Tryckfördelningssystemet karakteriserar snabbt den elektriska cellens initiala planhet
I den befintliga processen är metoden för att mäta påscellens planhet huvudsakligen den visuella observationsmetoden, mätningen av mikrometertjockleken eller laserskanningsmetoden. Visuell observationsmetod är att använda det synliga ljuset för att observera cellens yttillstånd, är en grov men inte kvantitativ observationsmetod, även om observationen av synligt ljus är snabb, kan den inte kvantitativt ge skillnaden mellan cellens planhet. Laserskanningsmetod är att använda optisk utrustning för att skanna hela konturen av cellen till en 3D-modell och sedan beräkna skillnaden mellan det totala tjockleksvärdet och tjockleksvärdet för sektionen, vilket kan mätas kvantitativt, men utrustningen är dyr , med begränsad tillämpning【1】
Vissa forskare simulerade också kartläggningen av ytkraftsfördelningen av modulcellen genom simulering, som också kan se det uppenbara fenomenet med den ojämna tryckfördelningen, som å ena sidan är relaterad till cellens initiala planhet, å andra sidan är också relaterad till spänningsfördelningsskillnaden orsakad av den ojämna strömtäthetsfördelningen i den efterföljande laddnings- och urladdningsprocessen【2】. Detta dokument använder celltrycksfördelningssystemet (BPD1000) för att övervaka tryckfördelningen av olika positioner i cellen, för att snabbt kvantifiera och utvärdera planheten hos olika cellstorlekar.
Figur 1. Simulering av spänningsfördelningen för de simulerade modulcellerna【2】
1.Testutrustning: In-situ svällningstestsystem SWE2110, celltrycksfördelningssystem, modell BPD1000 (IEST), med en maximal tryckhållfasthet på cirka 8,8 MP a.
Figur 2. Schematiskt diagram över celltryckfördelningstestet
2. Testparameter
2.1 Cellinformationen visas i tabell 1
Tabell 1. Cellinformation
2.2 Testprocess: Placera cellen i testkammaren på in-situ svällanalysatorn (SWE2110), placera tryckfördelningsfilmen på ytan av cellen, ställ in läget för konstant gap, justera det konstanta gaptrycket på 300 kg (dvs. applicera 300 kg extern kraft till cellen), aktivera tryckfördelningssystemet (BPD1000) för att samla in och visa cellens yttrycksfördelningsdata.
2. Tolkning av resultat
Använd tryckfördelningssystem (BPD1000) respektive testa tryckfördelningen för följande tre celler, enligt 9,5*9,5 mm uppdelat i varje litet område, och färgskalan visar cellkraften, som visas i figur 3: Spänningsfördelningen av tre celler är inkonsekvent, om man summerar varje områdeskraft, kommer du att upptäcka att den totala kraften kommer att vara mindre än 300 kg, detta beror främst på gapet mellan tunnfilmssensorarrangemanget och gaptrycket beräknas inte.
Figur 3. Spännings- och tryckförändringskurva för cellen under laddning och urladdning
Ytterligare analys av ytan av de olika positionerna av planhetsskälet, som visas i figur 4,3 # eftersom aluminiumfoliekraterstorleken har större marginal, visar cellens huvudsvans inget trycktryck. Placeringen av den avslutande tejpen, visa större tryck, detta kommer sannolikt att vara en av de viktiga faktorerna som leder till dess ojämn.
Figur 4. 3 # Jämförelse mellan celltrycksfördelning och fysisk cell
Analys av tryckfördelningen för 2 # celler visas i figur 5: det är uppenbart att positionen för den positiva och negativa fliken är uppenbar, och positionen för kanten utan klistermärkepapper är i princip fri, så tjockleksspecifikationen för fliken och adhesiv pappersvidhäftning är sannolikt en av de viktiga faktorerna som påverkar utjämningen av 2 # cell.
