Labor-Lithium-Ionen-Batterie-In-Situ-Gasvolumenanalysator für Batterieforschung und -entwicklung

Gasverhalten von Lithium-Ionen-Batterien

Formationsgasproduktion:

Der Bildungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien wird von einer großen Menge an Gasproduktion begleitet, die eng mit dem chemischen System der Zelle, Anoden- und Kathodenmaterialien, Elektrolytkomponenten und Bildungsbedingungen zusammenhängt;

Die Formationsbedingungen (wie Strom, Abschaltspannung, Temperatur, Druck usw.) beeinflussen die Zeit des Formationsschritts. Die effektive Verkürzung des Gründungszyklus kann die Produktionseffizienz des Unternehmens erheblich verbessern ’ s-Batterie;

Gegenwärtig verlassen sich Unternehmen im Wesentlichen auf empirische Beurteilungen für die Festlegung des Gründungsprozesses und der Bedingungen, und es mangelt ihnen an wissenschaftlichen und effektiven Mitteln und Grundlagen, um die Gründungsbedingungen zu verbessern;

Gasproduktion während der Überladung:

Das Risiko einer Überladung ist ein sehr wichtiges Sicherheitsproblem bei der tatsächlichen Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien;

Bei Lithium-Ionen-Batterien treten während des Überladevorgangs schwerwiegende Nebenreaktionen auf, die häufig von einer starken Gasentwicklung begleitet werden, wodurch das Volumen oder der Innendruck der Batterie schnell ansteigen und das Risiko eines thermischen Durchgehens erhöht wird.

Gasproduktion während Lagerung oder Zyklus:

Während der Langzeitlagerung oder -zyklisierung unterliegen Lithium-Ionen-Batterien langsam Nebenreaktionen und erzeugen Gas, insbesondere unter Hochtemperaturbedingungen, die eher auftreten. Dies ist ein sehr kritisches Zuverlässigkeitsproblem für Lithium-Ionen-Batterien.

Funktionen des In-situ-Begasungsvolumenanalysators

Der In-Situ-Gasvolumenanalysator der GVM-Serie verwendet ein hochpräzises mechanisches Überwachungssystem, das Zellen vor Ort aufzeichnen kann ’ Volumenänderungen während des gesamten Lade-Entlade-Prozesses und erhalten das genaue Gasungsvolumen und die Volumenänderungsrate der Zellen während jeder Phase.

*Effizienzverbesserung: Bewerten Sie schnell das Gasungsverhalten von Zellen, verkürzen Sie den F&E-Zeitraum und verbessern Sie die Effizienz;

*Kosten senken: Helfen Sie, den Bildungsprozess zu optimieren, die Produktionseffizienz zu verbessern und den Unternehmergeist zu verringern ’ s Produktionskosten;

*Zelldesign-Optimierung: Quantifizieren Sie das Gasungsvolumen und die Gasungsrate während des gesamten Bildungsprozesses der Zelle1.

Durch die Kombination mit der Drei-Elektroden-Analyse der Formationskurve kann die systemische Bewertung der Einflüsse verschiedener Designfaktoren auf die Zellbildung implementiert werden und helfen, die Zellleistung durch Verbesserung der SEI-Bildung zu optimieren.

*Zuverlässigkeit & Sicherheitsdesign: Der In-Situ-Gasvolumenmonitor kann auch das Gasverhalten während des Missbrauchstests bei Überladung, Hochtemperaturzyklen usw. untersuchen und analysieren.

Traditionelle Testmethode

Ex-situ Volumenmessung:

Die Methode des Verdrängungsvolumens wurde weithin verwendet, um das Zellvolumen nach der Begasung zu messen. Es ist einfach zu bedienen, bietet aber nur begrenzte Informationen:

* Einzelpunktmessung: Volumenänderung und Gasbildungsrate des gesamten Formationsprozesses der Zelle9 nicht zu erfassen;

* Non-in-situ-Messung: während des Transfer-Messvorgangs leicht durch äußere Umgebungen störbar;

*Gewogen von Allgemeiner Waage: Es ist nicht möglich, eine langfristige, stabile und hochgenaue Online-Messung zu erreichen.

* Hohe Zellverschwendung: Der Einfluss der Zellkonsistenz kann nicht beseitigt werden.

Innendruckmessung

Die Innendruckmessung ist eine weitere weit verbreitete Methode, die die Innendruckänderung von Zellen überwacht, indem ein Drucksensorgerät in die Zelle implantiert wird. Dieses Verfahren kann nur auf prismatische Zellen angewendet werden und erfordert die Herstellung einer speziellen Zellprobe, wodurch es kompliziert im Betrieb und sehr kostenintensiv ist.

