¿Por qué las baterías de iones de litio se autodescargan, cómo medir la autodescarga?

La reacción de autodescarga de labatería de iones de litioes inevitable. Su existencia no sólo conduce a la reducción de la propia capacidad de la batería, sino que también afecta seriamente el montaje de la batería y la vida útil de la batería. La tasa de autodescarga de las baterías de iones de litio es generalmente de 2% a 5% por mes, que puede satisfacer plenamente los requisitos de uso de las células individuales.

Sin embargo, una vez que la batería de litio única se monta en un módulo, las características de cada batería de litio individual no son completamente consistentes, por lo que después de cada carga y descarga, el voltaje del terminal de cada batería de litio no puede alcanzar la consistencia completa, lo que causará que si aparecen celdas sobrecargadas o sobrecargadas en el módulo, el rendimiento de la batería de litio de celda se deteriorará. A medida que aumenta el número de carga y descarga, el grado de deterioro se exacerbará aún más, y la vida útil del ciclo se reducirá en gran medida en comparación con las células individuales no ensambladas. Por lo tanto, la investigación en profundidad sobre la tasa de autodescarga de las baterías de iones de litio es una necesidad urgente para la producción de la batería.

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Factores que afectan la autodescarga

El fenómeno de autodescarga de la batería se refiere al fenómeno de la pérdida espontánea de la capacidad de la batería cuando se deja en un circuito abierto, y también se llama la capacidad de retención de carga. La autodescarga se puede dividir generalmente en dos tipos: autodescarga reversible y autodescarga irreversible. La capacidad de pérdida se puede compensar de forma reversible para la autodescarga reversible, el principio es similar a la reacción normal de descarga de la batería. La autodescarga que no puede ser compensada por la pérdida de capacidad es la autodescarga irreversible. La razón principal es que se ha producido una reacción irreversible dentro de la batería, incluyendo la reacción del electrodo positivo y el electrolito, la reacción del electrodo negativo y el electrolito, la reacción causada por las impurezas en el electrolito, y el tiempo de fabricación Reacciones irreversibles causadas por microcortos causados por impurezas transportadas. Los factores que influyen en la autodescarga son los siguientes.

1 Material de cátodo

La influencia del material del electrodo positivo es principalmente que el metal de transición y las impurezas del material del electrodo positivo se precipitan en el electrodo negativo para causar un cortocircuito interno, aumentando así la autodescarga de la batería de litio. Yah-Mei Teng et al. estudiaron las propiedades físicas y electroquímicas de dos materiales de cátodo LiFePO4. El estudio encontró que las baterías con alto contenido de impurezas de hierro en las materias primas y durante la carga y descarga tienen una alta tasa de autodescarga y una estabilidad deficiente. La razón es que el hierro reduce y precipita gradualmente en el electrodo negativo, perfora el separador y causa un cortocircuito en la batería, lo que resulta en una mayor autodescarga.

2 Material de ánodo

La influencia del material del electrodo negativo en la autodescarga se debe principalmente a la reacción irreversible entre el material del electrodo negativo y el electrolito. Ya en 2003, Aurbach y otros propusieron que el electrolito se redujera para liberar gas, exponiendo la superficie de grafito al electrolito. En el proceso de carga y descarga, cuando se insertan y extraen iones de litio, la estructura de la capa de grafito se daña fácilmente, lo que resulta en una gran tasa de autodescarga.

3 Electrolito

La influencia del electrolito incluye principalmente: corrosión de la superficie del electrodo negativo por el electrolito o impurezas; disolución del material del electrodo en el electrolito; el electrodo está cubierto con un sólido o gas insoluble descompuesta por el electrolito para formar una capa de pasivación. En la actualidad, un gran número de investigadores se dedican al desarrollo de nuevos aditivos para suprimir la influencia del electrolito en la autodescarga. Jun Liu y otros añadieron aditivos como el VEC al electrolito de batería NCM111, y encontraron que el rendimiento del ciclo de alta temperatura de la batería mejoró y la tasa de autodescarga generalmente disminuyó. La razón es que estos aditivos pueden mejorar la película SEI, protegiendo así el electrodo negativo de la batería.

