Technische Informationen zur Batterie

Was ist der K-Wert/die Leerlaufspannung/die Polarisierung einer Lithiumbatterie?

K valve of battery

Wie hoch ist der K-Wert/die Leerlaufspannung/die Polarisation von Lithium-Batterie ? Welche Auswirkungen hat das auf die Batterie?

K-Wert:

Der K-Wert bezieht sich auf den Spannungsabfall der Batterie in einer Zeiteinheit, in der Regel ausgedrückt in mV/d, und ist ein Indikator zur Messung der Selbstentladungsrate von Lithiumbatterien. OCV1 wird zum Zeitpunkt t1 gemessen. Messen Sie OCV2 zum Zeitpunkt t2. K=(OCV1-OCV2)/(t2-t1)。 Der K-Wert der Batterie mit guter Leistung liegt im Allgemeinen unter 2mV/d oder 0,08mV/h.

Lithium battery K Value

Leerlaufspannung

Die Leerlaufspannung (OCV) bezieht sich auf die Klemmenspannung der Batterie im Leerlaufzustand. Die Leerlaufspannung der Batterie ist gleich der Differenz zwischen dem Potenzial der positiven Elektrode und dem Potenzial der negativen Elektrode der Batterie, wenn sich die Batterie im Leerlauf befindet (d. h. wenn kein Strom durch die beiden Pole fließt), was in V offen ausgedrückt wird, d. h. V offen= Ф+-Ф-, unter Ф+、Ф- Sie sind jeweils das positive und das negative Elektrodenpotenzial der Batterie. Die Leerlaufspannung der Batterie ist in der Regel geringer als ihre elektromotorische Kraft, da das von den beiden Polen der Batterie in der Elektrolytlösung gebildete Elektrodenpotential in der Regel nicht das Gleichgewichtspotential, sondern das stabile Elektrodenpotential ist. Im Allgemeinen kann man davon ausgehen, dass die Leerlaufspannung der Batterie die elektromotorische Kraft der Batterie ist. Die Leerlaufspannung der Batterie hängt von den Materialien der positiven und negativen Elektroden der Batterie und dem Elektrolyt ab. Wenn die Materialien der positiven und negativen Elektroden der Batterie identisch sind, bleibt die Leerlaufspannung gleich, egal wie groß das Batterievolumen ist und wie sich die geometrische Struktur ändert. Bei der eigentlichen Berechnung wird ein Voltmeter an den offenen Stromkreis angeschlossen, und der Messwert des Voltmeters ist die Leerlaufspannung.

Reaktionsgleichung:M2++ 2e-=M Nernst-Gleichung:E=E0-RTln(am/am2+)

R ist die Gaskonstante, T ist die Reaktionstemperatur und a ist die Aktivität oder Konzentration der Komponente. Die Leerlaufspannung der Batterie hängt von den Eigenschaften der positiven und negativen Elektrodenmaterialien, des Elektrolyten und den Temperaturbedingungen ab und ist unabhängig von der geometrischen Struktur und der Größe der Batterie.

Polarisierung

Das Phänomen, dass das Potenzial vom Gleichgewichtspotenzial abweicht, wenn die Batterie von Strom durchflossen wird, nennt man Batteriepolarisation. Das Überpotenzial ist die Differenz zwischen dem tatsächlichen Potenzial und dem ausgeglichenen Potenzial, die zur Messung des Polarisierungsgrads verwendet wird. Das Phänomen der Batteriepolarisierung gibt es bei herkömmlichen Batterien wie Bleisäurebatterien, Lithiumbatterien und Nickel-Wasserstoff-Batterien.

Je nach den Ursachen der Polarisierung können drei Arten von Polarisierung unterschieden werden: elektrochemische Polarisierung, Konzentrationspolarisierung und ohmsche Polarisierung.

