השלב האחרון בייצור סוללת ליתיום הוא לדרג ולסנן את סוללת הליתיום כדי להבטיח את העקביות של מודול הסוללה ואת הביצועים המצוינים של מודול הסוללה. כידוע לכל, מודולים המורכבים מסוללות בעלות עקביות גבוהה הם בעלי חיי שירות ארוכים יותר, בעוד מודולים בעלי עקביות ירודה נוטים לטעינת יתר ולפריקת יתר עקב אפקט הדלי, והנחתת חיי הסוללה שלהם מואצת. לדוגמה, קיבולות סוללה שונות עלולות לגרום לעומקי פריקה שונים של כל מחרוזת סוללה. הסוללות בעלות קיבולת קטנה וביצועים גרועים יגיעו מראש למצב טעינה מלאה. כתוצאה מכך, הסוללות בעלות קיבולת גדולה וביצועים טובים אינן יכולות להגיע למצב טעינה מלא. מתחי סוללה לא עקביים גורמים לכל סוללה במחרוזת מקבילה להטעין זה את זה. הסוללה בעלת המתח הגבוה מטעין את הסוללה במתח נמוך יותר, מה שמאיץ את ירידה בביצועי הסוללה וצורכת אנרגיה של כל מחרוזת הסוללה. לסוללה עם קצב פריקה עצמית גבוה יש אובדן קיבולת גדול. קצבי פריקה עצמיים לא עקביים גורמים להבדלים במצב הטעינה ובמתח של סוללות, ומשפיעים על הביצועים של מחרוזות הסוללה. ולכן הבדלי הסוללה הללו, שימוש ארוך טווח ישפיע על חיי המודול כולו.

התמונה

תאנה. 1.OCV- מתח הפעלה – דיאגרמת מתח קיטוב

סיווג הסוללות וההקרנה נועד למנוע פריקה של סוללות לא עקביות בו זמנית. בדיקת ההתנגדות הפנימית והפריקה העצמית של הסוללה היא חובה. באופן כללי, ההתנגדות הפנימית של הסוללה מחולקת להתנגדות פנימית אוהם והתנגדות פנימית לקיטוב. ההתנגדות הפנימית של אוהם מורכבת מחומר אלקטרודה, אלקטרוליט, התנגדות דיאפרגמה והתנגדות למגע של כל חלק, כולל עכבה אלקטרונית, עכבה יונית ועכבת מגע. התנגדות פנימית לקיטוב מתייחסת להתנגדות הנגרמת מקיטוב במהלך תגובה אלקטרוכימית, כולל התנגדות פנימית של קיטוב אלקטרוכימי והתנגדות פנימית של קיטוב ריכוז. ההתנגדות האוהמית של הסוללה נקבעת על ידי המוליכות הכוללת של הסוללה, והתנגדות הקיטוב של הסוללה נקבעת על ידי מקדם הדיפוזיה הפאזה המוצקה של יון ליתיום בחומר הפעיל באלקטרודה. באופן כללי, ההתנגדות הפנימית של סוללות ליתיום אינה ניתנת להפרדה מתכנון התהליך, החומר עצמו, הסביבה והיבטים נוספים, אשר ינותחו ויתפרשו להלן.

ראשית, עיצוב תהליך

(1) ניסוחי האלקטרודה החיוביים והשליליים מכילים תכולה נמוכה של חומר מוליך, וכתוצאה מכך עכבת שידור אלקטרונית גדולה בין החומר לאספן, כלומר, עכבה אלקטרונית גבוהה. סוללות ליתיום מתחממות מהר יותר. עם זאת, זה נקבע על ידי העיצוב של הסוללה, למשל, סוללת הכוח כדי לקחת בחשבון את ביצועי הקצב, זה דורש שיעור גבוה יותר של סוכן מוליך, מתאים לטעינה ופריקה בקצב גבוה. הסוללה בקיבולת היא קצת יותר קיבולת, פרופורציה של חומר חיובי ושלילי תהיה קצת יותר גבוהה. החלטות אלו מתקבלות בתחילת עיצוב הסוללה ואינן ניתנות לשינוי בקלות.

(2) יש יותר מדי קלסר בנוסחת האלקטרודה החיובית והשלילית. הקלסר הוא בדרך כלל חומר פולימרי (PVDF, SBR, CMC וכו’) עם ביצועי בידוד חזקים. למרות שהשיעור הגבוה יותר של קלסר ביחס המקורי מועיל לשיפור חוזק ההפשטה של ​​הקטבים, הוא מזיק להתנגדות הפנימית. בתכנון הסוללה לתאם את היחס בין מינון קלסר ומינון קלסר, אשר יתמקד בפיזור של קלסר, כלומר, תהליך הכנת תרחיץ, ככל האפשר כדי להבטיח פיזור של קלסר.

(3) המרכיבים אינם מפוזרים באופן שווה, הסוכן המוליך אינו מפוזר במלואו, ולא נוצר מבנה רשת מוליך טוב. כפי שמוצג באיור 2, A הוא המקרה של פיזור גרוע של חומר מוליך, ו-B הוא המקרה של פיזור טוב. כאשר כמות החומר המוליך זהה, שינוי תהליך הערבול ישפיע על פיזור החומר המוליך ועל ההתנגדות הפנימית של הסוללה.

איור 2. פיזור לקוי של חומר מוליך (A) פיזור אחיד של חומר מוליך (B)

(4) הקלסר אינו מומס לחלוטין, וחלקיקי מיצל קיימים, וכתוצאה מכך עמידות פנימית גבוהה של הסוללה. לא משנה ערבוב יבש, ערבוב חצי יבש או תהליך ערבוב רטוב, נדרש שאבקת הקלסר תהיה מומסת לחלוטין. אנחנו לא יכולים לשאוף יותר מדי ליעילות ולהתעלם מהדרישה האובייקטיבית שלקלסר צריך זמן מסוים כדי להתמוסס במלואו.