Kreative Lösung

ln-s ich Tu-Messung:

Mit einem selbst entwickelten hochpräzisen mechanischen Sensorsystem, das in der In-situ-Gasvolumenüberwachung der GVM-Serie installiert ist, können wir eine kontinuierliche langfristige & hochstabile Messung des Gasbildungsprozesses von Lithium-Ionen-Batterien; Das hochpräzise ADC-Datenerfassungsmodul wird angewendet und mit der multifunktionalen In-situ-Gasvolumenüberwachungssoftware MISG koordiniert. Die Volumenänderungen während des Lade-Entlade-Vorgangs von Lithium-Ionen-Akkus können in Echtzeit überwacht werden und den Quell- und Schrumpfgrad des Akkus online darstellen. Durch CAN-basierte Kommunikationsdaten ist es bequem, Multi-Modul-Swelling zu implementieren.

Die GVM-Serie sind die ersten In-situ-Gasvolumenmonitore in der Lithium-Ionen-Batterieindustrie.

*Entwickelt mit CATL, dem Top-Power-Batterieunternehmen, und exklusiv für das Patent autorisiert.

Geräteaufbaudiagramm und Software

Hochenergie-Lerntestsystem: Langzeit-In-situ-Online-Überwachung und Erfüllung der Genauigkeitsanforderungen;

Spezielle Testsoftware ： Echtzeiterfassung und -anzeige von mechanischen Testsystemdaten und automatisches Zeichnen von Volumenänderungskurven;

Hilfssystem: Spezielles Strukturdesign, bequem zum Eingreifen in das unterstützende Hilfssystem, Realisierung der Testtemperatur-Anpassungssteuerung.

Anwendungen

Formationsgasanalyse

1. Verschiedene Materialien ’ Formationsgasanwendung

Testbedingung: 25 ℃ 0,04 °C/0,1 °C

Das modifizierte Material A hat eine kleinere Teilchengröße als das herkömmliche Material B, und die SEI-Filmbildungsreaktion ist während der Bildung ausreichender, und die Gasproduktion ist größer;

Bei gleichen Designparametern wird lediglich die Modifizierung und Oberflächenmodifikation des Materials durchgeführt. Durch den Vergleich der Gasproduktion und der Gasproduktionsrate der Zellbildung kann die Wirkung des verarbeiteten Materials auf die Zellbildung schnell und intuitiv ermittelt werden, was die Entwicklung und Verbesserung neuer Materialien unterstützt.

2.Anderer Elektrolyt ’ s Formationsgasanwendung (Prüfbedingung: 25 ℃ 0,02 ℃ )

Bei gleichem Elektrolyt sind die Zellbildungsgasproduktion und die Gasproduktionsrate von Elektrolyt B mit einem bestimmten Additiv größer als die von Elektrolyt A ohne Additive. Dieses Additiv kann die Zellfilmbildungsreaktion vollständiger machen;

Die Additive im Elektrolyten haben einen großen Einfluss auf die SEI-Filmbildungsreaktion der Zellbildungsstufe. Durch den Vergleich der Änderungen des Gasproduktionsvolumens und der Gasproduktionsrate der Zellbildung durch den Elektrolyten mit unterschiedlichen Additiven wird die Wirkung des Additivs auf die Zellbildung schnell bewertet. Die Beeinflussung des Formationsprozesses in Kombination mit der Drei-Elektroden-Formationskurve hilft, die Elektrolytformulierung gezielt zu verbessern.

3. Unterschiedliche Temperatur- und Bildungsgeschwindigkeitsbedingungen

Formation unter unterschiedlicher Temperatur

ich Bei demselben Bildungsprozess ist die SEI-Filmbildungsreaktion bei einer hohen Temperatur von 45 °C besser geeignet als bei 25 °C.

Formation unter unterschiedlicher Laderate

Bei gleicher Temperatur^ mit unterschiedlicher Bildungsgeschwindigkeit ist der Reaktionsstartpunkt der Bildungsspannung bei geringerer Geschwindigkeit niedriger.

Die Einstellung der Zellbildungsbedingungsparameter beeinflusst die Zellbildungszeit und Filmqualität. Die effektive Verkürzung der Zellbildungszeit kann die Zellproduktionseffizienz des Unternehmens erheblich verbessern. Durch Einstellen von Parametern unterschiedlicher Formationsbedingungen werden der Startpunkt der Gasproduktionsspannung der Zelle unter unterschiedlichen Formationsbedingungen und die Gasproduktion und die Gasproduktionsrate in jeder Stufe der Formation quantitativ erhalten, was hilft, die Verbesserung der Zellbildung zu steuern Prozess und Technologie und verbessert die Produktionseffizienz des Unternehmens.

Überladungsgasanalyse

1. Verschiedene NCM-Materialien ’ Überladungsgasanwendung (Testbedingung: 25 ℃ 0,5 ℃ )

Beim Vergleich des SOC der Zelle während der Gasproduktion kann festgestellt werden, dass die Zelle mit hohem Nickelgehalt früher Gas produziert;

Durch Überwachung des normalen Ladevorgangs der Batteriezelle und der Volumen- und Temperaturänderungen von überladen auf 200 % SOC, und entsprechend der Drei-Elektroden-Kurve, des Potentials und der Reaktionsgeschwindigkeit einer großen Anzahl von Nebenreaktionen, des überladenen Lithiumpotentials, und das Zersetzungspotential des Materials der positiven Elektrode können genau erhalten und bewertet und andere damit zusammenhängende Informationen ermittelt werden, helfen quantitativ bei der Analyse und Untersuchung der Überladungsleistung von Materialien, nehmen gezielte Verbesserungen vor und verbessern die F&E-Effizienz.

