原位體積測試概述

電芯在充放電過程中，電子會(huì)由外電路到達(dá)負(fù)極后再與負(fù)極表面的電解液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氣體。對(duì)電芯所生成的氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，能夠根據(jù)氣體生成速率和氣體生成總量進(jìn)行研究分析，推斷電芯在充放電過程中的性能測試狀況?，F(xiàn)有技術(shù)一般采用“排水法”來檢測電芯產(chǎn)氣量，通過采集電芯產(chǎn)氣時(shí)容器逸出的液體體積和單位時(shí)間內(nèi)的逸出量，從而等量換算電芯產(chǎn)氣的總量和產(chǎn)氣速率。

然而，由于表面張力的作用，同時(shí)也受氣候干燥條件和容器壁的粗糙度影響，液體在流動(dòng)時(shí)容易蒸發(fā)或者殘留在容器壁上，使得液體在容器上的逸出量往往少于實(shí)際的氣體產(chǎn)出量，使得檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，另外，以往的技術(shù)方法主要通過單次并多次測量電芯體積來記錄數(shù)據(jù)，而無法實(shí)時(shí)監(jiān)控電芯在測試過程中的產(chǎn)氣量變化，比如電芯在存儲(chǔ)與充放電過程中的產(chǎn)氣量變化。

應(yīng)用案例

1、LFP體系電芯過充產(chǎn)氣體積分析

可在充放電過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)氣體積變化情況，LFP體系電芯在過充實(shí)驗(yàn)中，體積隨著電池充電過程進(jìn)行變化，可以看出過充時(shí)產(chǎn)氣的拐點(diǎn)位置。

2、不同充放電體系膨脹體積變化情況

三款不同體系電芯的體積變化曲線，結(jié)合正負(fù)極材料脫嵌鋰相變分析各體積變化曲線的差異，其中LFP體系電芯在充放電過程中會(huì)出現(xiàn)“駝峰”的現(xiàn)象，而LCO和NCM體系則沒有該現(xiàn)象，且NCM電芯在充電恒壓階段會(huì)出現(xiàn)體積稍微減小的趨勢。這些體積變化現(xiàn)象的差異對(duì)比，一方面能為鋰電研發(fā)人員提供一種原位表征電芯體積膨脹性能的方法，另一方面也能為研究特定體系電芯的體積膨脹性能時(shí)提供數(shù)據(jù)機(jī)理參考。

3、不同溫度下存儲(chǔ)產(chǎn)氣體積變化

在70℃條件下，NCM電芯總產(chǎn)氣量小于0.4mL，體積變化百分比約6%，，而在85℃條件下，大約存儲(chǔ)20min后，產(chǎn)氣量開始顯著增加，存儲(chǔ)4h后，單包覆材料的總產(chǎn)氣量達(dá)到2.4mL，體積變化百分比約46%，體積變化百分比約27%， 采用原位方法連續(xù)監(jiān)控存儲(chǔ)產(chǎn)氣行為，可獲得產(chǎn)氣起始點(diǎn)和點(diǎn)，有助于研發(fā)人員針對(duì)性的開展下一步研發(fā)工作。