4 Estado de almacenamiento

Los factores generales que influyen en el estado de almacenamiento son la temperatura de almacenamiento y el SOC de la batería. En general, cuanto mayor sea la temperatura y mayor sea el SOC, mayor será la autodescarga de la batería. Realizó experimentos de descomposición de la capacidad en baterías de fosfato de hierro de litio en condiciones estáticas. Los resultados muestran que a medida que aumenta la temperatura, la tasa de retención de la capacidad disminuye gradualmente con el tiempo de estante, y la tasa de autodescarga de la batería aumenta.

Liu Yunjian y otros utilizaron una batería comercial de energía de manganato de litio y encontraron que a medida que aumentaba el estado de carga de la batería, el potencial relativo del electrodo positivo se hizo cada vez más alto, y su oxidabilidad se hizo más fuerte y más fuerte; el potencial relativo del electrodo negativo se hizo cada vez más bajo, Su reducibilidad es cada vez más fuerte, ambos pueden acelerar la precipitación de Mn, lo que conduce a un aumento en la tasa de autodescarga.

5 Otros factores

Hay muchos factores que afectan la tasa de autodescarga de la batería. Además de los introducidos anteriormente, hay principalmente los siguientes aspectos: durante el proceso de producción, las rebabas generadas cuando se cortan las piezas del poste, y las impurezas introducidas en la batería debido a problemas ambientales de producción, tales como polvo, polvo de metal en las piezas del poste, etc., pueden causar micro cortocircuito interno de la batería; el entorno externo es húmedo, el circuito externo no está completamente aislado, y la carcasa de la batería tiene un aislamiento deficiente. Hay un circuito electrónico externo durante el almacenamiento, que conduce a la autodescarga; Durante el almacenamiento a largo plazo, la unión entre el material activo del material del electrodo y el colector actual falla, lo que resulta en el desprendimiento y descamación del material activo, lo que conduce a una disminución de la capacidad y un aumento en la autodescarga. Cada uno de los factores anteriores o una combinación de múltiples factores pueden causar el comportamiento de autodescarga de la batería de litio, lo que dificulta encontrar la causa de la autodescarga y estimar el rendimiento de almacenamiento de la batería.

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Método de medición de la tasa de autodescarga

Se puede saber por el análisis anterior que la tasa de autodescarga de las baterías de litio es generalmente baja. La tasa de autodescarga en sí se ve afectada por factores como la temperatura, el número de ciclos de uso y el SOC. Por lo tanto, es muy difícil y lento medir con precisión la autodescarga de la batería.

1 Método de medición tradicional de la tasa de autodescarga

En la actualidad, los métodos tradicionales de detección de autodescarga son los siguientes:

1.1 Método de medición directa

En primer lugar, cargue la batería bajo prueba a un cierto estado de carga, y manténgala abierta durante un período de tiempo, luego descargue la batería para determinar la pérdida de capacidad de la batería. Tasa de autodescarga:

En la fórmula: C es la capacidad nominal de la batería; C1 es la capacidad de descarga. Después de dejar el circuito abierto, la capacidad restante de la batería se puede obtener descargando la batería. En este momento, la batería se recarga y se descarga varias veces para determinar la capacidad completa de la batería. Este método puede determinar la pérdida de capacidad irreversible y la pérdida de capacidad reversible de la batería.

1.2 Método de medición de la velocidad de atenuación de circuito abierto

La tensión del circuito abierto está directamente relacionada con el ESTADO de carga SOC de la batería. Sólo necesita medir la tasa de cambio del OCV de la batería durante un período de tiempo, a saber:

El método es fácil de operar, y sólo necesita registrar el voltaje de la batería en cualquier período de tiempo, y luego el estado de carga de la batería en este momento se puede obtener de acuerdo con la relación correspondiente entre el voltaje y la batería SOC. A través del cálculo de la pendiente de descomposición de la tensión y la capacidad de decaimiento correspondiente al tiempo de la unidad, la tasa de autodescarga de la batería se puede obtener finalmente.

