Información técnica de la batería

¿Qué es el valor K/tensión de circuito abierto/polarización de la batería de litio?

K valve of battery

¿Cuál es el valor K/tensión de circuito abierto/polarización de batería de litio ? ¿Qué impacto tendrá en la batería?

Valor K:

El valor K se refiere a la caída de tensión de la batería en la unidad de tiempo, normalmente expresada en mV/d, y es un indicador para medir la tasa de autodescarga de la batería de litio. La OCV1 se mide en el momento t1. Medir la OCV2 en el momento t2. K=(OCV1-OCV2)/(t2-t1)。 El valor K de la batería con buen rendimiento es generalmente inferior a 2mV/d o 0,08mV/h.

Lithium battery K Value

Tensión en circuito abierto

La tensión en circuito abierto (OCV) se refiere a la tensión en los bornes de la batería en estado de circuito abierto. La tensión en circuito abierto de la pila es igual a la diferencia entre el potencial del electrodo positivo y el potencial del electrodo negativo de la pila cuando ésta está en circuito abierto (es decir, cuando no pasa corriente por los dos polos), que se expresa en V abierto, es decir, V abierto= Ф+-Ф-, entre Ф+、Ф- Son respectivamente los potenciales del electrodo positivo y negativo de la pila. La tensión en circuito abierto de la pila suele ser inferior a su fuerza electromotriz, porque el potencial de electrodo establecido por los dos polos de la pila en la solución electrolítica no suele ser el potencial de electrodo de equilibrio, sino el potencial de electrodo estable. En general, se puede considerar de forma aproximada que la tensión de circuito abierto de la batería es la fuerza electromotriz de la misma. La tensión en circuito abierto de la pila variará en función de los materiales de los electrodos positivo y negativo de la pila y del electrolito. Si los materiales de los electrodos positivo y negativo de la pila son idénticos, la tensión en circuito abierto será la misma por muy grande que sea el volumen de la pila y por mucho que cambie su estructura geométrica. En el cálculo real, se puede ver que hay un voltímetro conectado al circuito abierto, y la lectura del voltímetro es la tensión del circuito abierto.

Ecuación de reacción:M2++ 2e-=M Ecuación de Nernst:E=E0-RTln(am/am2+)

R es la constante de los gases, T es la temperatura de reacción y a es la actividad o concentración del componente. La tensión en circuito abierto de la batería depende de las propiedades de los materiales de los electrodos positivo y negativo, del electrolito y de las condiciones de temperatura, y es independiente de la estructura geométrica y del tamaño de la batería.

Polarización

El fenómeno de que el potencial se desvía del potencial de equilibrio cuando la pila tiene corriente de paso se llama polarización de la pila. El sobrepotencial es la diferencia entre el potencial real y el potencial equilibrado, que se utiliza para medir el grado de polarización. El fenómeno de la polarización de la batería existe en baterías comunes como las de plomo-ácido, las de litio y las de níquel-hidrógeno.

Según las causas de la polarización, ésta puede dividirse en tres tipos: polarización electroquímica, polarización por concentración y polarización óhmica.

1.La polarización electroquímica, también conocida como polarización activa, se debe a que la velocidad de reacción electroquímica de las sustancias activas positivas y negativas es menor que la velocidad de movimiento de los electrones, y el tiempo de respuesta es de microsegundos;

2. La polarización por concentración es causada por el consumo de reactivos, lo que provoca que la superficie del electrodo no pueda ser repuesta a tiempo (o que algún producto se acumule en la superficie del electrodo y no pueda ser evacuado a tiempo). Por ejemplo, la acumulación de hidrógeno en el polo positivo de la batería hace que el potencial del electrodo se desvíe del valor medio calculado según la concentración global antes del encendido, y el tiempo de respuesta es de segundos;

3. La polarización óhmica es causada por el electrolito, los materiales de los electrodos, la resistencia del diafragma y la resistencia de contacto entre varios componentes, que se produce instantáneamente.

Las tres polarizaciones anteriores son la resistencia de la reacción electroquímica. La resistencia interna de la batería es la suma de la resistencia interna óhmica, la resistencia interna de polarización electroquímica y la resistencia interna de polarización de concentración.

