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2021年光伏储能行业报告
锂电池生产的最后一步是对锂电池进行分级筛选,以保证电池模块的一致性和电池模块的优异性能。 众所周知,由一致性高的电池组成的模组寿命更长,而一致性差的模组容易因桶效应而出现过充过放,加速电池寿命衰减。 例如,不同的电池容量可能会导致每个电池组的放电深度不同。 容量小、性能差的电池会提前达到充满电状态。 因此,容量大、性能好的电池无法达到完全充电状态。 电池电压不一致会导致并联串中的每个电池相互充电。 电压高的电池给电压低的电池充电,加速电池性能下降,消耗整个电池组的能量。 自放电率高的电池容量损失大。 不一致的自放电率会导致电池的充电状态和电压存在差异,影响电池组的性能。 等等这些电池差异,长期使用会影响整个模组的寿命。
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如图。 1.OCV-工作电压-极化电压图
电池分类筛选是为了避免同时放电不一致的电池。 电池内阻和自放电测试是必须的。 一般来说,电池内阻分为欧姆内阻和极化内阻。 欧姆内阻由电极材料、电解液、隔膜电阻和各部分的接触电阻组成,包括电子阻抗、离子阻抗和接触阻抗。 极化内阻是指电化学反应过程中极化引起的电阻,包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。 电池的欧姆电阻由电池的总电导率决定,电池的极化电阻由锂离子在电极活性物质中的固相扩散系数决定。 总的来说,锂电池的内阻与工艺设计、材料本身、环境等方面是分不开的,下面将对其进行分析解读。
一、工艺设计
(1)正负极配方中导电剂含量低,导致材料与集电体之间的电子传输阻抗大,即电子阻抗高。 锂电池升温更快。 但是,这是由电池的设计决定的,例如动力电池要考虑倍率性能,就需要更高比例的导电剂,适合大倍率充放电。 容量电池容量大一点,正负极材料比例会高一点。 这些决定是在电池设计之初做出的,不能轻易改变。
(2)正负极配方中粘合剂过多。 粘结剂一般为绝缘性能强的高分子材料(PVDF、SBR、CMC等)。 粘结剂在原配比中较高的比例虽然有利于提高极柱的剥离强度,但对内阻不利。 在电池设计中要协调好粘结剂与粘结剂用量的关系,将重点放在粘结剂的分散,即浆料制备过程中,尽可能保证粘结剂的分散。
(3)成分分散不均匀,导电剂分散不充分,未形成良好的导电网络结构。 如图2所示,A为导电剂分散较差的情况,B为导电剂分散良好的情况。 当导电剂用量相同时,搅拌过程的变化会影响导电剂的分散和电池的内阻。
图 2. 导电剂分散不良 (A) 导电剂分散均匀 (B)
(4)粘结剂没有完全溶解,存在一些胶束颗粒,导致电池内阻偏高。 无论是干混、半干混还是湿混工艺,都要求粘结剂粉末完全溶解。 我们不能过分追求效率而忽视粘合剂需要一定时间才能完全溶解的客观要求。
(5)电极压实密度会影响电池的内阻。 极板致密密度小,极板内部颗粒间孔隙率高,不利于电子传输,电池内阻高。 当电极片压实过大时,电极粉颗粒可能会被压碎,压碎后电子传输路径变长,不利于电池的充放电性能。 选择合适的压实密度很重要。
(6)正负极接线片与集液器焊接不良,虚焊,电池电阻高。 焊接时应选择合适的焊接参数,通过DOE优化焊接功率、焊接幅度和时间等焊接参数,通过焊接强度和外观来判断焊接质量。
(7)缠绕不良或贴合不良,隔膜与正负极板间隙大,离子阻抗大。
(8)电池电解液未充分渗入正负极和隔膜,电解液设计余量不足,也会导致电池离子阻抗过大。
(9)化成工艺差,石墨负极表面SEI不稳定,影响电池内阻。
(10) 其他如包装不良、极耳焊接不良、电池漏液、水分含量高等,对锂电池内阻影响较大。
二、材料
(1)正负极材料电阻大。
(2)隔膜材料的影响。 如隔膜厚度、孔隙率大小、孔径大小等。 厚度与内阻有关,越薄内阻越小,从而实现大功率充放电。 在一定的机械强度下越小越好,越厚穿刺强度越好。 隔膜的孔径和孔径大小与离子传输阻抗有关。 如果孔径太小,会增加离子阻抗。 如果孔径过大,可能无法将精细的正负极粉末完全隔离,容易导致短路或被锂枝晶刺穿。
(3)电解质材料的影响。 电解质的离子电导率和粘度与离子阻抗有关。 离子转移阻抗越大,电池内阻越大,充放电过程中极化越严重。
(4)正极PVDF材料的影响。 高比例的PVDF或高分子量也会导致锂电池内阻高。
(5)正极导电材料的影响。 导电剂种类的选择也是关键,如SP、KS、导电石墨、CNT、石墨烯等,由于形貌不同,锂电池的导电性能也相对不同,选择很重要导电率高,适合使用的导电剂。
(6)正负极耳材料的影响。 极耳厚度薄,导电性差,所用材料纯度不高,导电性差,电池内阻高。
(7)铜箔氧化焊接不良,铝箔材料导电性差或表面有氧化物,也会导致电池内阻偏高。
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其他方面
(1)内阻测试仪器偏差。 应定期检查仪器,防止因仪器不准确而导致测试结果不准确。
(2) 操作不当引起的电池内阻异常。
(3) 生产环境差,如粉尘、湿气控制不严。 车间粉尘超标,会导致电池内阻增大,自放电加剧。 车间湿度高,也会对锂电池性能不利。