1. elektrochemische Polarisation, auch aktive Polarisation genannt, wird dadurch verursacht, dass die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit von positiven und negativen aktiven Substanzen geringer ist als die Geschwindigkeit der Elektronenbewegung, und die Reaktionszeit beträgt Mikrosekunden;

2. Die Konzentrationspolarisation wird durch den Verbrauch von Reaktanten verursacht, was dazu führt, dass die Elektrodenoberfläche nicht rechtzeitig aufgefüllt werden kann (oder dass sich ein Produkt auf der Elektrodenoberfläche ansammelt und nicht rechtzeitig entfernt werden kann). So führt beispielsweise die Ansammlung von Wasserstoff am Pluspol der Batterie dazu, dass das Elektrodenpotenzial von dem Durchschnittswert abweicht, der anhand der Gesamtkonzentration vor dem Einschalten berechnet wurde, und die Reaktionszeit beträgt Sekunden;

3. Die ohmsche Polarisierung wird durch den Elektrolyt, die Elektrodenmaterialien, den Membranwiderstand und den Kontaktwiderstand zwischen den verschiedenen Komponenten verursacht und tritt sofort auf.

Die drei oben genannten Polarisationen sind der Widerstand der elektrochemischen Reaktion. Der Innenwiderstand der Batterie ist die Summe aus ohmschem Innenwiderstand, elektrochemischem Polarisationsinnenwiderstand und Konzentrationspolarisationsinnenwiderstand.

Faktoren, die die Polarisierung beeinflussen

1. interner Einfluss der Batterie

(1) Einfluss des Elektrolyten: Die geringe Leitfähigkeit des Elektrolyten ist der Hauptgrund für die Polarisierung der Lithium-Ionen-Batterie. Eine der Möglichkeiten zur Verbesserung der Entladekapazität von Elektrolyten mit hoher Rate ist die Verbesserung der Leitfähigkeit des Elektrolyten.
(2) Der Einfluss positiver und negativer Elektrodenmaterialien: Der Kanal, über den große Lithiumionen von positiven und negativen Elektrodenmaterialteilchen zur Oberfläche diffundieren können, wird verlängert, was den Polarisationseffekt erhöht, der durch die Nanometertechnik gelöst werden kann.
(3) Auswirkung des leitfähigen Mittels: Wenn der Gehalt an leitfähigem Material abnimmt, steigt der Polarisationsinnenwiderstand schnell an, wodurch die Batteriespannung schnell auf die Entladeschlussspannung sinkt.
(4) Einfluss des SEI-Films: Die Bildung eines SEI-Films erhöht den Innenwiderstand der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche, was zu einer Spannungshysterese führt.
(5) Auswirkungen der Batteriekonstruktion:

Elektrodenplattendicke: Die Erhöhung der Elektrodenplattendicke vergrößert den Lithiumionen-Diffusionsweg, was zu einer größeren Konzentrationspolarisation führt.

Verdichtungsdichte: Wenn die Verdichtungsdichte groß ist, verringert sich der Kontakt zwischen dem Material und dem Elektrolyten, was zu Konzentrationsdifferenzpolarisation und ohmscher Polarisation führt.

SmartPropel Battery

2. Externer Einfluss der Batterie

(1) Auswirkung des SOC auf die Polarisation:

Während des Lade- und Entladevorgangs ist die Polarisationsspannung von 10 % < Bsoc < 80 % relativ gering und ändert sich kaum;

Wenn der SOC des Batterieladens > 80 % und der SOC des Batterieentladens < 10 % beträgt, steigt die Polarisationsspannung in kurzer Zeit stark an, bis zu 300 V

(2) Einfluss der Ladegeschwindigkeit auf die Polarisationsspannung:

Je höher die Ladegeschwindigkeit ist, desto stärker ist die interne Reaktion der Batterie, desto schneller ist die Wanderungsgeschwindigkeit der Lithium-Ionen, desto schneller steigt der Wert der Polarisationsspannung, und desto weniger Strom kann geladen werden;

Wenn die Ladegeschwindigkeit zu hoch ist, kann die Diffusionsrate der Lithiumionen in der Zelle den Bedarf an Stromerzeugung in kurzer Zeit nicht decken, und eine große Anzahl von Lithiumionen sammelt sich in der Nähe des Pols, was zu einem starken Anstieg der Spannung führt. Wenn die Ladezeit zu lang ist, kristallisiert das Lithium aus, was die Abnahme der Batteriekapazität beschleunigt.

