Paramètres Base ionique pour le test de performance de gonflement de la batterie

Pendant le processus de charge et de décharge des batteries lithium-ion, le gonflement de la cellule de la batterie sera causé par le gonflement structurel des électrodes positives et négatives et la génération de gaz par la décomposition de l'électrolyte. Lorsque la contrainte appliquée à la surface de la cellule est constante, la cellule présente un changement d'épaisseur, et lorsque l'épaisseur initiale de la cellule est contrôlée pour être constante, la cellule présente un changement de contrainte.

Habituellement, lors du test du comportement de gonflement de la batterie, il est nécessaire de contrôler différentes conditions aux limites pour obtenir le changement de l'épaisseur de gonflement ou de la force de gonflement de la batterie. Cependant, différents paramètres de contrôle affecteront de manière significative les données de gonflement mesurées.Le système de test de gonflement in situLa série SWE lancée par l'IEST, comme le montre la figure 1, permet de caractériser le comportement de gonflement de la cellule in situ. Comment définir les paramètres dans différents modes de mesure, ce qui est très important pour obtenir des données d'inflation précises et fiables.

Figure 1. Système d'essai de gonflement in situ IEST série SWE

Il existe deux modes de mesure pour la série SWE pour caractériser le comportement de gonflement de la cellule : pression constante et espace constant. Ce qui suit décrit les réglages des paramètres des deux modes respectivement.

1.Mode de pression constante

En mode pression constante, la pression appliquée à la surface de la cellule est constante, et la pression pendant le chargement et le déchargement de la cellule est maintenue en temps réel grâce à un système de contrôle de pression de haute précision, et la courbe de changement d'épaisseur est collectée à en même temps, comme le montre la figure 2. Ce mode est souvent utilisé pour comparer la différence de comportement de gonflement de différents matériaux, comme la comparaison de l'épaisseur de gonflement de différents matériaux de silicium-carbone. Le réglage du paramètre de pression est lié à la longueur et à la largeur de la cellule, en général, à mesure que la pression appliquée augmente, la pression longitudinale sur la cellule augmente également et l'épaisseur de gonflement mesurée pendant le processus de charge et de décharge diminue. et plus petit, comme le montre la figure 3, mais lorsque la pression est trop élevée, la polarisation de la charge et de la décharge de la batterie sera trop importante, ce qui affectera les performances de la batterie, il est donc nécessaire de choisir une pression raisonnable. Habituellement, les gens de l'industrie choisiront une pression de 0,2 MPa pour caractériser l'épaisseur de gonflement in situ de la batterie. Il n'y a aucune exigence pour l'état SOC de la cellule de batterie avant le test dans ce mode, et l'analyse se concentre sur la comparaison de la différence d'épaisseur entre la décharge complète et la décharge complète.

Figure 2. Schéma de principe d'une pression constante et d'une variation d'épaisseur

Figure 3. Courbes d'épaisseur de gonflement in situ sous différentes conditions de pression

2. Mode d'écart constant

En mode d'écart constant, une précharge initiale sera d'abord appliquée à la cellule, et l'écart de cellule correspondant à l'état de précharge sera maintenu constant grâce au système de contrôle de déplacement de haute précision, et le changement de pression pendant le processus de charge et de décharge de la cellule sera collectée en temps réel Courbe, comme le montre la Figure 4. Ce mode est généralement utilisé dans les départements de conception ou de simulation de cellule/module/Pack. En comparant différentes conditions de précharge initiales, l'écart entre les cellules de contrôle est différent, puis la rigidité des matériaux limites liés est analysée, par exemple en comparant différentes coques de module ou différentes différences d'amortissement. Le réglage du paramètre de force de pré-serrage affecte l'écart initial de la cellule de batterie. Plus la force de pré-serrage est grande, plus l'écart correspondant à la cellule de batterie est petit et plus la force de gonflement mesurée pendant le processus de charge et de décharge ultérieur est grande, mais lorsque la force de pré-serrage atteint un certain niveau, le gonflement La force de la cellule de batterie changera relativement en douceur, si vous continuez à augmenter la force de pré-serrage, l'écart de cellule de batterie correspondant sera plus petit, ce qui augmentera la polarisation de la charge et de la décharge de la cellule de batterie et affectera les performances du cellule de batterie. Par conséquent, il est nécessaire de choisir une force de pré-serrage raisonnable pour assurer un espace de cellule approprié, les gens de l'industrie choisiront une pression de 0. 2MPa comme précharge pour caractériser la force de gonflement in situ de la cellule. De plus, l'état SOC initial de la cellule est différent, ce qui affectera la quantité de contrôle d'écart de la cellule. Par exemple, dans la même condition de précharge, l'espace de cellule de 0 % de SOC est inférieur à l'espace de cellule de 100 % de SOC, la différence de force de gonflement mesurée à pleine charge et décharge sous ces deux états sera également différente. Par conséquent, nous essayons de garder l'état SOC initial de la cellule de batterie cohérent lors de la caractérisation de la force de gonflement, et sélectionnons généralement la cellule de batterie à l'état complètement déchargé pour les tests. l'espace de cellule de 0 % de SOC est plus petit que l'espace de cellule de 100 % de SOC, la différence de force de gonflement mesurée à pleine charge et décharge sous ces deux états sera également différente. Par conséquent, nous essayons de garder l'état SOC initial de la cellule de batterie cohérent lors de la caractérisation de la force de gonflement, et sélectionnons généralement la cellule de batterie à l'état complètement déchargé pour les tests. l'espace de cellule de 0 % de SOC est plus petit que l'espace de cellule de 100 % de SOC, la différence de force de gonflement mesurée à pleine charge et décharge sous ces deux états sera également différente. Par conséquent, nous essayons de garder l'état SOC initial de la cellule de batterie cohérent lors de la caractérisation de la force de gonflement, et sélectionnons généralement la cellule de batterie à l'état complètement déchargé pour les tests.

Figure 4. Diagramme schématique de la variation de la force de gonflement de l'espace constant

Figure 5. Schéma de principe du changement de force de gonflement à l'écart constant correspondant à différentes forces de précharge

Résumé

Lors de la caractérisation des performances de gonflement de la batterie, les modes de pression constante et d'écart constant ont différents scénarios d'application et paramètres de test. Habituellement, lors de l'évaluation des matériaux, le mode de pression constante est préféré pour caractériser l'épaisseur de gonflement des cellules. À l'heure actuelle, il n'y a pas d'exigence particulière sur le SOC initial de la cellule, dans la conception de la cellule, le mode d'écart constant est davantage préféré pour caractériser la force de gonflement de la cellule. À ce stade, le SOC initial de la cellule affectera considérablement les résultats des tests ultérieurs, et la cellule à l'état complètement déchargé peut être sélectionnée pour les tests. De plus, pour le réglage de la force de pré-serrage initiale, la pression de 0,2 MPa est appliquée à la surface de la cellule comme condition initiale de pression constante ou d'écart constant dans l'industrie.

Référence

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2. Liang Haobin, Du Jianhua, Hao Xin, et al. État de la recherche du mécanisme de formation de gonflement de la batterie au lithium [J]. Science et technologie du stockage de l'énergie, 2021, 10(2): 647-657.

3.MARTIN W, JORG K, DIRK U S. Enquête sur l'influence de différents renforts de cellules de poche automobiles sur la durée de vie cyclique et les spectres d'impédance [J]. Journal of Energy Storage, 2019, 21:149-155.