บทความนี้วิเคราะห์สาเหตุของแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ โดยเน้นที่ปรากฏการณ์แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ในแบตเตอรี่ที่เกิดจากเศษอิเล็กโทรด โดยการระบุสาเหตุของไฟฟ้าลัดวงจร เราตั้งเป้าที่จะแก้ไขปัญหานี้อย่างแม่นยำและเข้าใจถึงความสำคัญของการควบคุมเศษอิเล็กโทรดระหว่างการผลิตได้ดียิ่งขึ้น
การทดลอง
1.การเตรียมแบตเตอรี่
การทดลองนี้ใช้ลิเธียมนิกเกิลโคบอลต์แมงกาเนต (NCM111) เป็นวัสดุแอคทีฟเชิงบวก ผสมวัสดุแอคทีฟเชิงบวก SP คาร์บอนแบล็ก สารยึดเกาะ PVDF และตัวทำละลาย NMP ในอัตราส่วนมวล 66:2:2:30 เพื่อทำเป็นสารละลาย สารละลายถูกเคลือบบนแผ่นอลูมิเนียมเคลือบคาร์บอนหนา 15 μm และปริมาณการเคลือบด้านหนึ่งคือ 270 g/m2 วางอิเล็กโทรดบวกในเตาอบที่อุณหภูมิ (120±3) องศาเพื่อให้แห้งเป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากนั้นจึงดำเนินการรีดเพื่อให้ได้ความหนาแน่นของอิเล็กโทรดที่อัดแน่น 3.28g/cm3 วัสดุแอคทีฟเชิงลบใช้ลิเธียมไททาเนต Li4Ti5O12 ผสมวัสดุแอคทีฟเชิงลบ สารตัวนำคาร์บอน SP SP สารยึดเกาะ PVDF และตัวทำละลาย NMP ตามอัตราส่วนมวล 52:2:2:44 เพื่อทำเป็นสารละลาย สารละลายขั้วบวกเคลือบบนแผ่นอลูมิเนียมเคลือบคาร์บอนหนา 15 ไมโครเมตร และปริมาณการเคลือบด้านหนึ่งคือ 214 กรัม/ตรม. วางอิเล็กโทรดลบในเตาอบที่อุณหภูมิ (110±3) องศาเพื่อให้แห้งเป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากนั้นจึงรีดเพื่อให้ความหนาแน่นของชิ้นอิเล็กโทรดที่อัดแน่นอยู่ที่ 1.85 กรัม/ซม.3 อิเล็กโทรดที่แห้งแล้วจะถูกตัดเป็นชิ้นที่มีความกว้าง (136.0±1.0) มม. และหัวเจียรอิเล็กโทรดไม่ควรเกิน 12 ไมโครเมตร อิเล็กโทรไลต์ใช้ LiPF6/EC+EMC+DMC 1 โมล/ลิตร (อัตราส่วนปริมาตร 1:1:1) ตัวแยกเป็นตัวแยกที่มีรูพรุนโพลีเอทิลีน (PE) หนา 20 ไมโครเมตร วัสดุดังกล่าวข้างต้นถูกประกอบเป็นเซลล์ 66160 ที่มีความจุตามการออกแบบ 45Ah หลังจากการม้วนและประกอบแล้ว ฝาด้านบนของเปลือกอะลูมิเนียมได้รับการเชื่อมและปิดผนึก และวางเซลล์ทดลองในตู้อบที่อุณหภูมิ (85±3) องศาเพื่อให้แห้งเป็นเวลา 24 ชั่วโมง
หลังจากแห้งแล้ว ให้เติมเซลล์แบตเตอรี่ และเติมอิเล็กโทรไลต์ในปริมาณ 200 กรัม หลังจากเติมอิเล็กโทรไลต์แล้ว ให้ปล่อยเซลล์ทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 72 ชั่วโมง หลังจากหยุดนิ่งแล้ว ให้ทดสอบเซลล์ทดลองทั้งหมดสำหรับแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) และบันทึกค่าความต้านทานภายในและแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่
2. การทดสอบการชาร์จ
เมื่อทำการวิเคราะห์ความต้านทานภายในและแรงดันไฟฟ้า ให้ใช้เครื่องทดสอบความต้านทานภายในกระแสสลับสำหรับการทดสอบ ใช้ระบบทดสอบประสิทธิภาพแบตเตอรี่ความแม่นยำสูง 5V-50 เพื่อทดสอบประสิทธิภาพการชาร์จของแบตเตอรี่ สำหรับเซลล์ที่ปล่อยให้อยู่เฉยๆ หลังจากเติมไฟ เมื่อทำการทดสอบแรงดันไฟฟ้า ให้ลัดวงจรเซลล์ก่อนเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าลงเหลือ 0 ซึ่งเป็นเซลล์แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์