Solar LIthium battery curve

(3) Einfluss der Temperatur auf die Polarisation:

Wenn der SOC der Batterie weniger als 30 % beträgt, wird die Leerlaufspannung offensichtlich von der Temperatur beeinflusst. Je niedriger die Temperatur ist, desto höher ist die Leerlaufspannung; bei 30 % < SOC < 80 % ist der Trend der Leerlaufspannung eher flach, und der Wert ändert sich kaum;

Mit steigender Temperatur nimmt die Aktivität des Akkus zu, die Polarisationsspannung ändert sich langsam, und die verfügbare Kapazität nimmt leicht zu; bei niedriger Temperatur steigt die Polarisationsspannung des Akkus stark an, und es kommt zu einem offensichtlichen Akkumulationsphänomen, das zu einer schnellen Verringerung der wiederaufladbaren Kapazität führt;

Die Polarisationsspannung der Batterie hat eine deutliche Akkumulation. Je größer der SOC ist, desto deutlicher ist der Unterschied. Je niedriger die Temperatur, desto gravierender ist die Akkumulation der Polarisationsspannung.

ithium Battery Parameter

Einflussfaktoren auf den K-Wert

Der K-Wert ist die physikalische Größe der Selbstentladegeschwindigkeit der Lithium-Ionen-Batterie.

LIthium Battery specs for solar power

1. Depolarisationseffekt

Nach dem Aufladen des Lithium-Ionen-Akkus wird die Spannung mit zunehmender Zeit immer stabiler. Wenn die Depolarisation nicht vollständig ist, ist der Test-K-Wert zu groß, und es kommt zu einer Fehleinschätzung.

12V series LFP battery

2. SOC-Ausgangszustand

Die OCV-Kurve ändert sich mit dem Anstieg des SOC. Wenn die Steigung K groß ist, ist sie für die Wahl des K-Werts förderlich.

Lithium Battery specification

3. Alterungstemperatur und -zeit

Alterungstemperatur:

Nach der Arrhenius-Gleichung kann die Erhöhung der Alterungstemperatur die chemische Reaktion beschleunigen, die Selbstentladungsrate verbessern und den K-Wert erhöhen. Eine Erhöhung der Temperatur kann den Siebzyklus des K-Werts verkürzen und die Produktionseffizienz verbessern.

K=Ae (- Ea/RT) K ist die Geschwindigkeitskonstante

4. Prüfmittel

-Genauigkeit der Ausrüstung

Die Genauigkeit der K-Wert-Prüfung muss 0,1 mV erreichen, und die Auflösung muss 0,01 mV betragen;

-Gerätekonsistenz

Bei der K-Wert-Prüfung muss dasselbe Gerät oder ein Gerät mit hoher Druckkonstanz für zwei OCV-Prüfungen verwendet werden, um sicherzustellen, dass der K-Wert korrekt ist.

Regelmäßige MSA

5. Physikalischer Mikrokurzschluss

-Physikalischer Kurzschluss

Fremdkörper durchdringen die Isolationsmembran, verursachen eine elektronische Leitung in der Zelle, bilden eine interne Schleife und erhöhen den K-Wert;

Art des Fremdkörpers: Leiter oder Halbleitermaterial wie Metall oder Metalloxid

Entladungsreaktion:

Postiv:LixCoO2+Li++e-→LiCoO2

Negativ:LiC6→Li++e-+C6

-chemischer Auflösungskurzschluss

Auf der Oberfläche der positiven Elektrode oder des Diaphragmas befinden sich metallische Fremdkörper M. Unter Hochspannung ionisieren die metallischen Fremdstoffe und bilden das Ion M -. Das Metallion bewegt sich unter der Einwirkung des elektrischen Feldes zur negativen Elektrode, und die Reduktionsreaktion findet an der negativen Elektrodenoberfläche statt, um Kristallzweige zu bilden. Der Durchmesser wächst in Richtung des elektrischen Feldes, durchstößt die Isoliermembran und verursacht einen Kurzschluss.

