Analizador de volumen de gasificación in situ de baterías de iones de litio de laboratorio para I+D de baterías

Comportamientos de gasificación de baterías de iones de litio

Producción de gas de formación:

El proceso de formación de las baterías de iones de litio va acompañado de una gran cantidad de producción de gas, que está estrechamente relacionada con el sistema químico de la celda, los materiales del ánodo y el cátodo, los componentes del electrolito y las condiciones de formación;

Las condiciones de formación (como corriente, voltaje de corte, temperatura, presión, etc.) afectan el tiempo del paso de formación. Acortar efectivamente el ciclo de formación puede mejorar en gran medida la eficiencia de producción de la empresa. ' batería;

En la actualidad, las empresas se basan básicamente en el juicio empírico para el establecimiento del proceso y las condiciones de formación, y carecen de medios y bases científicas y eficaces para mejorar las condiciones de formación;

Producción de gas durante la sobrecarga:

El riesgo de sobrecarga es un problema de seguridad muy importante en el uso real de las baterías de iones de litio;

Las baterías de iones de litio tendrán reacciones secundarias graves durante el proceso de sobrecarga y, a menudo, van acompañadas de una gran cantidad de generación de gas, lo que hace que el volumen o la presión interna de la batería aumente rápidamente, aumentando el riesgo de fuga térmica;

Producción de gas durante el almacenamiento o ciclo:

Durante el almacenamiento a largo plazo o el ciclo, las baterías de iones de litio sufrirán lentamente reacciones secundarias y producirán gas, especialmente en condiciones de alta temperatura, que es más probable que ocurra. Este es un problema de confiabilidad muy crítico para las baterías de iones de litio.

Funciones del analizador de volumen de gasificación in situ

El analizador de volumen de gas in situ de la serie GVM adopta un sistema de monitoreo mecánico de alta precisión, que puede registrar células in situ ' cambios de volumen en todo el proceso de carga y descarga, y obtenga el volumen de gasificación preciso de las celdas y la tasa de cambio de volumen durante cada etapa.

*Mejora de la eficiencia: evalúe rápidamente el comportamiento de gasificación de las celdas, acorte el período de investigación y desarrollo y mejore la eficiencia;

* Reducción de costos: ayuda a optimizar el proceso de formación, mejora la eficiencia de producción y reduce la empresa ' costo de producción;

*Optimización del diseño de celdas: cuantificar el volumen de gasificación y la tasa de gasificación durante todo el proceso de formación de celdas1.

Al combinarse con el análisis de tres electrodos de la curva de formación, se puede implementar la evaluación sistémica de las influencias de diferentes factores de diseño en la formación de células y ayudar a optimizar el rendimiento de la célula al mejorar la formación de SEI.

* Confiabilidad y amp; Diseño de seguridad: el monitor de volumen de gas in situ también puede estudiar y analizar el comportamiento de gasificación durante la prueba de abuso de sobrecarga, ciclos de alta temperatura, etc.

Método de prueba tradicional

Medición de volumen ex situ:

El método de volumen de desplazamiento se ha utilizado ampliamente para medir el volumen de las células después de la gasificación. Es fácil de operar pero solo proporciona información limitada:

*Medición de un solo punto: incapaz de adquirir el cambio de volumen y la tasa de gasificación de todo el proceso de formación de las células9;

*Medición no in situ: fácil de ser interferido por el entorno externo durante el proceso de medición de transferencia;

* Ponderada por el balance general: incapaz de lograr una medición en línea, a largo plazo, estable y de alta precisión.

* Alto desperdicio de células: incapaz de eliminar la influencia de la consistencia celular.

Medición de presión interna

La Medición de la Presión Interna es otro método ampliamente utilizado, que monitorea el cambio de presión interna de las celdas mediante la implantación de un dispositivo de sensor de presión en la celda. Este método solo se puede aplicar en las celdas prismáticas y necesita preparar una muestra de celda especial, por lo que es complicado en la operación y consume un alto costo.

solución creativa

ln-s i tu medida:

Con un sistema de detección mecánica de alta precisión de desarrollo propio instalado en el monitor de volumen de gas in situ de la serie GVM, podemos implementar un & medición de alta estabilidad del proceso de gasificación de baterías de iones de litio; Se aplica un módulo de adquisición de datos ADC de alta precisión y se coordina con el software multifuncional de monitoreo de volumen de gas in situ MISG. Los cambios de volumen durante el proceso de carga y descarga de la batería de iones de litio se pueden monitorear en tiempo real y presentar el nivel de expansión y contracción de la batería en línea. A través de datos de comunicación basados ​​en CAN, es conveniente implementar la ampliación de varios módulos.

