Das Druckverteilungssystem charakterisiert schnell die anfängliche Ebenheit der elektrischen Zelle

Im bestehenden Verfahren ist die Methode zur Messung der Ebenheit der Pouch-Zelle hauptsächlich die visuelle Beobachtungsmethode, die Dickenmessung im Mikrometerbereich oder die Laserscanmethode. Bei der visuellen Beobachtungsmethode wird sichtbares Licht verwendet, um den Oberflächenzustand der Zelle zu beobachten. Es handelt sich um eine grobe, aber nicht quantitative Beobachtungsmethode. Obwohl die Beobachtung mit sichtbarem Licht schnell ist, kann sie den Unterschied in der Ebenheit der Zelle nicht quantitativ ermitteln. Bei der Laserscanning-Methode werden optische Geräte verwendet, um die gesamte Kontur der Zelle in ein 3D-Modell zu scannen und dann die Differenz zwischen dem Gesamtdickenwert und dem Dickenwert des Abschnitts zu berechnen, der quantitativ gemessen werden kann, aber die Ausrüstung ist teuer , mit begrenzter Anwendung【1】


Einige Forscher haben auch die Oberflächenkraftverteilungskartierung der Modulzelle durch Simulation simuliert, wobei auch das offensichtliche Phänomen der ungleichmäßigen Druckverteilung erkennbar ist, die einerseits mit der anfänglichen Flachheit der Zelle zusammenhängt, andererseits aber auch hängt mit der Spannungsverteilungsdifferenz zusammen, die durch die ungleichmäßige Stromdichteverteilung im nachfolgenden Lade- und Entladevorgang verursacht wird2. In diesem Artikel wird das Zelldruckverteilungssystem (BPD1000) verwendet, um die Druckverteilung an verschiedenen Positionen der Zelle zu überwachen und so die Ebenheit verschiedener Zellgrößen schnell zu quantifizieren und zu bewerten.

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Abbildung 1. Simulation der Spannungsverteilung der simulierten Modulzellen【2】


1. Testausrüstung: In-situ-Schwellungstestsystem SWE2110, Zelldruckverteilungssystem, Modell BPD1000 (IEST), mit einer maximalen Druckfestigkeit von etwa 8,8 MP a.

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Abbildung 2. Schematische Darstellung des Zelldruckverteilungstests


2. Testparameter


2.1 Die Zellinformationen sind in Tabelle 1 aufgeführt


Tabelle 1. Zellinformationen


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2.2 Testverfahren: Legen Sie die Zelle in die Testkammer des In-situ-Schwellungsanalysators (SWE2110), legen Sie den Druckverteilungsfilm auf die Oberfläche der Zelle, stellen Sie den Konstantspaltmodus ein und stellen Sie den konstanten Spaltdruck auf 300 kg ein (d. h. wenden Sie 300 kg an). externe Kraft auf die Zelle), aktivieren Sie das Druckverteilungssystem (BPD1000), um die Oberflächendruckverteilungsdaten der Zelle zu sammeln und anzuzeigen.


2. Interpretation des Ergebnisses


Unter Verwendung des Druckverteilungssystems (BPD1000) testen Sie jeweils die Druckverteilung der folgenden drei Zellen, entsprechend 9,5*9,5 mm, unterteilt in jede kleine Fläche, und die Farbskala zeigt die Zellkraft an, wie in Abbildung 3 dargestellt: Spannungsverteilung der drei Zellen ist Inkonsistent, wenn Sie jede Flächenkraft zusammenfassen, werden Sie feststellen, dass die Gesamtkraft weniger als 300 kg beträgt. Dies ist hauptsächlich auf den Spalt zwischen der Dünnschichtsensoranordnung zurückzuführen und der Spaltdruck wird nicht berechnet.

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Abbildung 3. Spannungs- und Druckänderungskurve der Zelle während des Ladens und Entladens


Eine weitere Analyse der Oberfläche ist auf die verschiedenen Positionen der Ebenheit zurückzuführen, wie in Abbildung 4,3 dargestellt. Die Position des Abschlussbandes weist einen größeren Druck auf, dies ist wahrscheinlich einer der wichtigen Faktoren, die zu seiner Unebenheit führen.


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Abbildung 4.3 # Vergleich zwischen Zelldruckverteilung und physikalischer Zelle


Die Analyse der Druckverteilung von 2 # Zellen ist in Abbildung 5 dargestellt: Es ist offensichtlich, dass die Position der positiven und negativen Lasche offensichtlich ist und die Position der Kante ohne Aufkleberpapier grundsätzlich frei ist, sodass die Dicke der Lasche angegeben werden kann und die Adhäsion von Klebepapier dürften einer der wichtigen Faktoren sein, die die Nivellierung der 2#-Zelle beeinflussen.