Factores que afectan a la polarización

1.Influencia interna de la batería

(1) Influencia del electrolito: la baja conductividad del electrolito es la principal razón de la polarización de las baterías de iones de litio. Una de las formas de mejorar la capacidad de descarga a gran velocidad del electrolito es mejorar la conductividad del mismo.
(2) La influencia de los materiales de electrodo positivos y negativos: el canal para que los grandes iones de litio de las partículas de material de electrodo positivas y negativas se difundan a la superficie se alarga, lo que aumenta el efecto de polarización, que puede resolverse por la vía nanométrica.
(3) Efecto del agente conductor: Cuando el contenido de agente conductor disminuye, la resistencia interna de polarización aumenta rápidamente, lo que hace que la tensión de la batería se reduzca rápidamente hasta la tensión de corte de descarga.
(4) Influencia de la película SEI: La formación de la película SEI aumenta la resistencia interna de la interfaz electrodo/electrolito, lo que provoca una histéresis de tensión.
(5) Impacto del diseño de la batería:

Grosor de la placa del electrodo: el aumento del grosor de la placa del electrodo aumentará el camino de difusión de los iones de litio, dando lugar a una mayor polarización de la concentración.

Densidad de compactación: cuando la densidad de compactación es grande, el contacto entre el material y el electrolito disminuye, dando lugar a la polarización por diferencia de concentración y a la polarización óhmica.

SmartPropel Battery

2. Influencia externa de la batería

(1) Efecto del SOC en la polarización:

En el proceso de carga y descarga, la tensión de polarización del 10% < Bsoc < 80% es relativamente pequeña y tiene pocos cambios;

Cuando el SOC de la carga de la batería es > 80% y el SOC de la descarga de la batería es < 10%, la tensión de polarización aumenta bruscamente en un corto período de tiempo, hasta 300 V

(2) Influencia de la velocidad de carga en la tensión de polarización:

Cuanto mayor es la velocidad de carga, más fuerte es la reacción interna de la batería, más rápida es la velocidad de migración de los iones de litio, más rápido aumenta el valor de la tensión de polarización y menos electricidad se puede cargar;

Si la velocidad de carga es demasiado alta, la velocidad de difusión de los iones de litio en la célula no puede satisfacer la demanda de generación de corriente en poco tiempo, y un gran número de iones de litio se reunirá cerca del polo, lo que dará lugar a un fuerte aumento de la tensión. Si el tiempo de carga es demasiado largo, el litio se cristalizará, acelerando la disminución de la capacidad de la batería.

Solar LIthium battery curve

(3) Efecto de la temperatura en la polarización:

Cuando el SOC de la batería es inferior al 30%, la tensión en circuito abierto se ve obviamente afectada por la temperatura. Cuanto menor es la temperatura, mayor es la tensión de circuito abierto; Cuando 30% < SOC < 80%, la tendencia de cambio de la tensión de circuito abierto tiende a ser plana, y el valor cambia poco;

Con el aumento de la temperatura, la actividad de la pila aumenta, la tensión de polarización cambia lentamente y la capacidad disponible aumenta ligeramente; a baja temperatura, la tensión de polarización de la pila aumenta mucho y se produce un fenómeno de acumulación evidente, que conduce a la rápida reducción de la capacidad de recarga;

La tensión de polarización de la batería tiene una acumulación evidente. Cuanto mayor sea el SOC, más evidente será la brecha. Cuanto más baja sea la temperatura, más grave será la acumulación de tensión de polarización.

ithium Battery Parameter

Factores que influyen en el valor K

El valor K es la magnitud física de la velocidad de autodescarga de la batería de iones de litio de reacción.

LIthium Battery specs for solar power

1. Efecto de despolarización

Una vez cargada la batería de iones de litio, el voltaje tiende a estabilizarse gradualmente con el aumento del tiempo. Cuando la despolarización no es completa, el valor K de la prueba es demasiado grande y se produce un error de apreciación.

12V series LFP battery

2. Estado inicial del SOC

El OCV presenta un cambio de curva con el aumento del SOC. Cuando la pendiente K es grande, favorece la selección del valor K.

Lithium Battery specification

3. Temperatura y tiempo de envejecimiento

Temperatura de envejecimiento:

-Según la ecuación de Arrhenius, el aumento de la temperatura de envejecimiento puede acelerar la reacción química, mejorar la velocidad de autodescarga y aumentar el valor K. El aumento de la temperatura puede acortar el ciclo de cribado del valor K y mejorar la eficacia de la producción.

