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电池低容问题分析方法

2019-05-21 10:50:59

电池低容问题分析方法

电池容量是电池的第一属性,电池低容也是样品、量产中经常遇到的问题。首先要确认分容工艺是否设置错误(比如放电电流是不是设置大了、充电时间是不是设置短了);如果分容工步设置无问题,就需要更换测试点之后对电芯进行重新分容。当然对于量产乃至样品而言,分容柜误差造成的批量低容的概率很低,一般情况下都是电芯真的有问题了。若复测之后依旧低容,那就可以确认低容问题真的存在了(同时在复测的时候最好留一个心眼:满充3pcs复测电芯,以备后用)。

确认了电池低容存在之后,需要进一步确认低容发生的频度和严重度,从整体上掌握低容的实际情况。样品往往就是一批,不多说;但量产型号则存在“该型号一直低容”及“该型号偶发低容”这两种情况。对于前者,分析要以设计、选材角度及量产长期遇到的顽固问题作为切入点和优先考虑方向(例如是不是这个材料匹配是不曾验证过的?是不是最近产线经常出现同一个会引起低容的异常但一直拖拖拉拉未曾解决);对于后者,则需要从产线操作及工艺变更来作为优先考虑对象(例如是不是这一批负极压死了?是不是产线为了产量缩短了老化时间?是不是工艺较之前进行了改变而这一改变有引发低容的风险)。频度确认了之后,还要确认一下相对不太重要的严重度,也就是低容电芯的比例以及容量低于要求值的比例。确认严重度更大程度上是为了可能的放宽容量规格及判定缺货数量提供依据,而对于问题本身的分析,意义没有确认频度一样重要,不过依旧必不可少。

整体上把握了低容实际情况之后,就要开始分析了。在系统的分析之前,可以先将之前复测满充的低容电芯拆开看一下界面,若无问题,则很可能是正极涂布偏轻或设计余量不足的原因;若界面有问题,则可能是制程中或设计中的问题。

首先需要最少低容8pcs电芯+容量合格的8pcs电芯。低容电芯再随机分两组为低容A组及低容B组,容量合格电芯随机分两组为合格A组及合格B组。而后将两个A组电芯放电至静止电压3.0V左右(文武习惯于0.5C放电至3.0V后再0.2C放电至2.5V;当然对象是钻酸锂和三元+石墨负极);而后拆解低容及合格电芯,将正极片以85℃以上的温度真空烘烤24h(具体烘烤参数文武没有DOE验证过,不过可以确定给出的参数是可以完成分析的),而后称量低容正极片与合格正极片的重量差异;若低容极片重量明显低于合格正极片或低于工艺范围,则基本可以判断低容为正极涂布偏轻所致。对于烘烤后称量极片重量文武有两点需要补充:一是虽然正极的首次不可逆锂源会使正极损失一点重量,但总不可逆锂源的重量仅占正极锂源的5%左右、占正极片重量的0.5%以下,即使再加上由析锂所造成的不可逆锂源,其引起的正极偏轻也不会低于极片总重的1%;电解液在烘烤过程中不可能完全被烤干,但实际残留部分的重量相对极片重量而言也很有限。总体来说,烘烤正极后称量极片重量与卷绕前极片实际重的1%;电解液在烘烤过程中不可能完全被烤干,但实际残留部分的重量相对极片重量而言也很有限。总体来说,烘烤正极后称量极片重量与卷绕前极片实际重量相比,误差不会超过2%。况且有容量合格正极重量与低容极片重量相对比,此种方法还是比较可信的(另外还听说过可以通过极片上面擦拭什么东西会更有助于电解液的烤干,其细节及原理文武不懂,希望有知道的朋友不吝指教)。二是同样的方法不适合于负极,原因为负极化成时会增加很多的重量,但可以通过实验给出化成后负极增重比例进而反推负极片重量、判断低容是否为负极过量不足引起。

如果正极偏轻不是低容的原因的话就要靠对低容B组及合格B组的分析了。B组电芯需要满充,而后拆解对比负极界面差异。低放电容量低等价于低充电容量等价于负极满充界面会有异常。其实大部分情况,只要低容发生了,那不论电芯是低容还是容量合格,其界面都会有类似的异常,只是程度不同而已。记录电芯界面情况时,也需要同时记录对应电芯实际容量,最后一般会得到类似于低容程度高的电芯其界面异常更为严重的结论。

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