Rangfolge des durch Fremdstoffe und Metalle beeinflussten K-Wertes: Cu > Zn > Fe > Fe2O3

Lithium battery pack for ESS

Positiv:M→M-+e-

Negativ:M++e-→M

6. Chemische Reaktion

– Auswirkungen von Feuchtigkeit

Wenn H2O in der Zelle ist, reagiert es zuerst mit LiPF6, um korrosive Gase wie HF zu erzeugen; gleichzeitig reagiert es mit dem Lösungsmittel, um CO2 und andere Gase zu erzeugen, was zu einer Ausdehnung der Batterie führt; HF reagiert mit vielen Substanzen in der Batterie, wie den Hauptbestandteilen der SEI, und zerstört die SEI-Membran; CO2- und H2O-Produktion; CO2 führt zu einer Ausdehnung der Batterie, und das regenerierte H2O nimmt an LiPF6, Lösungsmittel und anderen Reaktionen teil; es bildet eine bösartige Kettenreaktion!

Die Folgen der Zerstörung der SEI-Membran: 1) Lösungsmittel dringt in die Graphitschicht ein und reagiert mit LixC6, was zu einem unmöglichen Kapazitätsverlust führt; 2) Die beschädigte SEI-Reparatur wird Li+ und Lösungsmittel verbrauchen, was zu einem weiteren irreversiblen Kapazitätsverlust führt.

Analysemethode des K-Wert-Fehlers

-K-Wert fehlerhaftes Analyseverfahren

Rückbestätigung des K-Werts: Es ist leicht, während des K-Wert-Tests ein falsches Urteil zu fällen, und es ist notwendig, den K-Wert erneut zu bestätigen, um festzustellen, ob es sich wirklich um ein fehlerhaftes Produkt handelt

Kühlimpedanz: Bestätigen Sie die ohmsche Impedanz der Lithium-Ionen-Batterie mit der Schnellkühlmethode, um festzustellen, ob es sich um einen physikalischen Kurzschluss handelt.

Aufteilung: Aufteilung, um kurze Punkte und Verteilungsregeln zu finden, um die Untersuchung der Quelle des Auftretens vorzubereiten

Analyse: Fremdkörperanalyse, Analyse der Zusammensetzung und Größe von Fremdkörpern usw.

Quelle des Auftretens: Nach den Analyseergebnissen, kombiniert mit den Merkmalen des Produktionsprozesses und der Ausrüstung, untersuchen Sie die Quelle des Auftretens

-Quelle und Kontrolle ausländischer Stoffe

1) Rohmaterial Fremdkörper

Fremdkörper treten in positiven und negativen Elektrodenmaterialien, leitenden Mitteln, Diaphragmen usw. auf /Eisenentfernungsgeräte werden hinzugefügt, um die Inspektion von Rohstoffen zu verbessern

2) Fremdkörper bei der Herstellung

Umweltstaub bei der Herstellung/Verstärkung des 5S-Managements in der Werkstatt

Verwaltung des Lagerzustands von Plattenpulver/Plattenkleber, Mischen und Extrudieren

Verwaltung von Schnittgraten/Schneidezyklen

Reibung/Entfernung von Metallteilen der Ausrüstung beim Wickeln

Verbesserung und regelmäßiges Management der Vorrichtung zum Auffangen von Fremdkörperspritzern/Staub beim Laschenschweißen