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Abbildung 5.2 # Vergleich zwischen Zelldruckverteilung und physikalischer Zelle


Für 1 #-Zellen zeigte sich keine ähnliche Korrelation mit 2 #- und 3 #-Zellen, was darauf hindeutet, dass es neben den Band- und Tab-Faktoren noch andere tiefer liegende Designfaktoren gibt. Entsprechend können entsprechende Techniker eine tiefergehende Analyse durchführen.


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Abbildung 6. 1 # Vergleich zwischen Zelldruckverteilung und physikalischer Zelle


Stellen Sie den Anfangsdruck auf 300 kg ein, um den Druck auf der Zelloberfläche im Modus mit konstantem Spalt zu messen. In diesem Fall führt die ungleichmäßige Dicke der Zelle zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Prüfdrucks. Die ungleichmäßige Dicke oder Druckverteilung umfasst hauptsächlich: (1) Eine ungleichmäßige Elektrodendicke führt dazu, dass die Zelle nicht flach ist. Im Allgemeinen beträgt die Dicke der positiven und negativen Elektrode 100–200 μm. Wenn die Dickenabweichung der positiven und negativen Elektrode mehr als 5 μm beträgt und die Anzahl der positiven und negativen Elektroden 41 Stück beträgt, kann die Dickenabweichung bis zu 0,2 mm betragen; (2) Eine ungleichmäßige Dicke des Separators und der Aluminium-Kunststoff-Folie führt zu einer ungleichmäßigen Zelle; (3) Elektrode und Separator liegen nicht nah genug beieinander. Im Allgemeinen wird die Zelle nach der Laminierung einer thermoflachen Formgebungsbehandlung unterzogen. Die thermische Druckformung kann dazu führen, dass sich die Elektrode und der Separator enger überlappen und der Spalt verringert wird, wodurch der Innenwiderstand der Batterie verringert wird. Gleichzeitig wird dadurch auch die Gleichmäßigkeit der Zelldicke verbessert; (4) Während des Prozesses der Zellinjektionsversiegelung sind die Versiegelung und das Vakuum aufgrund des niedrigen Vakuumgrads unvollständig. Das Vorhandensein von Gas in der Aluminium-Kunststofffolie kann auch zu einer ungleichmäßigen Dicke der Zelle führen. (5) Nach der Absorption des leitfähigen Mittels und Bindemittels quillt es auf und erhöht die Zelldicke. Wenn das Leitmittel und das Bindemittel nicht gleichmäßig in der Elektrode verteilt sind, kann dies auch zu einer ungleichmäßigen Zelldicke führen; (6) Der Elektrolyt zersetzt sich im Vorlade- und Alterungsprozess. Die Gasproduktion kann auch zu einer ungleichmäßigen Zelldicke führen.


Wenn die Dicke der Zelle nicht gleichmäßig ist, wird die Elektrode beim Laden und Entladen einem unterschiedlichen Druck der Aluminium-Kunststoff-Folienhülle ausgesetzt, was zu einer Gleichmäßigkeit des Lade- und Entladezustands führen und die Kapazität und Stabilität verringern kann die Batterie. Daher muss die Ebenheit kontrolliert werden, um die Konsistenz bei Design und Herstellung zu verbessern. Zu den besonderen Prozessen gehört Folgendes: (1) Die Dicke der Elektrodenbeschichtung und des Walzendrucks muss kontrolliert werden, um die Gleichmäßigkeit der Dicke zu verbessern. (2) Geeignetes thermisches Pressverfahren zur Verbesserung der Dickengleichmäßigkeit; (3) Stanz- und Montageprozess für Aluminium-Kunststofffolie, um die Ebenheit der Zelle sicherzustellen; und (4) Guter Dichtungsprozess für Flüssigkeitseinspritzflüssigkeit, um die Entfernung der inneren Luft und die Gleichmäßigkeit des Elektrolyten sicherzustellen.


Zusammenfassen


In diesem Artikel wird die Oberflächenebenheit der Pouch-Zelle unter Verwendung des Pouch-Zellen-Druckverteilungssystems (BPD1000) beschrieben. Aus der Ergebnisanalyse ergibt sich ein gewisser Zusammenhang zwischen Zellprozessdesign und Zelldruckverteilung (Flachheit). Techniker können über das Druckverteilungssystem geeignete Verteilungsstandards formulieren, um die Chargenstabilität der versendeten Zelle zu überwachen.


 

Referenzdokumentation


1. Bo Xu Ren Zhengxin Zheng Yanjun Ma Hua Liu Feng Wang Chiwei. Methode zur quantitativen Bestimmung der Zellflachheit [P]. China: CN112665548B, 2022.5.


2. Yongkun Li, Chuang Wei, Yumao Sheng, Feipeng Jiao und Kai Wu. Swelling Force in Lithium-Ion Power Batteries, Ind. Eng. Chem. Res, 2020, 59, 27, 12313–12318.


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