Analyseur de volume de gazage in situ de batterie lithium-ion de laboratoire pour la R&D de batterie

Comportements de gazage des batteries lithium-ion

Production de gaz de formation :

Le processus de formation des batteries lithium-ion s'accompagne d'une grande quantité de production de gaz, qui est étroitement liée au système chimique de la cellule, aux matériaux d'anode et de cathode, aux composants électrolytiques et aux conditions de formation.

Les conditions de formation (telles que le courant, la tension de coupure, la température, la pression, etc.) affectent le temps de l'étape de formation. Raccourcir efficacement le cycle de formation peut grandement améliorer l'efficacité de la production de l'entreprise ' batterie ;

À l'heure actuelle, les entreprises s'appuient essentiellement sur un jugement empirique pour définir le processus et les conditions de formation, et manquent de moyens et de bases scientifiques et efficaces pour améliorer les conditions de formation ;

Production de gaz en surcharge :

Le risque de surcharge est un problème de sécurité très important dans l'utilisation réelle des batteries lithium-ion ;

Les batteries lithium-ion auront de graves réactions secondaires pendant le processus de surcharge, et elles s'accompagnent souvent d'une grande quantité de génération de gaz, ce qui fait augmenter rapidement le volume ou la pression interne de la batterie, augmentant le risque d'emballement thermique ;

Production de gaz pendant le stockage ou le cycle :

Pendant le stockage ou le cyclage à long terme, les batteries lithium-ion subiront lentement des réactions secondaires et produiront du gaz, en particulier dans des conditions de température élevée, qui sont plus susceptibles de se produire. Il s'agit d'un problème de fiabilité très critique pour les batteries lithium-ion.

Fonctions de l'analyseur de volume de gazage in situ

L'analyseur de volume de gaz in situ de la série GVM adopte un système de surveillance mécanique de haute précision, qui peut enregistrer des cellules in situ ' changements de volume dans l'ensemble du processus de charge-décharge et obtenir le volume de gazage précis des cellules et le taux de changement de volume à chaque étape.

*Amélioration de l'efficacité : évaluez rapidement le comportement de gazage des cellules, raccourcissez la période de R&D et améliorez l'efficacité ;

* Réduction des coûts : aide à optimiser le processus de formation, améliore l'efficacité de la production et réduit l'entreprise ' s coût de production ;

* Optimisation de la conception des cellules : quantifiez le volume et le taux de gazage pendant tout le processus de formation des cellules.

En combinant avec l'analyse à trois électrodes de la courbe de formation, l'évaluation systémique sur les influences de différents facteurs de conception sur la formation des cellules peut être mise en œuvre et aider à optimiser les performances des cellules en améliorant la formation de SEI.

*Fiabilité & Conception de sécurité : le moniteur de volume de gaz In Situ peut également étudier et analyser le comportement de gazage pendant le test d'abus de surcharge, de cycles à haute température, etc.

Méthode de test traditionnelle

Mesure de volume ex-situ :

La méthode du volume de déplacement a été largement utilisée pour mesurer le volume des cellules après gazage. Il est facile à utiliser mais ne fournit que des informations limitées :

*Mesure à point unique : incapable d'acquérir le changement de volume et le taux de gazage de l'ensemble du processus de formation des cellules 9 ;

*Mesure non in situ : facile à interférer, par l'environnement externe pendant le processus de transfert-mesure ;

*Pesé par la balance générale : impossible d'obtenir une mesure en ligne, à long terme, stable et de haute précision.

*Haute perte de cellules : incapable de supprimer l'influence de la consistance des cellules.

Mesure de pression interne

La mesure de la pression interne est une autre méthode largement utilisée, qui surveille le changement de pression interne des cellules en implantant un dispositif de capteur de pression dans la cellule. Cette méthode ne peut être appliquée que sur les cellules prismatiques et nécessite la préparation d'un échantillon de cellule spécial, ce qui complique le fonctionnement et coûte cher.

Solution créative

ln-s je ta mesure :

Avec un système de détection mécanique de haute précision auto-développé installé dans le moniteur de volume de gaz in situ de la série GVM, nous pouvons mettre en œuvre une surveillance continue à long terme & mesure de haute stabilité du processus de gazage des batteries lithium-ion ; Un module d'acquisition de données ADC de haute précision est appliqué et coordonné avec le logiciel multifonctionnel de surveillance du volume de gaz in situ MISG. Les changements de volume pendant le processus de charge-décharge de la batterie lithium-ion peuvent être surveillés en temps réel et présenter le niveau de gonflement et de rétrécissement de la batterie en ligne. Grâce aux données de communication basées sur CAN, il est pratique de mettre en œuvre un gonflement multi-module.

