Enfoque de análisis para el problema de baja capacidad de las celdas de batería

La determinación de baja capacidad de batería (baja capacidad) en celdas de batería se basa en una comparación directa entre la capacidad posterior a la formación (ciclo posterior a la carga/descarga) y el valor de capacidad diseñado. Si la capacidad medida después del proceso de formación es inferior al valor diseñado, la primera respuesta debe ser confirmar si existen errores en la configuración del proceso de formación (como la corriente de descarga, el tiempo de carga, el voltaje de corte y la temperatura de formación). Si la configuración del paso de formación es correcta, es necesario cambiar el punto de prueba y repetir el proceso de formación en la celda de batería para verificar si hay problemas con el equipo o los canales de formación. Si no se encuentran anomalías en los datos de formación después de cambiar el equipo, es probable que el problema se presente en el equipo original. Si la nueva prueba continúa mostrando baja capacidad, se puede confirmar que el problema de baja capacidad realmente existe.

Tras confirmar la existencia de baja capacidad, es necesario determinar con mayor precisión la frecuencia y la gravedad de los incidentes para comprender la situación real desde una perspectiva global. Esto requiere un enfoque más sistemático. Antes de realizar un análisis sistemático, se recomienda desmontar las celdas de la batería de baja capacidad recargadas para inspeccionar la interfaz. Si no se encuentran problemas, es probable que se deban a un peso insuficiente del recubrimiento del electrodo positivo o a un margen de diseño inadecuado. Si existen problemas en la interfaz, podrían deberse a otros problemas en el proceso de fabricación o en el diseño. A continuación, investigaremos las causas de la baja capacidad desde el punto de vista del diseño y del proceso de fabricación.

I. Diseño final

1. Compatibilidad del sistema de materiales: En particular, la compatibilidad entre el electrodo negativo y el electrolito tiene un impacto significativo en la capacidad de la celda de la batería. En el caso de electrodos negativos o electrolitos de nueva introducción, si las pruebas repetidas muestran que cada celda presenta recubrimiento de litio y baja capacidad, existe una alta probabilidad de que se produzca una incompatibilidad de materiales. Las razones de esta incompatibilidad pueden incluir: densidad, grosor o inestabilidad inadecuados de la película de SEI (Interfase Electrolítica Sólida) formada durante la formación; posible delaminación de la capa de grafito causada por el PC (carbonato de propileno) en el electrolito; densidad de área de diseño o densidad de compactación excesivamente altas, lo que impide que la celda de la batería se adapte a altas velocidades de carga y descarga.
2. Adecuación del margen de diseño de capacidad: â' Partiendo de la capacidad gravimétrica del material del electrodo positivo: Debido a errores en el recubrimiento de los electrodos positivo/negativo, la precisión del gabinete de formación y los efectos adhesivos sobre la capacidad, se debe reservar un cierto margen de capacidad durante el diseño. Para materiales nuevos, es crucial evaluar con precisión la capacidad gravimétrica del electrodo positivo en el sistema específico. El mismo material de electrodo positivo puede no presentar la misma capacidad gravimétrica al combinarse con diferentes electrodos negativos o electrolitos. Factores como la velocidad de formación, la corriente de corte de carga, la velocidad de carga/descarga y el tipo de electrolito pueden afectar el rendimiento del electrodo positivo. Por lo tanto, si la capacidad gravimétrica diseñada es demasiado alta, puede sobreestimarse la capacidad de diseño, lo que resulta en una baja capacidad en el proceso de formación real. â'¡Desde la perspectiva del exceso del electrodo negativo y un valor alto de CB (balance de capacidad): El exceso del electrodo negativo también puede afectar en cierta medida la capacidad gravimétrica del electrodo positivo, lo que afecta la capacidad de la celda de la batería. El exceso del electrodo negativo no se limita a la ausencia de recubrimiento de litio. Aumentar el exceso del electrodo negativo por encima del límite inferior de ausencia de recubrimiento de litio puede mejorar la capacidad gravimétrica del electrodo positivo entre un 1 % y un 2 % aproximadamente. Sin embargo, si el exceso del electrodo negativo es demasiado alto, su capacidad gravimétrica disminuirá debido a la necesidad de más litio irreversible para formar la película SEI durante la formación, lo que resulta en una menor capacidad de descarga en el primer ciclo.
3. Inyección insuficiente de electrolito y bajo coeficiente de retención: Cuando la cantidad de electrolito inyectado es baja, la retención correspondiente también disminuye. Cuando la retención de electrolito en la celda de la batería es insuficiente, la inserción/extracción de iones de litio en los electrodos positivo y negativo se ve afectada, lo que resulta en una baja capacidad. Cuando la retención de electrolito en la celda de la batería es insuficiente, las láminas de los electrodos positivo y negativo estarán relativamente secas y se formará una fina capa de litio en el electrodo negativo, lo que puede considerarse un factor que causa baja capacidad debido a la baja retención de electrolito.