จากนั้นทำการทดสอบการชาร์จบนเซลล์แรงดันไฟศูนย์ เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมอยู่ที่ (25±3) องศา จะใช้กระแสไฟที่แตกต่างกัน (เช่น 1A, 2A และ 3A) สำหรับการชาร์จ การทดลองดำเนินการตามลำดับของกระแสไฟจากน้อยไปมาก และเวลาจากสั้นไปยาว เวลาในการชาร์จถูกตั้งไว้ที่ 5 วินาที 10 วินาที และ 25 วินาที ตามลำดับ สังเกตการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟแบตเตอรี่หลังจากเวลาชาร์จแต่ละครั้ง
3.การทดสอบการคายประจุเอง
ใช้เครื่องทดสอบสองมิติสำหรับการวิเคราะห์รอยหยักของขั้วไฟฟ้า ใช้เครื่องทดสอบความต้านทานภายในกระแสสลับสำหรับการวิเคราะห์ความต้านทานภายในและแรงดันไฟฟ้า ใช้ระบบทดสอบประสิทธิภาพแบตเตอรี่ที่มีความแม่นยำสูง 5V-50 เพื่อทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ใช้กล่องอุณหภูมิสูงและต่ำเพื่อควบคุมอุณหภูมิของเซลล์ หลังจากเซลล์แรงดันไฟเป็นศูนย์ก่อนที่จะชาร์จโครงสร้าง รอยหยักจะหลอมรวมและแรงดันไฟเป็นศูนย์จะไม่ปรากฏขึ้นอีก ทดสอบกระบวนการสร้างปกติของแบตเตอรี่ กระบวนการสร้างเป็นดังนี้:
① หลังจากอุณหภูมิของกล่องอุณหภูมิสูงถึง 120 องศา ให้รอ 120 นาที
②ชาร์จด้วยกระแสไฟฟ้า 1.0 เท่าของ C จนถึงแรงดันไฟตัดที่ 2.8V จากนั้นสลับไปที่การชาร์จแรงดันไฟคงที่ เวลาตัดไฟในการชาร์จคือ 2 ชั่วโมง
③รอประมาณ 10 นาที
④ปล่อยประจุด้วยกระแสไฟฟ้า 1.0 เท่าของ C จนถึงแรงดันไฟตัดที่ 1.5V จากนั้นจึงสลับไปใช้การปล่อยประจุแรงดันคงที่ เวลาตัดไฟการปล่อยคือ 2 ชั่วโมง
⑤รอประมาณ 10 นาที
⑥ ทำซ้ำขั้นตอนที่ 2 ถึง 5 3 ครั้ง
⑦ชาร์จด้วยกระแสไฟ 1.0 เท่าของ C เวลาในการชาร์จคือ 0.7 ชั่วโมง จากนั้นชาร์จด้วยแรงดันไฟคงที่ 2.3V กระแสไฟตัดคือ 0.45A ทดสอบการคายประจุเองบนเซลล์ที่สร้างขึ้น ใช้วิธีการทดสอบแรงดันไฟสถิตและทดสอบแรงดันไฟเป็นเวลาไม่น้อยกว่าสองเดือน หลังจากปล่อยให้เซลล์อยู่ที่อุณหภูมิห้อง (25±5) องศาเป็นเวลา 24 ชั่วโมง แรงดันไฟวงจรเปิดจะถูกทดสอบและบันทึก จากนั้น เซลล์จะยังคงยืนอยู่ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลาหนึ่งเดือนและสองเดือน จากนั้นจึงทดสอบและบันทึกแรงดันไฟวงจรเปิดอีกครั้ง
ผลการศึกษาและการอภิปราย
1. การเปรียบเทียบแรงดันแบตเตอรี่ก่อนการก่อตัว
รูปที่ 1 แสดงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟของแบตเตอรี่ระหว่างการชาร์จ 1A และ 2A และหลังจากหยุดชาร์จ จากรูปจะเห็นได้ว่าแบตเตอรี่แรงดันไฟเป็นศูนย์นั้นถือได้ว่าเป็นไฟฟ้าลัดวงจรที่เกิดจากรอยหยักภายในโดยประมาณ แบตเตอรี่สามารถทนต่อการทดสอบกระแสไฟที่น้อยกว่า 2A ภายใน 1 นาที เมื่อกระแสไฟในการชาร์จอยู่ที่ 1A และ 2A เนื่องจากไฟฟ้าลัดวงจรที่เกิดจากรอยหยักภายใน แรงดันไฟจะถึงค่าที่เสถียรและไม่เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป เมื่อหยุดชาร์จ แรงดันไฟจะกลับสู่ระดับ 0 อย่างรวดเร็ว
