das Verfahren ist einfach zu bedienen und muss nur die Spannung der Batterie in einem beliebigen Zeitraum aufzeichnen, und dann kann der Ladezustand der Batterie zu diesem Zeitpunkt gemäß der entsprechenden Beziehung zwischen der Spannung und dem Batterie-SOC erhalten werden . Durch die Berechnung der Abklingsteigung der Spannung und der Abklingkapazität entsprechend der Zeiteinheit kann schließlich die Selbstentladungsrate der Batterie erhalten werden.

1.3 Kapazitätserhaltungsmethode

Messen Sie die gewünschte Leerlaufspannung der Batterie&# 39 oder die vom SOC benötigte Energiemenge, um die Selbstentladungsrate der Batterie&# 39 zu erhalten. Das heißt, der Ladestrom, wenn die Leerlaufspannung der Batterie gemessen wird, wird beibehalten, und die Selbstentladungsrate der Batterie kann als der gemessene Ladestrom angesehen werden.

2 Schnellmessmethode mit Selbstentladungsrate

Da die herkömmliche Messmethode lange dauert und die Messgenauigkeit unzureichend ist, wird die Selbstentladungsrate in den meisten Fällen nur als Methode zum Screening der Batterie bei der Batterieerkennung verwendet. Das Aufkommen einer Vielzahl neuartiger und praktischer neuer Messmethoden spart viel Zeit und Mühe bei der Messung der Selbstentladung der Batterie.

2.1 Digitale Steuerungstechnik

Die digitale Steuerungstechnologie ist eine neue Selbstentladungsmessmethode, die von der herkömmlichen Selbstentladungsmessmethode unter Verwendung eines Einzelchip-Mikrocomputers usw. abgeleitet ist. Diese Methode bietet die Vorteile einer kurzen Messzeit, einer hohen Genauigkeit und einer einfachen Ausrüstung.

2.2 Ersatzschaltbild

Die Ersatzschaltbildmethode ist eine brandneue Selbstentladungsmessmethode. Diese Methode simuliert die Batterie als Ersatzschaltbild, mit dem die Selbstentladungsrate der Lithium-Ionen-Batterie schnell und effektiv gemessen werden kann.

3

Bedeutung der Messung der Selbstentladungsrate

Als wichtiger Leistungsindex von Lithium-Ionen-Batterien hat die Selbstentladungsrate einen wichtigen Einfluss auf die Auswahl und Gruppierung von Batterien. Daher ist es von weitreichender Bedeutung, die Selbstentladungsrate von Lithiumbatterien zu messen.

1 Sagen Sie die Problemzelle voraus

In der gleichen Charge von Batterien sind die Materialien und Fertigungskontrollen grundsätzlich gleich. Wenn die weiße Entladung einzelner Batterien offensichtlich zu groß ist, ist der Grund wahrscheinlich ein schwerwiegender Mikrokurzschluss aufgrund von Verunreinigungen und Graten, die den Separator durchdringen. Weil die Auswirkung eines Mikrokurzschlusses auf die Batterie langsam und irreversibel ist. Daher wird sich die Leistung solcher Batterien kurzfristig nicht wesentlich von der von normalen Batterien unterscheiden, aber da sich die interne irreversible Reaktion nach Langzeitlagerung allmählich vertieft, ist die Batterieleistung weitaus geringer als die Werksleistung und andere normale Batterieleistung. Um die Qualität der Werksbatterien zu gewährleisten, müssen daher Batterien mit großer Selbstentladung entfernt werden.

2 Gruppieren Sie die Batterien

Lithiumbatterien benötigen eine bessere Konsistenz, einschließlich Kapazität, Spannung, Innenwiderstand und Weißentladungsrate. Die Auswirkung der Selbstentladungsrate der Batterie&auf den Akku ist hauptsächlich wie folgt: Sobald das Modul zusammengebaut ist, fällt die Spannung aufgrund der unterschiedlichen Selbstentladungsraten der einzelnen Lithiumbatterien in unterschiedlichem Maße ab Während des Regal- oder Zyklusvorgangs und in Reihe aufladen Unter dem Strom ist der Strom wieder gleich, sodass nach jeder Aufladung einzelne Zellen im Lithiumbatteriemodul über- oder untergeladen sein können. Wenn die Anzahl der Lade- und Entladevorgänge zunimmt, verschlechtert sich die Batterieleistung allmählich und die Lebensdauer ist im Vergleich zu nicht zusammengebauten Einzelzellen erheblich gesunken. Daher erfordert die Batterieanordnung eine genaue Messung und Abschirmung der Selbstentladungsrate von Lithium-Ionen-Batterien.

3 Korrektur der Batterie-SOC-Schätzung

Der Ladezustand wird auch als verbleibende Kapazität bezeichnet. Dies ist das Verhältnis der verbleibenden Kapazität, nachdem die Batterie über einen bestimmten Zeitraum oder über einen längeren Zeitraum nicht verwendet wurde, und ihrer vollständig geladenen Kapazität, üblicherweise ausgedrückt als Prozentsatz. Die Selbstentladungsrate hat einen wichtigen Referenzwert für die SOC-Schätzung von Lithium-Ionen-Batterien. Die Korrektur des Anfangswertes des SOC durch Selbstentladestrom kann die Genauigkeit der SOC-Schätzung verbessern. Einerseits kann für den Kunden die nutzbare Zeit oder Fahrstrecke des Produkts basierend auf der verbleibenden Leistung geschätzt werden; Andererseits kann die Genauigkeit der SOC-Vorhersage von BMS effektiv verbessert werden, um eine Überladung der Batterie zu verhindern. Überentladung, wodurch die Batterielebensdauer verlängert wird.