2021年光伏儲能行業報告

鋰電池生產的最後一步是對鋰電池進行分級篩選,以保證電池模塊的一致性和電池模塊的優異性能。 眾所周知,由一致性高的電池組成的模組壽命更長,而一致性差的模組容易因桶效應而出現過充過放,加速電池壽命衰減。 例如,不同的電池容量可能會導致每個電池組的放電深度不同。 容量小、性能差的電池會提前達到充滿電狀態。 因此,容量大、性能好的電池無法達到完全充電狀態。 電池電壓不一致會導致並聯串中的每個電池相互充電。 電壓高的電池給電壓低的電池充電,加速電池性能下降,消耗整個電池組的能量。 自放電率高的電池容量損失大。 不一致的自放電率會導致電池的充電狀態和電壓存在差異,影響電池組的性能。 等等這些電池差異,長期使用會影響整個模組的壽命。

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如圖。 1.OCV-工作電壓-極化電壓圖

電池分類篩選是為了避免同時放電不一致的電池。 電池內阻和自放電測試是必須的。 一般來說,電池內阻分為歐姆內阻和極化內阻。 歐姆內阻由電極材料、電解液、隔膜電阻和各部分的接觸電阻組成,包括電子阻抗、離子阻抗和接觸阻抗。 極化內阻是指電化學反應過程中極化引起的電阻,包括電化學極化內阻和濃差極化內阻。 電池的歐姆電阻由電池的總電導率決定,電池的極化電阻由鋰離子在電極活性物質中的固相擴散係數決定。 總的來說,鋰電池的內阻與工藝設計、材料本身、環境等方面是分不開的,下面將對其進行分析解讀。

一、工藝設計

(1)正負極配方中導電劑含量低,導致材料與集電體之間的電子傳輸阻抗大,即電子阻抗高。 鋰電池升溫更快。 但是,這是由電池的設計決定的,例如動力電池要考慮倍率性能,就需要更高比例的導電劑,適合大倍率充放電。 容量電池容量大一點,正負極材料比例會高一點。 這些決定是在電池設計之初做出的,不能輕易改變。

(2)正負極配方中粘合劑過多。 粘結劑一般為絕緣性能強的高分子材料(PVDF、SBR、CMC等)。 粘結劑在原配比中較高的比例雖然有利於提高極柱的剝離強度,但對內阻不利。 在電池設計中要協調好粘結劑與粘結劑用量的關係,將重點放在粘結劑的分散,即漿料製備過程中,盡可能保證粘結劑的分散。

(3)成分分散不均勻,導電劑分散不充分,未形成良好的導電網絡結構。 如圖2所示,A為導電劑分散較差的情況,B為導電劑分散良好的情況。 當導電劑用量相同時,攪拌過程的變化會影響導電劑的分散和電池的內阻。

圖 2. 導電劑分散不良 (A) 導電劑分散均勻 (B)

(4)粘結劑沒有完全溶解,存在一些膠束顆粒,導致電池內阻偏高。 無論是乾混、半乾混還是濕混工藝,都要求粘結劑粉末完全溶解。 我們不能過分追求效率而忽視粘合劑需要一定時間才能完全溶解的客觀要求。

(5)電極壓實密度會影響電池的內阻。 極板緻密密度小,極板內部顆粒間孔隙率高,不利於電子傳輸,電池內阻高。 當電極片壓實過大時,電極粉顆粒可能會被壓碎,壓碎後電子傳輸路徑變長,不利於電池的充放電性能。 選擇合適的壓實密度很重要。

(6)正負極接線片與集液器焊接不良,虛焊,電池電阻高。 焊接時應選擇合適的焊接參數,通過DOE優化焊接功率、焊接幅度和時間等焊接參數,通過焊接強度和外觀來判斷焊接質量。

(7)纏繞不良或貼合不良,隔膜與正負極板間隙大,離子阻抗大。

(8)電池電解液未充分滲入正負極和隔膜,電解液設計餘量不足,也會導致電池離子阻抗過大。

(9)化成工藝差,石墨負極表面SEI不穩定,影響電池內阻。

(10) 其他如包裝不良、極耳焊接不良、電池漏液、水分含量高等,對鋰電池內阻影響較大。

二、材料

(1)正負極材料電阻大。

(2)隔膜材料的影響。 如隔膜厚度、孔隙率大小、孔徑大小等。 厚度與內阻有關,越薄內阻越小,從而實現大功率充放電。 在一定的機械強度下越小越好,越厚穿刺強度越好。 隔膜的孔徑和孔徑大小與離子傳輸阻抗有關。 如果孔徑太小,會增加離子阻抗。 如果孔徑過大,可能無法將精細的正負極粉末完全隔離,容易導致短路或被鋰枝晶刺穿。

(3)電解質材料的影響。 電解質的離子電導率和粘度與離子阻抗有關。 離子轉移阻抗越大,電池內阻越大,充放電過程中極化越嚴重。

(4)正極PVDF材料的影響。 高比例的PVDF或高分子量也會導致鋰電池內阻高。

(5)正極導電材料的影響。 導電劑種類的選擇也是關鍵,如SP、KS、導電石墨、CNT、石墨烯等,由於形貌不同,鋰電池的導電性能也相對不同,選擇很重要導電率高,適合使用的導電劑。

(6)正負極耳材料的影響。 極耳厚度薄,導電性差,所用材料純度不高,導電性差,電池內阻高。

(7)銅箔氧化焊接不良,鋁箔材料導電性差或表面有氧化物,也會導致電池內阻偏高。

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其他方面

(1)內阻測試儀器偏差。 應定期檢查儀器,防止因儀器不准確而導致測試結果不准確。

(2) 操作不當引起的電池內阻異常。

(3) 生產環境差,如粉塵、濕氣控制不嚴。 車間粉塵超標,會導致電池內阻增大,自放電加劇。 車間濕度高,也會對鋰電池性能不利。