리튬-이온 배터리 자체 방전, 왜 자체 방전 측정 방법?

의 자체 방전 반응리튬 이온 배터리불가피하다. 배터리의 존재는 배터리&# 39의 자체 용량 감소로 이어질뿐만 아니라 배터리&# 39의 조립 및 사이클 수명에 심각한 영향을 미칩니다. 리튬 이온 배터리의 자체 방전 속도는 일반적으로 한 달에 2 % ~ 5 %이며, 이는 단일 셀의 사용 요구 사항을 완전히 충족시킬 수 있습니다.

그러나 단일 리튬 배터리가 모듈로 조립되면 각 단일 리튬 배터리의 특성이 완전히 일치하지 않으므로 각 충전 및 방전 후에 각 단일 리튬 배터리의 단자 전압이 완전히 일관성에 도달 할 수 없으므로 과충전 된 경우 과방 전 된 전지가 모듈에 나타나면 전지 리튬 전지의 성능이 저하됩니다. 충 방전 횟수가 증가함에 따라 열화 정도가 더욱 악화되며, 조립되지 않은 단일 셀에 비해 사이클 수명이 크게 단축됩니다. 따라서, 리튬 이온 배터리의 자체 방전 속도에 대한 심층적 인 연구가 배터리 생산에 대한 시급한 요구이다.

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자체 방전에 영향을 미치는 요인

배터리의 자체 방전 현상은 배터리가 개방 회로에 남아있을 때 배터리 용량의 자발적인 손실 현상을 말하며, 충전 유지 용량이라고도합니다. 자체 방전은 일반적으로 가역 자체 방전과 비가역 자체 방전의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 손실 용량은 가역적 자체 방전에 대해 가역적으로 보상 될 수 있으며, 원리는 일반적인 배터리 방전 반응과 유사합니다. 용량 손실을 보상 할 수없는 자체 방전은 되돌릴 수없는 자체 방전입니다. 주된 이유는 양극과 전해질의 반응, 음극과 전해질의 반응, 전해질의 불순물로 인한 반응 및 제조 시간을 포함하여 비가 역적 반응이 배터리 내부에서 발생했기 때문입니다. 불순물로 인한 미세 단락으로 인한 비가역 반응. 자체 방전의 영향 요인은 다음과 같습니다.

1 음극 재

양극 재료의 영향은 주로 전이 금속 및 양극 재료의 불순물이 음극에서 침전되어 내부 단락을 야기하여 리튬 배터리의 자체 방전을 증가 시킨다는 것이다. Yah-Mei Teng et al. 두 개의 LiFePO4 양극 재료의 물리적 및 전기 화학적 특성을 연구했습니다. 이 연구는 원료에서 철 불순물 함량이 높고 충전 및 방전 중에 높은 자체 방전 속도와 안정성이 떨어지는 배터리를 발견했습니다. 철은 음극에서 서서히 환원 석출되어 세퍼레이터를 뚫고 배터리에 단락을 일으켜 자체 방전이 높아지기 때문입니다.

2 양극 재

자기 방전에 대한 음극 물질의 영향은 주로 음극 물질과 전해질 사이의 비가역적인 반응에 기인한다. 2003 년 초 Aurbach et al. 전해질은 흑연 표면을 전해질에 노출시켜 가스를 방출하도록 전해질을 감소시킬 것을 제안 하였다. 충 방전 공정에서, 리튬 이온이 삽입 및 추출 될 때 흑연 층 구조가 쉽게 손상되어 자체 방전 속도가 커진다.

3 전해질

전해질의 영향은 주로 전해질 또는 불순물에 의한 음극 표면의 부식; 전해질에 전극 물질의 용해; 전극은 전해질에 의해 분해 된 불용성 고체 또는 기체로 덮여 패시베이션 층을 형성한다. 현재 많은 연구원들이 자체 방전에 대한 전해질의 영향을 억제하기위한 새로운 첨가제 개발에 전념하고 있습니다. Jun Liu 등 VCM과 같은 첨가제를 NCM111 배터리 전해질에 첨가하고, 배터리&# 39의 고온 사이클 성능이 개선되고자가 방전 속도가 일반적으로 감소한 것을 발견 하였다. 그 이유는 이들 첨가제가 SEI 필름을 개선 시켜서 배터리 음극을 보호 할 수 있기 때문이다.

