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電池存儲產(chǎn)氣測試So easy!

元能科技 2024-08-01 | 閱讀：633

前言

產(chǎn)氣是電池在制程以及使用過程中不可避免的現(xiàn)象,，如化成產(chǎn)氣,、循環(huán)產(chǎn)氣,、過充過放產(chǎn)氣,、存儲產(chǎn)氣等,，在不同的工況條件下對產(chǎn)氣量以及產(chǎn)氣成分的要求也不同，其中,，存儲產(chǎn)氣測試是為了模擬電芯在擱置存放階段的性能穩(wěn)定性，能夠幫助研發(fā)人員更好的優(yōu)化材料和電芯設計,。

另外,，隨著高容量硅基負極材料的快速發(fā)展,，硅基表面改性和元素摻雜等技術雖然能顯著提升能量密度,，但若表面堿性殘留和包覆不完整,，會使其在勻漿過程中與溶劑反應產(chǎn)生氣體，影響極片涂敷質量,，因此,，硅基負極材料也需要評估其在溶劑中的產(chǎn)氣性能,。

傳統(tǒng)測試存儲產(chǎn)氣的方法通常采用烘箱存儲一定時間后，人工取出電芯到自制天平裝置上進行單點體積測量,，操作示意圖如圖1所示，這種非原位方法改變了電芯的實時環(huán)境和狀態(tài),，會造成以下幾個問題：

1.需要多臺設備組合完成實驗：如烘箱,、電壓表、天平,、滿充存儲補電設備等,；

2.電芯在轉移過程中有溫度變化,，影響產(chǎn)氣體積；

3.電芯體積測量需要人工手動記錄和整理,，存在數(shù)據(jù)抄寫錯誤風險,；

圖1.非原位存儲產(chǎn)氣測試流程圖

元能科技推出一款原位多通道存儲產(chǎn)氣測試系統(tǒng),，如圖2所示，可實現(xiàn)在同一臺設備中進行多溫度存儲,、電壓測試、體積測試和數(shù)據(jù)自動記錄的功能,，與傳統(tǒng)方法的功能對比如表1所,。原位集成方法讓存儲產(chǎn)氣測試So easy!

圖2.原位多通道存儲產(chǎn)氣示意圖

表1.傳統(tǒng)方法與MSG2000功能對比表

1. 產(chǎn)氣體積測量原理

結合牛頓定理（公式1）和阿基米德浮力定律（公式2），通過專用傳感器實時測得待測樣品在硅油里的拉力,，進一步換算得到電芯體積（公式3）,。

其中重力加速度g為9.8m/s2,，ρ硅油為0.971g/ml（25℃）。

2. 實驗設備與測試方法

實驗設備: 型號MSG2000（IEST元能科技）,，測試溫度范圍：室溫~100℃,，油浴鍋數(shù)量可選配，設備外觀如圖3所示,。

圖3.MSG2000設備外觀圖

3. 存儲產(chǎn)氣測試案例

3.1 三元電芯存儲產(chǎn)氣測試

為了進一步提升高鎳三元材料的電化學性能和存儲穩(wěn)定性，通常要對其進行不同方式的改性，如摻雜或包覆,。如圖4是一組三元電芯的3個平行樣在70℃條件下存儲72天的體積和電壓變化趨勢,，經(jīng)過高溫存儲,，電芯的體積增加13%左右,，電壓從4.35V降至4.1V,，說明NCM三元材料在高溫下存在結構不穩(wěn)定,，與電解液發(fā)生副反應產(chǎn)氣氣體,，后續(xù)可不斷優(yōu)化三元材料的高溫結構穩(wěn)定性,。

圖4.三元電芯存儲過程體積和電壓變化曲線

3.2 極片產(chǎn)氣測試

電池在存儲和使用過程中易產(chǎn)氣,，區(qū)分正極側產(chǎn)氣和負極側產(chǎn)氣，對于探究產(chǎn)氣原因以及改善產(chǎn)氣行為都有重大意義,。如圖5為兩個滿充的平行樣電芯，一個電芯拆解出正負極極片后,，分別加入足量的電解液封裝,，并測試其在65℃存儲時的產(chǎn)氣行為，另一個電芯直接測試存儲產(chǎn)氣行為,，結果發(fā)現(xiàn)負極側產(chǎn)氣量要明顯高于正極側產(chǎn)氣量,。

圖5.LFP/Gr體系100%SOC時極片及電芯產(chǎn)氣

3.3 硅基漿料產(chǎn)氣測試

硅基材料比容量高，但體積膨脹量大,，首次效率,，業(yè)界通常采用表面改性、元素摻雜,、預鋰化等改性手段降低其體積膨脹提升首次效率,，然而這些改性過程中會伴隨著不穩(wěn)定因素,，例如表面堿性和包覆不完整會導致納米硅暴露出來，并在制漿過程中與氫氧根離子反應產(chǎn)氣,，造成涂布過程加工問題,。如圖6：三種不同改性工藝的硅基材料，用同一配方制作成漿料并測試其隨時間的產(chǎn)氣變化情況,，發(fā)現(xiàn)A方案產(chǎn)氣量最少,，說明改性方案A要優(yōu)于其它兩種改性方案。