II. Proceso de fabricación final

1. Cumplimiento de los parámetros del proceso de densidad superficial del recubrimiento: Un recubrimiento demasiado ligero del electrodo positivo o negativo puede causar directamente una baja capacidad de la celda de la batería. Cuando el recubrimiento del electrodo positivo es demasiado ligero, no se observarán anomalías en la interfaz de la celda completamente cargada. En este punto, es necesario determinar el problema mediante el horneado y la medición del peso de la lámina del electrodo positivo. Si el peso medido es inferior al valor diseñado, indica que la densidad superficial del recubrimiento es inferior al valor establecido. Además, un recubrimiento desigual en el electrodo positivo o negativo (especialmente en el electrodo negativo) también puede causar una baja capacidad. Si bien un recubrimiento más pesado del electrodo positivo puede reducir la capacidad gravimétrica, la capacidad total puede no disminuir e incluso aumentar ligeramente.
2. Investigación del sobreprensado durante el laminado: El sobreprensado durante el laminado puede dañar la estructura del material, lo que afecta el rendimiento de la capacidad. La manifestación más directa del sobreprensado es un brillo en la lámina del electrodo. El sobreprensado del electrodo positivo puede impedir que las partículas de material activo con estructuras dañadas inserten o extraigan correctamente los iones de litio, lo que resulta en una disminución de la capacidad. El sobreprensado del electrodo negativo puede impedir que acepte iones de litio del electrodo positivo, lo que provoca un recubrimiento superficial de litio y una disminución de la capacidad.
3. Cumplimiento de diversos requisitos de tolerancia durante el ensamblaje: Problemas como una mala alineación de los electrodos, arrugas en el separador, etc., durante el ensamblaje de la batería pueden causar cortocircuitos internos o un aumento de la resistencia local, lo que afecta la carga/descarga de la batería y reduce su capacidad. Las arrugas en el separador de la celda también pueden provocar una inserción/extracción insuficiente de litio en el electrodo negativo, lo que afecta la capacidad de la celda.
4. Contenido de agua anormal: Un contenido de agua excesivo también puede causar baja capacidad. Cuando el contenido de agua de la lámina del electrodo excede el estándar antes de la inyección del electrolito, el punto de rocío de la guantera no cumple con los requisitos, el contenido de agua del electrolito excede el estándar o se introduce agua durante la desgasificación o el sellado secundario, la celda de la batería puede experimentar baja capacidad.
5. Normalización de la humedad y la temperatura durante la producción de celdas: Un control inadecuado de la humedad y la temperatura ambientales es crucial para el rendimiento de la batería. Una humedad alta puede provocar reacciones de descomposición del agua dentro de la batería, dañando los materiales de los electrodos y los electrolitos; las bajas temperaturas pueden ralentizar la difusión de iones de litio, lo que reduce la capacidad de la batería.
6. Otros factores:
   Problemas relacionados con las baterías: La presencia de cuerpos extraños metálicos o sustancias magnéticas en el proceso de producción de baterías puede aumentar la tasa de autodescarga. Estas celdas pueden presentar baja capacidad después de su formación.
   â'¡Tiempo y condiciones de almacenamiento: Un tiempo de almacenamiento prolongado o condiciones de almacenamiento inadecuadas, como alta temperatura y humedad, pueden provocar el envejecimiento del material del electrodo y la degradación del electrolito, lo que lleva a una reducción de la capacidad de la batería.

Los pasos anteriores, cuando se siguen paso a paso, generalmente pueden ayudar a identificar la causa de la baja capacidad.