1.3 Método de mantenimiento de la capacidad

Mida el voltaje de circuito abierto deseado de la batería o la cantidad de energía requerida por el SOC para obtener la velocidad de autodescarga de la batería. Es decir, se mantiene la corriente de carga cuando se mide el voltaje del circuito abierto de la batería, y la velocidad de autodescarga de la batería se puede considerar como la corriente de carga medida.

2 Método de medición rápida de la tasa de autodescarga

Dado que el método de medición tradicional tarda mucho tiempo y la precisión de la medición es insuficiente, la tasa de autodescarga solo se utiliza como método para detectar la batería en el proceso de detección de la batería en la mayoría de los casos. La aparición de un gran número de nuevos métodos de medición novedosos y convenientes ahorra mucho tiempo y esfuerzo para la medición de la autodescarga de la batería.

2.1 Tecnología de control digital

La tecnología de control digital es un nuevo método de medición de autodescarga derivado del método tradicional de medición de autodescarga utilizando microordenador de chip único, etc. Este método tiene las ventajas de un tiempo de medición corto, alta precisión y equipos simples.

2.2 Método de circuito equivalente

El método de circuito equivalente es un nuevo método de medición de autodescu descarga. Este método simula la batería como un circuito equivalente, que puede medir rápida y eficazmente la tasa de autodescarga de la batería de iones de litio.

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Importancia de la medición de la tasa de autodescarga

Como un importante índice de rendimiento de las baterías de iones de litio, la tasa de autodescarga tiene una influencia importante en la selección y agrupación de baterías. Por lo tanto, es de gran alcance medir la tasa de autodescarga de las baterías de litio.

1 Predecir la célula problemática

En el mismo lote de baterías, los materiales y los controles de fabricación son básicamente los mismos. Cuando la descarga blanca de baterías individuales es obviamente demasiado grande, es probable que la razón sea un micro cortocircuito grave debido a impurezas y rebabas perforando el separador. Debido a que el efecto del micro-cortocircuito en la batería es lento e irreversible. Por lo tanto, a corto plazo, el rendimiento de estas baterías no será muy diferente del de las baterías normales, pero a medida que la reacción irreversible interna se profundiza gradualmente después del almacenamiento a largo plazo, el rendimiento de la batería será mucho menor que su rendimiento de fábrica y otro rendimiento normal de la batería. Por lo tanto, con el fin de garantizar la calidad de las baterías de fábrica, las baterías con gran autodescarga deben ser eliminadas.

2 Agrupe las baterías

Las baterías de litio necesitan una mejor consistencia, incluyendo capacidad, voltaje, resistencia interna y velocidad de descarga blanca. El impacto de la tasa de autodescarga de la batería en la batería es principalmente de la siguiente manera: una vez montado el módulo, debido a las diferentes tasas de autodescarga de las baterías de litio individuales, el voltaje caerá en diferentes grados durante el proceso de estanterías o ciclismo, y cargará en serie Bajo la corriente, la corriente será igual de nuevo, por lo que después de cada carga , puede haber celdas individuales sobrecargadas o sobrecargadas en el módulo de batería de litio. A medida que aumenta el número de carga y descarga, el rendimiento de la batería se deteriorará gradualmente, y la vida útil del ciclo En comparación con las células individuales no ensambladas, se ha reducido significativamente. Por lo tanto, el montaje de la batería requiere una medición y un cribado precisos de la tasa de autodescarga de las baterías de iones de litio.

3 Corrección de la estimación del SOC de la batería

El estado de carga también se denomina capacidad restante, que representa la relación entre la capacidad restante después de que la batería se haya utilizado durante un período de tiempo o a largo plazo sin usar y su capacidad completamente cargada, normalmente expresada como un porcentaje. La tasa de autodescarga tiene un valor de referencia importante para la estimación SOC de baterías de iones de litio. La corrección del valor inicial del SOC a través de corriente de autodescarga puede mejorar la precisión de la estimación del SOC. Por un lado, para el cliente, el tiempo utilizable o la distancia de conducción del producto se puede estimar en función de la potencia restante; por otro lado, la precisión de la predicción SOC de BMS se puede mejorar eficazmente para evitar la sobrecarga de la batería. Sobre descarga, lo que prolonga la duración de la batería.