Les séries GVM sont les premiers moniteurs de volume de gaz in situ dans l'industrie des batteries lithium-ion.

* Développé avec CATL, la meilleure entreprise de batteries de puissance et autorisé exclusivement pour le brevet.

Schéma de constitution de l'appareil et logiciel

Système de test d'apprentissage à haute énergie : surveillance en ligne in situ à long terme et respecte les exigences de précision ;

Logiciel de test dédié ： collecte et affichage en temps réel des données du système de test mécanique et dessin automatique des courbes de changement de volume ;

Système auxiliaire: conception de structure spéciale, pratique pour intervenir dans le système auxiliaire de support, réaliser le contrôle de réglage de la température de test.

Applications

Analyse formation-gazage

1.Différents matériaux ' application de formation-gazage

Condition d'essai : 25 ℃ 0.04C/0.1C

Le matériau modifié A a une granulométrie plus petite que le matériau classique B, et la réaction de formation du film SEI est plus suffisante lors de la formation, et la production de gaz est plus importante ;

Avec les mêmes paramètres de conception, seules la modification et la modification de surface du matériau sont effectuées. En comparant la production de gaz et le taux de production de gaz de la formation de cellules, l'effet du matériau traité sur la formation de cellules peut être rapidement et intuitivement obtenu, aidant au développement et à l'amélioration de nouveaux matériaux.

2. Électrolyte différent ' s application de formation de gaz (condition d'essai : 25 ℃ 0,02 ℃ )

Dans le même électrolyte, la production de gaz de formation de cellule et le taux de production de gaz de l'électrolyte B avec un certain additif sont supérieurs à ceux de l'électrolyte A sans additif. Cet additif peut rendre la réaction de formation du film cellulaire plus complète ;

Les additifs dans l'électrolyte ont une grande influence sur la réaction de formation du film SEI de l'étape de formation des cellules. En comparant les changements dans le volume de production de gaz et le taux de production de gaz de la formation de cellules par l'électrolyte avec différents additifs, l'effet de l'additif sur la formation de cellules est rapidement évalué. L'influence du processus de formation, combinée à la courbe de formation à trois électrodes, contribue à améliorer la formulation de l'électrolyte de manière ciblée.

3. Différentes conditions de température et de taux de formation

Formation sous différentes températures

je Dans le même processus de formation, la réaction de filmage SEI est plus adéquate à haute température de 45deqC par rapport à celle de 25degC.

Formation sous différents taux de charge

À la même température^ avec un taux de formation différent, le point de départ de la réaction de la tension de formation est inférieur à un taux plus petit.

Le réglage des paramètres de condition de formation cellulaire affecte le temps de formation cellulaire et la qualité du film. Raccourcir efficacement le temps de formation des cellules peut grandement améliorer l'efficacité de la production de cellules de l'entreprise. En définissant des paramètres de différentes conditions de formation, le point de départ de la tension de production de gaz de la cellule dans différentes conditions de formation et la production de gaz et le taux de production de gaz à chaque étape de la formation sont obtenus quantitativement, ce qui aide à guider l'amélioration de la formation de la cellule processus et technologie, et améliore l'efficacité de la production de l'entreprise.

Analyse de surcharge gazeuse

1.Différents matériaux NCM ' application de surcharge-gazage (condition d'essai : 25 ℃ 0,5 ℃ )

En comparant le SOC de la cellule lors de la production de gaz, on constate que la cellule à haute teneur en nickel produit du gaz plus tôt ;

En surveillant le processus de charge normal de la cellule de batterie et les changements de volume et de température de SOC surchargé à 200%, et correspondant à la courbe à trois électrodes, le potentiel et le taux de réaction d'un grand nombre de réactions secondaires, le potentiel de lithium surchargé, et le potentiel de décomposition du matériau d'électrode positive peut être obtenu avec précision et le taux et d'autres informations connexes, aident quantitativement à analyser et à étudier les performances de surcharge des matériaux, à apporter des améliorations ciblées et à améliorer l'efficacité de la R&D.