2. Verschiedene NCM-Materialien ’ Überladungsgasanwendung (Testbedingung: 25 ℃ 0,5 ℃ )

* Im normalen Spannungsbereich beträgt die Volumenänderung der Zelle weniger als 1,2 %, was im Wesentlichen auf die strukturelle Quellung durch die Lithium-Interkalation zurückzuführen ist. Wenn der SOC von hohem Ni-2 größer als 40 % ist, ist die strukturelle Quellung von hohem Ni-1 etwas größer als die von hohem Ni-2;

* Nach dem Überladen auf 5 V ist der SOC von Material mit hohem Ni-2-Gehalt später als der von Material mit hohem Ni-1-Gehalt, was darauf hinweist, dass sich Material mit hohem Ni-2-Gehalt an eine höhere Ladespannung anpassen, mehr Kapazität freisetzen und die Energiedichte der Zelle verbessern kann unter Beibehaltung einer stabilen Struktur;

* Der SOC und die Spannung der Zelle, die dem Startpunkt der Gasproduktion entsprechen, können erhalten werden, indem das in-situ-Verfahren verwendet wird, um das Verhalten der Überladungsgasproduktion kontinuierlich zu überwachen; was der Entwicklung des nächsten Schritts der F&E-Arbeit förderlich ist

3. Arten und Inhalt von Elektrolytzusätzen

Vergleicht man das Überladungsgasungsverhalten von Lithium-Ionen-Zellen mit zwei unterschiedlichen Arten und Gehalten von Additiven, so lässt sich feststellen, dass das Reaktionspotential von Additiv-A geringer ist als das von Additiv-B, und die Gesamtgasung etwas geringer ist, es kann besser als Überladungsschutzadditiv verwendet werden.

Kreisgasanalyse

Verschiedene NCM-Materialien ’ Überladungsgasanwendung (Testbedingung: 60 ℃ 0,5 ℃ 3-4,2 V)

* Für Zelle A und Zelle B wurden unterschiedliche ternäre Materialien verwendet, das Zellvolumen von Zelle B erhöhte sich stärker als das von Zelle A, und das irreversible Volumen stieg von 0,01 ml auf 0,04 ml;

* Die quantitative Analyse hilft bei der Analyse der Zyklusleistung verschiedener Materialien und verbessert die Effizienz von Forschung und Entwicklung.

Lagergasanalyse

1.Vergleich der modifizierten NCM811-Bedingungen

Testbedingung: 4,2 V Vollladung bei 85 ℃ für 4 Std

Die Ergebnisse zeigen, dass der Spannungsabfall von NCM811 in der modifizierten Methode-1 größer ist als der in der modifizierten Methode-2 bei 85 °C und die Gasproduktion größer ist;

Mit der In-situ-Methode kann das Speichergasproduktionsverhalten kontinuierlich überwacht werden; die die Vorteile verschiedener Modifikationsmethoden von Materialien vergleichen und die Effizienz von Forschung und Entwicklung verbessern können.

2.Vergleich verschiedener Elektrodentypen

Testbedingung: 4,2 V Vollladung bei 85 ℃ für 4 Std

*EIN und B der Zellen nehmen unterschiedliche Elektrolytsysteme an. Aus der Zellvolumenänderungskurve Während der Lagerung bei voller Ladung ist ersichtlich, dass EL-A-Zellen mehr Gas produzieren als EL-B-Zellen, was darauf hinweist, dass der Elektrolyt des Systems unter hoher Temperatur und hohem Druck leicht Gas produziert;

* Die quantitative Analyse kann helfen, die Gasproduktionsleistung verschiedener Elektrolyte zu untersuchen und die Effizienz von Forschung und Entwicklung zu verbessern.

3 .Vergleichen andere Lagertemperatur

Testbedingung: 4,2 V Vollladung bei 85 ℃ für 4 Std

Die Zelle hat eine gute Speicherleistung bei 70 °C und eine hohe Gasproduktion bei 85 °C;

Durch die Verwendung der In-situ-Methode zur kontinuierlichen Überwachung des Speichergasproduktionsverhaltens können der Startpunkt und der Maximalpunkt der Gasproduktion erhalten werden, was für die R & D-Personal zur Durchführung des nächsten Schritts von R & D Arbeit.

Parameter und Installationsvoraussetzung

Parameter

1. Gesamtgewicht der zu testenden Pouch-Zelle: 10–100 g, maximale Größe (ohne Laschen, wie unten gezeigt): 180 x 120 mm

2. Zelltesttemperatur: 20-85 ℃

3.Auflösung der Lautstärkeänderung: ＜ 1pl

4. Erkennungsgenauigkeit der Volumenänderung: ＜ 1OpL

5. Systemstabilität ＜ 20pl (RT25 ℃ , ＜ 30 Minuten), ＜ 50 ul (RT25 ℃ , 30min-12h)