เพิ่มกระแสการชาร์จต่อไป เปลี่ยนกระแสการชาร์จเป็น 3A และตั้งเวลาการชาร์จเป็น 5 วินาที 10 วินาที และ 25 วินาทีตามลำดับ กราฟทดสอบการชาร์จแบตเตอรี่แสดงอยู่ในรูปที่ 2
จากการสังเกตในรูปที่ 2 เมื่อกระแสชาร์จถึง 3A การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟของแบตเตอรี่จะคล้ายกับการชาร์จ 1A และ 2A ภายใต้ระยะเวลาชาร์จ 5 วินาทีและ 10 วินาที เมื่อระยะเวลาชาร์จยาวนานขึ้น เมื่อระยะเวลาชาร์จเกิน 10 วินาที แรงดันไฟจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ เมื่อระยะเวลาชาร์จถึง 20 วินาที แรงดันไฟจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หลังจากหยุดชาร์จ แรงดันไฟจะลดลงอย่างช้าๆ และปรากฏการณ์แรงดันไฟเป็นศูนย์ก่อนหน้านี้จะไม่ปรากฏขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ
จากความเร็วของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าระหว่างการชาร์จ สามารถสรุปได้ว่าเศษโลหะภายในแบตเตอรี่ถูกหลอมรวมด้วยความร้อนเนื่องจากความร้อนที่เกิดจากการชาร์จ ก่อนที่เศษโลหะจะหลอมรวม แรงดันไฟฟ้าจะแสดงระดับที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ภายใน 10 ถึง 20 วินาทีหลังจากเริ่มชาร์จ
หลังจากผ่านไป 20 วินาที เศษโลหะจะหลอมละลายและแรงดันไฟของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หลังจากหยุดชาร์จ แรงดันไฟของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างช้าๆ สิ่งที่ควรทราบคือ หลังจากเศษโลหะหลอมละลายแล้ว สิ่งสกปรกของโลหะยังคงอยู่ภายในแบตเตอรี่ ส่งผลให้แบตเตอรี่คายประจุเองได้เร็วกว่าแบตเตอรี่ทั่วไป ดังนั้น หลังจากทำให้แบตเตอรี่เป็นปกติแล้ว จำเป็นต้องทดสอบอัตราการคายประจุเอง
2. การเปรียบเทียบการคายประจุเองของแบตเตอรี่หลังจากการก่อตัว
แบตเตอรี่ที่เลือกสำหรับการทดลองได้รับการชาร์จและปล่อยประจุตามกระบวนการสร้างข้างต้น หลังจากขั้นตอนที่ ⑦ สถานะการชาร์จ (SOC) ของแบตเตอรี่จะอยู่ที่ประมาณ 80% การทดสอบการคายประจุเองของแบตเตอรี่ดำเนินการที่อุณหภูมิห้องและเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ที่มีสิ่งเจือปนจากแบตช์เดียวกัน ข้อมูลการทดสอบแสดงอยู่ในตารางที่ 1
จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าการคายประจุเองของแบตเตอรี่ที่เกิดจากเศษเสี้ยนนั้นมีอยู่จริง และส่งผลกระทบต่อความสามารถในการรักษาประจุของแบตเตอรี่ การวิเคราะห์สาเหตุของความผิดปกติของการคายประจุเองผ่านกระแสการชาร์จสามารถสะท้อนสถานการณ์ผิดปกติของเศษเสี้ยนอิเล็กโทรดระหว่างกระบวนการผลิตได้อย่างแม่นยำ
สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าจำเป็นต้องเสริมความแข็งแกร่งให้กับข้อกำหนดการควบคุมกระบวนการเพิ่มเติมในระหว่างกระบวนการผลิตและบำรุงรักษาเครื่องตัดอย่างทันท่วงทีเพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่มีประสิทธิภาพและลดความเสี่ยงต่อความปลอดภัย หลังจากเป่าเสี้ยนแล้ว ยังคงมีสิ่งเจือปนโลหะอยู่ภายในอิเล็กโทรด
จากข้อมูลการคายประจุเองหลังจากวัดความจุของแบตเตอรี่ สามารถสรุปได้ว่า หลังจากปล่อยแบตเตอรี่ปกติไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลาหนึ่งเดือน แรงดันไฟฟ้าจะลดลงประมาณ 7mV และหลังจากสองเดือน แรงดันไฟฟ้าจะลดลงประมาณ 10mV ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอัตราการคายประจุเองของแบตเตอรี่ที่มีเศษผงมากเกินไปจะมากกว่าแบตเตอรี่ปกติ เมื่อพิจารณาถึงแรงดันไฟฟ้าก่อนการสร้างและการวิเคราะห์ข้อมูลการคายประจุเองหลังจากการแบ่งความจุ สามารถสรุปได้ว่าเศษผงมากเกินไปจะนำไปสู่ประสิทธิภาพการรักษาประจุแบตเตอรี่ที่ผิดปกติ เศษผงที่ปรากฏบนอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่จะไม่หายไปอย่างสมบูรณ์และจะส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ในระยะยาว
โดยสรุป การเกิดเสี้ยนมีผลกระทบเชิงลบต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ดังนั้นจำเป็นต้องมีการดำเนินการเพื่อลดการเกิดเสี้ยนในระหว่างกระบวนการผลิตเพื่อให้แน่ใจถึงประสิทธิภาพและความปลอดภัยของแบตเตอรี่
บทสรุป
ในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ การควบคุมขนาดของเสี้ยนอิเล็กโทรดเป็นพารามิเตอร์สำคัญ เมื่อเสี้ยนทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่จะกลายเป็น 0 หลังจากเติม เมื่อชาร์จแบตเตอรี่ที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรซึ่งเกิดจากเสี้ยนด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก จะสามารถสังเกตเห็นแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรได้ เมื่อกระแสไฟฟ้าถึงค่าฟิวส์เสี้ยน ก็ยังคงมีสิ่งเจือปนโลหะอยู่ภายในแบตเตอรี่ ซึ่งจะส่งผลต่อการคายประจุเองของแบตเตอรี่ต่อไป ส่งผลให้มีอัตราการคายประจุเองที่สูงกว่าแบตเตอรี่ปกติ วิธีนี้สามารถใช้เพื่อระบุไฟฟ้าลัดวงจรของแบตเตอรี่ที่เกิดจากเสี้ยนในระหว่างการผลิตแบตเตอรี่ได้ โดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า เราสามารถแนะนำการเสริมความแข็งแกร่งในการตรวจสอบอุปกรณ์ตัด แม่พิมพ์ตัด และม้วนระหว่างกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ เพื่อหลีกเลี่ยงการผลิตแบตเตอรี่ที่ไม่ได้มาตรฐานจำนวนมาก ดังนั้น การชาร์จแบตเตอรี่ที่เกิดไฟฟ้าลัดวงจรซึ่งเกิดจากเสี้ยนด้วยกระแสไฟฟ้าต่ำและการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า สามารถระบุปัญหาในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถแนะนำการควบคุมกระบวนการที่เกี่ยวข้องเพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่มีคุณภาพและประสิทธิภาพ