4 보관 상태

보관 상태의 일반적인 영향 요인은 보관 온도 및 배터리 SOC입니다. 일반적으로 온도가 높고 SOC가 높을수록 배터리의 자체 방전이 커집니다. Takashi et al. 정적 조건에서 리튬 인산 철 배터리에 대한 용량 감쇄 실험을 수행했습니다. 결과는 온도가 증가함에 따라 저장 시간에 따라 용량 유지율이 점차 감소하고 배터리 자체 방전율이 증가 함을 보여줍니다.

Liu Yunjian과 다른 사람들은 상용 리튬 망간 산 염 전력 배터리를 사용했으며, 배터리&# 39의 충전 상태가 증가함에 따라 양극의 상대 전위가 높아지고 산화성이 강해지고 강해짐을 발견했습니다. 음극의 상대 전위가 점점 낮아지고, 환원성이 강해지고 강해지며, Mn의 석출을 가속화하여 자체 방전 속도가 증가합니다.

5 기타 요인

배터리의 자체 방전 속도에 영향을주는 많은 요소가 있습니다. 위에 소개 된 것 외에도 주로 다음과 같은 측면이 있습니다. 생산 공정 중에 극 조각을 절단 할 때 발생하는 버 (burr) 및 먼지, 금속 가루 등의 생산 환경 문제로 인해 배터리로 유입되는 불순물 극 조각 등으로 인해 배터리의 내부 미세 단락이 발생할 수 있습니다. 외부 환경이 습하고 외부 회로가 완전히 절연되지 않았으며 배터리 인클로저의 절연 상태가 좋지 않습니다. 보관 중에 외부 전자 회로가있어 자체 방전이 발생합니다. 장기간 보관하는 동안, 전극 재료의 활물질과 집 전체 사이의 결합이 실패하여, 활물질의 셰딩 및 박리가 발생하여, 용량이 감소되고자가 방전이 증가된다. 상기 각 요인들 또는 다수의 요인들의 조합은 리튬 배터리의 자체 방전 동작을 야기 할 수 있으며, 이는 자체 방전의 원인을 찾고 배터리의 저장 성능을 추정하는 것을 어렵게한다.

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자체 방전율 측정 방법

상기 분석으로부터 리튬 배터리의 자체 방전 속도가 일반적으로 낮다는 것을 알 수있다. 자체 방전 속도 자체는 온도, 사용 횟수 및 SOC와 같은 요인에 의해 영향을받습니다. 따라서, 배터리의 자체 방전을 정확하게 측정하는 것은 매우 어렵고 시간 소모적이다.

1 자체 방전율의 전통적인 측정 방법

현재 전통적인 자체 방전 감지 방법은 다음과 같습니다.

1.1 직접 측정 방법

먼저 테스트중인 배터리를 특정 충전 상태로 충전하고 일정 시간 동안 열어 둔 다음 배터리를 방전하여 배터리의 용량 손실을 확인하십시오. 자체 방전 속도 :

공식에서 : C는 배터리의 정격 용량입니다. C1은 방전 용량입니다. 회로를 열린 상태로두면 배터리를 방전시켜 배터리의 남은 용량을 얻을 수 있습니다. 이때, 배터리의 전체 용량을 결정하기 위해 배터리가 여러 번 재충전 및 방전된다. 이 방법은 배터리의 비가역 용량 손실 및 가역 용량 손실을 결정할 수 있습니다.

1.2 개방 전압 감쇠율 측정 방법

개방 회로 전압은 배터리&# 39의 충전 상태 SOC와 직접 관련된다. 일정 기간 동안 배터리' OCV의 변화율 만 측정하면됩니다.

상기 방법은 작동이 간단하고, 임의의 시간에 배터리의 전압을 기록하기 만하면되고,이 순간의 배터리 충전 상태는 전압과 배터리 SOC 사이의 대응 관계에 따라 얻어 질 수있다 . 전압의 감쇠 기울기와 단위 시간에 따른 감쇠 용량의 계산을 통해, 배터리의 자체 방전 속도가 최종적으로 얻어 질 수있다.

1.3 용량 유지 방법

배터리&# 39의 원하는 개방 회로 전압 또는 배터리&# 39의 자체 방전 속도를 얻기 위해 SOC에 필요한 전력량을 측정하십시오. 즉, 배터리 개방 회로 전압이 측정 될 때의 충전 전류가 유지되고, 배터리 자체 방전율은 측정 된 충전 전류로 간주 될 수있다.