(5) צפיפות הדחיסה של האלקטרודה תשפיע על ההתנגדות הפנימית של הסוללה. הצפיפות הקומפקטית של לוח האלקטרודה קטנה, והנקבוביות בין החלקיקים בתוך לוח האלקטרודה גבוהה, מה שלא תורם להעברת אלקטרונים, וההתנגדות הפנימית של הסוללה גבוהה. כאשר יריעת האלקטרודה נדחסת יותר מדי, חלקיקי אבקת האלקטרודות עלולים להימחץ יתר על המידה, ונתיב העברת האלקטרונים מתארך לאחר הריסוק, דבר שאינו תורם לביצועי הטעינה והפריקה של הסוללה. חשוב לבחור את צפיפות הדחיסה הנכונה.

(6) ריתוך גרוע בין זיז האלקטרודה החיובית והשלילית לאספן הנוזלים, ריתוך וירטואלי, עמידות סוללה גבוהה. יש לבחור פרמטרים מתאימים לריתוך במהלך הריתוך, ולבצע אופטימיזציה של פרמטרי ריתוך כגון כוח ריתוך, משרעת וזמן באמצעות DOE, ולשפוט את איכות הריתוך לפי חוזק ומראה הריתוך.

(7) סלילה גרועה או למינציה גרועה, הפער בין הסרעפת, הצלחת החיובית והצלחת השלילית גדול, ועכבת היונים גדולה.

(8) אלקטרוליט הסוללה אינו חודר במלואו לאלקטרודות החיוביות והשליליות ולסרעפת, והקצבה לתכנון האלקטרוליט אינה מספקת, מה שיוביל גם לעכבה יונית גדולה של הסוללה.

(9) תהליך היווצרות גרוע, משטח האנודה של הגרפיט אינו יציב, ומשפיע על ההתנגדות הפנימית של הסוללה.

(10) אחרים, כגון אריזה לקויה, ריתוך לקוי של אוזני מוט, דליפת סוללה ותכולת לחות גבוהה, משפיעים מאוד על ההתנגדות הפנימית של סוללות ליתיום.

שנית, חומרים

(1) ההתנגדות של חומרי אנודה ואנודה גדולה.

(2) השפעת חומר הדיאפרגמה. כגון עובי דיאפרגמה, גודל נקבוביות, גודל נקבוביות וכן הלאה. עובי קשור להתנגדות פנימית, ככל שההתנגדות הפנימית קטנה יותר, כדי להשיג טעינה ופריקה של הספק גבוהים. קטן ככל האפשר תחת חוזק מכני מסוים, ככל שעוצמת הניקוב עבה יותר כך טוב יותר. גודל הנקבוביות וגודל הנקבוביות של הדיאפרגמה קשורים לעכבה של הובלת יונים. אם גודל הנקבוביות קטן מדי, זה יגדיל את עכבת היונים. אם גודל הנקבוביות גדול מדי, ייתכן שהיא לא תצליח לבודד לחלוטין את האבקה החיובית והשלילית העדינה, מה שיוביל בקלות לקצר חשמלי או ייחורר על ידי דנדריט ליתיום.

(3) השפעת חומר אלקטרוליט. מוליכות יונית וצמיגות האלקטרוליט קשורות לעכבה היונית. ככל שעכבת ההעברה היונית גדולה יותר, כך ההתנגדות הפנימית של הסוללה גדולה יותר, והקיטוב בתהליך הטעינה והפריקה חמור יותר.

(4) השפעה של חומר PVDF חיובי. שיעור גבוה של PVDF או משקל מולקולרי גבוה יוביל גם לעמידות פנימית גבוהה של סוללת ליתיום.

(5) השפעה של חומר מוליך חיובי. בחירת סוג הסוכן המוליך היא גם מפתח, כגון SP, KS, גרפיט מוליך, CNT, גרפן וכו’, בשל המורפולוגיה השונה, ביצועי המוליכות של סוללת ליתיום שונים יחסית, חשוב מאוד לבחור הסוכן המוליך בעל מוליכות גבוהה ומתאים לשימוש.

(6) ההשפעה של חומרי אוזני קוטב חיוביים ושליליים. עובי אוזן הקוטב דק, המוליכות ירודה, טוהר החומר בו נעשה שימוש אינו גבוה, המוליכות ירודה וההתנגדות הפנימית של הסוללה גבוהה.

(7) רדיד הנחושת מחומצן ומרותך בצורה גרועה, ולחומר רדיד האלומיניום יש מוליכות ירודה או תחמוצת על פני השטח, מה שיוביל גם להתנגדות פנימית גבוהה של הסוללה.

התמונה

היבטים אחרים

(1) סטיית מכשיר לבדיקת התנגדות פנימית. יש לבדוק את המכשיר באופן קבוע כדי למנוע תוצאות בדיקה לא מדויקות הנגרמות כתוצאה ממכשיר לא מדויק.

(2) התנגדות פנימית חריגה של הסוללה הנגרמת כתוצאה מפעולה לא תקינה.

(3) סביבת ייצור לקויה, כגון שליטה רופפת של אבק ולחות. אבק סדנא חורג מהסטנדרט, יוביל לעלייה בהתנגדות הפנימית של הסוללה, פריקה עצמית מחמירה. הלחות בסדנה גבוהה, תפגע גם בביצועי סוללת הליתיום.