K=Ae (- Ea/RT) K es la constante de velocidad

4. Equipo de pruebas

-Precisión del equipo

La precisión de la prueba del valor K deberá alcanzar 0,1mV, y la resolución deberá ser de 0,01mV;

-Consistencia de los dispositivos

Durante la prueba del valor K, se debe utilizar el mismo equipo o un equipo con alta consistencia de presión para dos pruebas de OCV para asegurar que el valor K es verdadero.

MSA periódica

5. Microcortocircuito físico

-Cortocircuito físico

Las materias extrañas perforan la membrana de aislamiento, provocando la conducción electrónica en la célula, formando un bucle interno y aumentando el valor K;

Tipo de materia extraña: material conductor o semiconductor como metal u óxido de metal

Reacción de descarga:

Positiva:LixCoO2+Li++e-→LiCoO2

Negativo:LiC6→Li++e-+C6

-Cortocircuito por disolución química

Hay cuerpos extraños metálicos M en la superficie del electrodo positivo o en la superficie del diafragma. Bajo alta tensión, la materia extraña metálica se ioniza para formar el ion M -. El ion metálico se desplaza hacia el electrodo negativo bajo la acción del campo eléctrico, y la reacción de reducción tiene lugar en la superficie del electrodo negativo para formar ramas de cristal. El diámetro crece a lo largo de la dirección del campo eléctrico, perforando la membrana de aislamiento y provocando un cortocircuito.

Clasificación del valor de K afectado por materias extrañas y metales: Cu > Zn > Fe > Fe2O3

Lithium battery pack for ESS

Positivo:M→M-+e-

Negativo:M++e-→M

6. Reacción química

– Impacto de la humedad

Cuando hay H2O en la celda, primero reaccionará con el LiPF6 para producir gases corrosivos como el HF; al mismo tiempo, reacciona con el disolvente para producir CO2 y otros gases, causando la expansión de la batería; el HF reaccionará con muchas sustancias en la batería, como los principales componentes del SEI, y destruirá la membrana del SEI; la producción de CO2 y H2O; el CO2 causa la expansión de la batería, y el H2O regenerado participa en el LiPF6, el disolvente y otras reacciones; ¡forma una reacción en cadena maligna!

Consecuencias de la destrucción de la membrana del SEI: 1) el disolvente entra en la capa de grafito y reacciona con el LixC6, provocando una pérdida de capacidad imposible; 2) La reparación del SEI dañado consumirá Li+ y disolvente, causando una pérdida de capacidad irreversible.

Método de análisis del defecto del valor K

-Proceso de análisis defectuoso del valor K

Reconfirmación del valor K: es fácil hacer un juicio falso durante la prueba del valor K, y es necesario reconfirmar el valor K para determinar si se trata de un producto realmente defectuoso

Impedancia de refrigeración: confirmar la impedancia óhmica de la batería de iones de litio mediante el método de refrigeración rápida para determinar si se trata de un cortocircuito físico

División: dividir para encontrar puntos cortos y reglas de distribución para preparar la investigación de la fuente de ocurrencia

Análisis: análisis de materias extrañas, análisis de composición de materias extrañas, tamaño, etc.

Fuente de ocurrencia: de acuerdo con los resultados del análisis, combinado con las características del proceso de producción y el equipo, investigar la fuente de ocurrencia

-Fuente y control de la materia extranjera

1) Materia prima extraña

Las materias extrañas se encuentran en los materiales de los electrodos positivos y negativos, los agentes conductores, los diafragmas, etc./se añade un equipo de eliminación de hierro para reforzar la inspección de las materias primas

2) Materias extrañas durante la fabricación

Polvo ambiental durante la fabricación/refuerzo de la gestión de las 5S en el taller

Gestión clave de la caída del polvo de la placa/estado de almacenamiento del adhesivo de la placa, mezcla y extrusión

Gestión del ciclo de corte de la fresa

Fricción/descarga de piezas metálicas del equipo durante el bobinado

Mejora y gestión periódica del dispositivo de recogida de polvo/salpicaduras de materias extrañas para la soldadura de lengüetas