2 자체 방전 속도 빠른 측정 방법

기존의 측정 방법은 시간이 오래 걸리고 측정 정확도가 충분하지 않기 때문에 자체 방전 속도는 대부분의 경우 배터리 감지 프로세스에서 배터리를 스크리닝하는 방법으로 만 사용됩니다. 수많은 새롭고 편리한 새로운 측정 방법의 출현으로 배터리 자체 방전 측정에 많은 시간과 노력이 절약됩니다.

2.1 디지털 제어 기술

디지털 제어 기술은 단일 칩 마이크로 컴퓨터 등을 사용하는 기존의 자체 방전 측정 방법에서 파생 된 새로운 자체 방전 측정 방법입니다. 이 방법은 짧은 측정 시간, 높은 정확도 및 간단한 장비라는 장점이 있습니다.

2.2 등가 회로 방법

등가 회로 방법은 완전히 새로운 자체 방전 측정 방법입니다. 이 방법은 배터리를 등가 회로로 시뮬레이션하여 리튬 이온 배터리의 자체 방전 속도를 빠르고 효과적으로 측정 할 수 있습니다.

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자체 방전 속도 측정의 의의

리튬 이온 배터리의 중요한 성능 지표 인 자체 방전 속도는 배터리 선택 및 그룹화에 중요한 영향을 미칩니다. 따라서 리튬 배터리의 자체 방전 속도를 측정하는 것이 매우 중요합니다.

1 문제 셀 예측

동일한 배터리 배치에서 재료 및 제조 제어는 기본적으로 동일합니다. 개별 배터리의 백색 방전이 명백히 너무 크면, 그 이유는 분리기와 구멍을 뚫는 불순물 및 버로 인해 심각한 마이크로 단락이 될 수 있습니다. 배터리에 대한 마이크로 단락의 영향은 느리고 되돌릴 수 없기 때문입니다. 따라서 단기적으로는 이러한 배터리의 성능이 일반 배터리의 성능과 크게 다르지 않지만 장기간 보관 후 내부 비가 역적 반응이 점차 깊어지면 배터리 성능이 공장 성능 및 기타 성능보다 훨씬 낮습니다. 정상적인 배터리 성능. 따라서 공장 배터리의 품질을 보장하려면 자체 방전이 큰 배터리를 제거해야합니다.

2 배터리 그룹

리튬 배터리는 용량, 전압, 내부 저항 및 백색 방전율을 포함하여 더 나은 일관성이 필요합니다. 배터리&# 39의 자체 방전 속도가 배터리 팩에 미치는 영향은 주로 다음과 같습니다. 개별 리튬 배터리의 다른 자체 방전 속도로 인해 모듈이 조립되면 전압이 다양한 정도로 떨어집니다 선반 또는 사이클링 과정에서 직렬로 충전 전류에서 전류는 다시 동일하므로 각 충전 후에 리튬 배터리 모듈에 과충전 또는 과충전 된 단일 셀이있을 수 있습니다. 충전 및 방전 횟수가 증가함에 따라 배터리 성능이 점차 저하되고 사이클 수명이 조립되지 않은 단일 셀에 비해 크게 떨어졌습니다. 따라서 배터리 조립시 리튬 이온 배터리의 자체 방전 속도를 정확하게 측정하고 스크리닝해야합니다.

3 배터리 SOC 추정의 수정

충전 상태를 남은 용량이라고도하며, 이는 배터리를 장기간 사용하지 않거나 장기간 사용하지 않은 후의 남은 용량과 완전히 충전 된 용량의 비율 (일반적으로 백분율로 표시)을 나타냅니다. 자체 방전 속도는 리튬 이온 배터리의 SOC 추정에 중요한 기준값을 갖습니다. 자체 방전 전류를 통한 SOC 초기 값의 보정은 SOC 추정의 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 한편으로, 고객의 경우, 제품의 사용 가능한 시간 또는 구동 거리는 잔여 전력을 기초로 추정 될 수있다. 한편, 배터리 과충전을 방지하기 위해 BMS의 SOC 예측 정확도를 효과적으로 향상시킬 수있다. 과방 전으로 배터리 수명이 연장됩니다.