2. Différents matériaux NCM ' application de surcharge-gazage (condition d'essai : 25 ℃ 0,5 ℃ )

* Dans la plage de tension normale, le changement de volume de la cellule est inférieur à 1,2 %, ce qui est essentiellement dû au gonflement structurel provoqué par l'intercalation du lithium. Lorsque le SOC du Ni-2 élevé est supérieur à 40 %, le gonflement structurel du Ni-1 élevé est légèrement supérieur à celui du Ni-2 élevé ;

* Après une surcharge à 5V, le SOC du matériau à haute teneur en Ni-2 est plus tardif que celui du matériau à haute teneur en Ni-1, ce qui indique que le matériau à haute teneur en Ni-2 peut s'adapter à une tension de charge plus élevée, libérer plus de capacité et améliorer la densité d'énergie de la cellule tout en maintenant une structure stable ;

* Le SOC et la tension de la cellule correspondant au point de départ de la production de gaz peuvent être obtenus en utilisant la méthode in situ pour surveiller en continu le comportement de production de gaz de surcharge ; ce qui est propice au développement de la prochaine étape des travaux de R&.D

3.Types et contenu des additifs électrolytiques

En comparant le comportement de gazage de surcharge de la cellule lithium-ion avec deux types et teneurs différents d'additifs, on peut constater que le potentiel de réaction de l'additif-A est inférieur à celui de l'additif-B, et le gazage total est un peu plus bas, il peut être mieux utilisé comme additif de protection contre les surcharges.

Cycle-gazage analyse

Différents matériaux NCM ' application de gazage de surcharge (condition d'essai : 60 ℃ 0,5 ℃ 3-4.2V)

* La cellule A et la cellule B ont été utilisées avec des matériaux ternaires différents, le volume cellulaire de la cellule B a augmenté plus que celui de la cellule A et le volume irréversible est passé de 0,01 ml à 0,04 ml ;

* L'analyse quantitative permet d'analyser les performances du cycle de différents matériaux, améliorant ainsi l'efficacité de la recherche et du développement.

Analyse stockage-gazage

1.Comparaison des conditions modifiées NCM811

Condition de test : 4,2 V pleine charge à 85 ℃ pour 4H

Les résultats montrent que la chute de tension de NCM811 dans la méthode 1 modifiée est plus importante que celle de la méthode 2 modifiée à 85 °C, et la production de gaz est supérieure ;

La méthode in situ peut être utilisée pour surveiller en continu le comportement de production de gaz de stockage ; qui peut comparer les avantages de différentes méthodes de modification des matériaux, améliorant l'efficacité de la recherche et du développement.

2.Comparaison de différents types d'électrodes

Condition de test : 4,2 V pleine charge à 85 ℃ pour 4H

*UN et B des cellules adoptent différents systèmes d'électrolytes. À partir de la courbe de changement de volume cellulaire pendant le stockage à pleine charge, on peut voir que les cellules EL-A produisent plus de gaz que les cellules EL-B, ce qui indique que l'électrolyte du système est facile à produire du gaz à haute température et haute pression ;

* L'analyse quantitative peut aider à étudier les performances de production de gaz de différents électrolytes et à améliorer l'efficacité de la recherche et du développement.

3 .Comparant température de stockage différente

Condition d'essai : charge complète de 4,2 V à 85 ℃ pendant 4 heures

La cellule a de bonnes performances de stockage à 70 °C et une production de gaz élevée à 85 °C ;

En utilisant une méthode in situ pour surveiller en continu le comportement de production de gaz de stockage, le point de départ et le point maximum de production de gaz peuvent être obtenus, ce qui est utile pour le R & D personnel pour mener à bien la prochaine étape de R & travail D.

Paramètre et exigence d'installation

Paramètres

1.Poids total de la cellule de poche à tester : IO-IOOOg, taille maximale (à l'exclusion des onglets, comme indiqué ci-dessous) : 180 x 120 mm

température d'essai 2.Cell : 20-85 ℃

3.Résolution du changement de volume : ＜ 1pL

4. Précision de détection du changement de volume : ＜ 1OpL

5. Stabilité du système ＜ 20pL(RT25 ℃ , ＜ 30 minutes), ＜ 50uL(RT25 ℃ , 30min-12h)