パラメータ イオン バッテリー膨張性能テストの根拠

リチウムイオン電池の充放電プロセス中に、正極と負極の構造膨張と電解質の分解によるガス発生により電池セルが膨張します。セルの表面にかかる応力が一定であればセルの厚さは変化し、セルの初期厚さが一定になるように制御するとセルの応力は変化する。

通常、電池の膨潤挙動を試験する場合、電池の膨潤厚さまたは膨潤力の変化を得るために、さまざまな境界条件を制御する必要があります。ただし、制御パラメーターが異なると、測定された膨張データに大きな影響を与えます。現場膨潤試験システムIEST が発売した スウェーデン シリーズは、図 1 に示すように、その場での細胞の膨張挙動を特徴付けることができます。さまざまな測定モードでパラメータを設定する方法。これは、正確で信頼性の高いインフレ データを取得するために非常に重要です。

図1. IEST現場膨潤試験装置 SWEシリーズ

スウェーデン シリーズには、セルの膨張挙動を特徴付けるための 2 つの測定モードがあります: 一定圧力と一定ギャップです。以下に 2 つのモードのそれぞれのパラメータ設定について説明します。

1.定圧モード

定圧モードでは、セル表面にかかる圧力が一定となり、高精度の圧力制御システムによりセルの充放電中の圧力がリアルタイムに維持され、厚み変化曲線が収集されます。このモードは、さまざまなシリコンカーボン材料の膨潤厚さの比較など、さまざまな材料の膨潤挙動の違いを比較するためによく使用されます。圧力パラメータの設定はセルの長さと幅に関連しており、一般に、加えられる圧力が増加すると、セルにかかる縦方向の圧力も増加し、充放電プロセス中に測定される膨潤厚さは小さくなります。図 3 に示すように、圧力はさらに小さくなりますが、圧力が高すぎると、バッテリーの充放電の分極が大きすぎるとバッテリーの性能に影響を与えるため、適切な圧力を選択する必要があります。通常、業界の人々は、バッテリーのその場での膨張厚さを特徴付けるために、0.2 MPa の圧力を選択します。このモードではテスト前にバッテリーセルの SOC 状態を確認する必要はなく、分析は完全放電時と完全放電時の厚さの違いの比較に焦点を当てます。

図 2. 一定の圧力と厚さの変化の概略図

図3. さまざまな圧力条件下でのその場膨潤厚さ曲線

2. コンスタントギャップモード

一定ギャップモードでは、まずセルに初期予圧を与え、高精度の変位制御システムと充放電過程での圧力変化により予圧条件に対応するセルギャップを一定に保ちます。図 4 に示すように、セルはリアルタイム曲線で収集されます。このモードは通常、セル/モジュール/パックの設計またはシミュレーション部門で使用されます。異なる初期予荷重条件を比較することにより、制御セル間のギャップが異なり、異なるモジュールシェルや異なるクッション性の違いを比較するなど、結合された境界材料の剛性が分析されます。&注意;仮締め力パラメータの設定は、電池セルの初期ギャップに影響します。仮締め力が大きいほど電池セルに相当する隙間は小さくなり、その後の充放電過程で測定される膨潤力は大きくなりますが、仮締め力が一定レベルに達すると膨潤が生じます。バッテリーセルの力は比較的スムーズに変化しますが、仮締め力を増加し続けると、対応するバッテリーセルのギャップが小さくなり、バッテリーセルの充放電の分極が増加し、バッテリーの性能に影響を与えます。バッテリーセル。したがって、適切なセル ギャップを確保するには、適切な仮締め力を選択する必要があります。業界では圧力 0 を選択します。セルのその場での膨張力を特徴付けるための予荷重として 2MPa。また、セルの初期SOC状態も異なり、セルのギャップ制御量に影響を与えます。たとえば、同じ予荷重条件下では、SOC 0% のセル ギャップは SOC 100% のセル ギャップよりも小さく、これら 2 つの状態での完全充電と放電で測定される膨潤力の差も異なります。したがって、膨潤力の特性を評価する際には、バッテリー セルの初期 SOC 状態を一定に保つよう努め、通常は完全に放電した状態のバッテリー セルを選択してテストします。SOC 0% のセル ギャップは SOC 100% のセル ギャップより小さいため、これら 2 つの状態での完全充電と放電で測定される膨潤力の差も異なります。したがって、膨潤力の特性を評価する際には、バッテリー セルの初期 SOC 状態を一定に保つよう努め、通常は完全に放電した状態のバッテリー セルを選択してテストします。SOC 0% のセル ギャップは SOC 100% のセル ギャップより小さいため、これら 2 つの状態での完全充電と放電で測定される膨潤力の差も異なります。したがって、膨潤力の特性を評価する際には、バッテリー セルの初期 SOC 状態を一定に保つよう努め、通常は完全に放電した状態のバッテリー セルを選択してテストします。

図 4. 一定ギャップ膨潤力の変化の模式図

図 5. 異なる予荷重力に対応する一定ギャップでの膨潤力の変化の概略図

まとめ

バッテリーの膨張性能を特性評価する場合、定圧力モードと定ギャップ モードには異なるアプリケーション シナリオとテスト パラメーターがあります。通常、材料を評価する場合、セルの膨潤厚さを特徴付けるには定圧モードが推奨されます。現時点では、セルの初期 SOC に特別な要件はありません。セルの設計では、セルの膨張力を特徴付けるには一定ギャップ モードがより好ましいです。このとき、セルの初期SOCはその後の試験結果に大きく影響するため、完全に放電した状態のセルを選択して試験を行うことができます。なお、初期仮締め力の設定は、業界で定圧または一定ギャップの初期条件としてセル表面に0.2MPaの圧力を加えています。

参照

1. リー・リンヤン、ヘ・ファン、リョウ・シーシャン。リチウム電池モジュールの膨潤変位の解析方法[J]。パワーテクノロジー、2023、47(5): 632-634。

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3.マーティン W、ジョルグ K、ディルク 私たち. 自動車用パウチセルのさまざまな固定がサイクル寿命とインピーダンススペクトルに及ぼす影響の調査[J]。エネルギー貯蔵ジャーナル、2019、21:149-155。