La serie GVM son los primeros monitores de volumen de gas in situ en la industria de baterías de iones de litio.

*Desarrollado con CATL, la compañía de baterías de mayor potencia y autorizado exclusivamente para la patente.

Software y diagrama constitucional del dispositivo

Sistema de prueba de aprendizaje de alta energía: monitoreo en línea in situ a largo plazo y cumple con los requisitos de precisión;

Software de prueba dedicado ： recopilación y visualización en tiempo real de datos del sistema de prueba mecánica, y curvas de cambio de volumen dibujadas automáticamente;

Sistema auxiliar: diseño de estructura especial, conveniente para intervenir en el soporte del sistema auxiliar, realizar control de ajuste de temperatura de prueba.

Aplicaciones

Análisis de formación de gases

1.diferentes materiales ' aplicación de formación de gases

Condición de prueba: 25 ℃ 0.04C/0.1C

El material A modificado tiene un tamaño de partícula más pequeño que el material B convencional, y la reacción de formación de película SEI es más suficiente durante la formación, y la producción de gas es mayor;

Con los mismos parámetros de diseño, solo se realiza la modificación y modificación superficial del material. Al comparar la producción de gas y la tasa de producción de gas de la formación de celdas, el efecto del material procesado en la formación de celdas se puede obtener de forma rápida e intuitiva, lo que ayuda al desarrollo y mejora de nuevos materiales.

2.Diferentes electrolitos ' s aplicación de formación de gases (condición de prueba: 25 ℃ 0.02 ℃ )

En el mismo electrolito, la producción de gas de formación celular y la tasa de producción de gas del electrolito B con cierto aditivo son mayores que las del electrolito A sin aditivos. Este aditivo puede hacer que la reacción de formación de película celular sea más completa;

Los aditivos en el electrolito tienen una gran influencia en la reacción de formación de película SEI de la etapa de formación celular. Al comparar los cambios en el volumen de producción de gas y la tasa de producción de gas de la formación de celdas por el electrolito con diferentes aditivos, se evalúa rápidamente el efecto del aditivo en la formación de celdas. La influencia del proceso de formación, combinada con la curva de formación de tres electrodos, ayuda a mejorar la formulación de electrolitos de manera específica.

3.Diferentes condiciones de temperatura y velocidad de formación

Formación bajo diferente temperatura.

yo En el mismo proceso de formación, la reacción de formación de película SEI es más adecuada a una temperatura alta de 45 °C en comparación con la de 25 °C.

Formación bajo diferente tasa de carga

A la misma temperatura^ con diferente velocidad de formación, el punto de partida de la reacción del voltaje de formación es más bajo a menor velocidad.

El ajuste de los parámetros de condición de formación celular afecta el tiempo de formación celular y la calidad de la película. Acortar efectivamente el tiempo de formación de células puede mejorar en gran medida la eficiencia de producción de células de la empresa. Al establecer parámetros de diferentes condiciones de formación, se obtienen cuantitativamente el punto de partida del voltaje de producción de gas de la celda en diferentes condiciones de formación y la producción de gas y la tasa de producción de gas en cada etapa de la formación, lo que ayuda a guiar la mejora de la formación de la celda. Proceso y tecnología, y mejora la eficiencia de producción de la empresa.

Análisis de gasificación por sobrecarga

1.Diferentes materiales NCM ' aplicación de gasificación de sobrecarga (condición de prueba: 25 ℃ 0.5 ℃ )

Comparando el SOC de la celda durante la producción de gas, se puede encontrar que la celda con alto contenido de níquel produce gas antes;

Al monitorear el proceso de carga normal de la celda de la batería y los cambios de volumen y temperatura de sobrecarga al 200% SOC, y correspondiente a la curva de tres electrodos, el potencial y la velocidad de reacción de una gran cantidad de reacciones secundarias, el potencial de litio sobrecargado, y el potencial de descomposición del material del electrodo positivo se puede obtener con precisión y evaluar y otra información relacionada, ayudar cuantitativamente a analizar y estudiar el rendimiento de sobrecarga de los materiales, realizar mejoras específicas y mejorar la eficiencia de I + D.