Figur 5. 2 # Jämförelse mellan celltrycksfördelning och fysisk cell
För 1 # visade celler inte en liknande korrelation med 2 # och 3 # celler, vilket indikerar att det finns andra djupare designfaktorer förutom tejp- och flikfaktorerna. Relevanta tekniker kan göra en djupare analys därefter.
Figur 6. 1 # Jämförelse mellan celltrycksfördelning och fysisk cell
Ställ in det initiala trycket på 300 kg för att mäta trycket på cellytan i ett läge med konstant gap. I detta fall kommer cellens ojämna tjocklek att leda till ojämn fördelning av testtrycket. Den ojämna tjockleken eller tryckfördelningen inkluderar huvudsakligen: (1) Ojämn elektrodtjocklek orsakar att cellen är platt. Generellt sett är den positiva och negativa elektrodtjockleken 100-200 μm. Om tjockleksavvikelsen för positiv och negativ elektrod är större än 5 μm, och antalet positiva och negativa elektroder är 41 st, kan tjockleksavvikelsen nå 0,2 mm; (2) Ojämn tjocklek på separatorn, aluminium-plastfilm orsakar ojämn cell; (3) Elektrod och separator är inte tillräckligt nära varandra. Generellt sett kommer cellen efter lamineringen att vara termoflatformningsbehandling, Termisk tryckformning kan göra att elektroden och separatorn överlappar varandra tätare och minskar gapet, vilket minskar batteriets inre motstånd. Samtidigt kommer det också att förbättra enhetligheten i celltjockleken; (4) Under processen med cellinsprutningstätning, på grund av låg vakuumgrad, kommer tätning och vakuum att vara ofullständig. Närvaron av gas i aluminiumplastfilmen kan också leda till cellens ojämna tjocklek; (5) Svullnad efter absorption av ledande medel och bindemedel, det ökar celltjockleken. Om det ledande medlet och bindemedlet inte är jämnt fördelade i elektroden, kan det också leda till ojämn celltjocklek; (6) Elektrolyten sönderdelas under förladdning och åldring. Gasproduktion kan också leda till en ojämn celltjocklek.
När cellens tjocklek inte är enhetlig, kommer elektroden att utsättas för olika aluminium-plastfilmskaltryck under laddning och urladdning, vilket kan leda till enhetlighet i laddning och urladdningstillstånd och minska kapaciteten och stabiliteten hos batteriet. Därför måste planheten kontrolleras för att förbättra konsistensen i design och tillverkning. Särskild uppmärksamhet på processer inkluderar: (1) Elektrodbeläggning och valstrycktjocklek måste kontrolleras för att förbättra tjocklekens enhetlighet; (2) Lämplig termisk pressningsprocess för att förbättra tjocklekens enhetlighet; (3) stansnings- och monteringsprocess av aluminium-plastfilm för att säkerställa cellens planhet; och (4) Bra tätningsprocess för vätskeinsprutning för att säkerställa att inre luft och elektrolytjämnhet avlägsnas.
Sammanfatta
Detta dokument beskriver påscellens planhet genom att använda tryckfördelningssystemet för påsceller (BPD1000). Från resultatanalysen finns det en viss korrelation mellan cellprocessdesign och celltrycksfördelning (planhet). Tekniker kan formulera lämpliga distributionsstandarder genom tryckfördelningssystemet för att övervaka batchstabiliteten hos den levererade cellen.
Referensdokumentation
1. Bo Xu Ren Zhengxin Zheng Yanjun Ma Hua Liu Feng Wang Chiwei Metod för att kvantitativt bestämma cellplanheten [P] Kina: CN112665548B, 2022.5.
2. Yongkun Li, Chuang Wei, Yumao Sheng, Feipeng Jiao och Kai Wu. Swelling Force in Lithium-Ion Power Batteries, Ind. Eng. Chem. Res, 2020, 59, 27, 12313–12318.