2.Diferentes materiales NCM ' aplicación de gasificación de sobrecarga (condición de prueba: 25 ℃ 0.5 ℃ )

* En el rango de voltaje normal, el cambio de volumen de la celda es inferior al 1,2 %, lo que se debe básicamente al hinchamiento estructural causado por la intercalación del litio. Cuando el SOC de Ni-2 alto es superior al 40 %, el hinchamiento estructural de Ni-1 alto es ligeramente mayor que el de Ni-2 alto;

* Después de sobrecargar a 5 V, el SOC del material con alto contenido de Ni-2 es posterior al del material con alto contenido de Ni-1, lo que indica que el material con alto contenido de Ni-2 puede adaptarse a un voltaje de carga más alto, liberar más capacidad y mejorar la densidad de energía de la celda. manteniendo una estructura estable;

* El SOC y el voltaje de la celda correspondiente al punto de inicio de la producción de gas se pueden obtener utilizando el método in situ para monitorear continuamente el comportamiento de la producción de gas de sobrecarga; que es propicio para el desarrollo del siguiente paso del trabajo de I + D

3. Tipos y contenidos de aditivos electrolíticos.

Al comparar el comportamiento de gasificación de sobrecarga de la celda de iones de litio con dos tipos y contenidos diferentes de aditivos, se puede encontrar que el potencial de reacción del aditivo A es más bajo que el del aditivo B, y la gasificación total es un poco más baja, se puede utilizar mejor como aditivo de protección contra sobrecargas.

Análisis de ciclo-gasificación

Diferentes materiales NCM ' aplicación de gasificación de sobrecarga (condición de prueba: 60 ℃ 0.5 ℃ 3-4,2 V)

* La celda A y la celda B se utilizaron diferentes materiales ternarios, el volumen celular de la celda B aumentó más que el de la celda A y el volumen irreversible aumentó de 0,01 ml a 0,04 ml;

* El análisis cuantitativo ayuda a analizar el rendimiento del ciclo de diferentes materiales, mejorando la eficiencia de la investigación y el desarrollo.

Análisis de almacenamiento y gasificación

1. Comparación de las condiciones modificadas de NCM811

Condición de prueba: carga completa de 4,2 V a 85 ℃ para 4H

Los resultados muestran que la caída de voltaje de NCM811 en el método modificado 1 es mayor que en el método modificado 2 a 85 °C, y la producción de gas es mayor;

El método in situ se puede utilizar para monitorear continuamente el comportamiento de la producción de gas de almacenamiento; que puede comparar las ventajas de diferentes métodos de modificación de materiales, mejorando la eficiencia de la investigación y el desarrollo.

2. Comparación de diferentes tipos de electrodos

Condición de prueba: carga completa de 4,2 V a 85 ℃ para 4H

*A y B de las celdas adoptan diferentes sistemas de electrolitos. De la curva de cambio de volumen celular durante el almacenamiento de carga completa, se puede ver que las celdas EL-A producen más gas que las celdas EL-B, lo que indica que el electrolito del sistema es fácil de producir gas a alta temperatura y alta presión;

* El análisis cuantitativo puede ayudar a estudiar el rendimiento de producción de gas de diferentes electrolitos y mejorar la eficiencia de la investigación y el desarrollo.

3 .Comparando diferente temperatura de almacenamiento

Condición de prueba: carga completa de 4,2 V a 85 ℃ durante 4 horas

La celda tiene un buen rendimiento de almacenamiento a 70 °C y una alta producción de gas a 85 °C;

Al usar el método in situ para monitorear continuamente el comportamiento de la producción de gas de almacenamiento, se puede obtener el punto de inicio y el punto máximo de producción de gas, lo cual es útil para el R & amp; D personal para llevar a cabo el siguiente paso de I + amp; trabajo D.

Parámetro y requisito de instalación

Parámetros

1. Peso total de la celda de la bolsa que se probará: IO-IOOOg, tamaño máximo (excluyendo las pestañas, como se muestra a continuación): 180*120 mm

2. Temperatura de prueba de celda: 20-85 ℃

3.Resolución del cambio de volumen: ＜ 1 litro

4. Precisión de detección del cambio de volumen: ＜ 1OpL

5. Estabilidad del sistema ＜ 20pL(RT25 ℃ , ＜ 30 minutos), ＜ 50ul(RT25 ℃ , 30min-12h)