Методики исследования

Взаимосвязь структуры, элементного и фазового состава электродных материалов с электрическими характеристиками СК АБ устанавливалась с учетом результатов исследования их электрических характеристик в соответ­ствии с ГОСТ Р 53165-2008 [190], а при циклировании в не полностью заря­женном состоянии в соответствии с EN 50342-6:2015 [191].

Контроль 20-часовой емкости

Для проведения исследования батарею помещали в ванну с водой при температуре (25±2) °С так, чтобы основание полюсного вывода батареи нахо­дилось не менее чем на 15 мм и не более, чем на 25 мм выше уровня воды. При размещении нескольких батарей в одной ванне расстояние между ними, а

92 также расстояние до стенок ванны составляло не менее 25 мм. Батарею вклю­чали в электрическую цепь и разряжали током постоянной величины до падения напряжения на выводах до (10.50 ± 0.05) В. Таким образом, опре­деляли длительность разряда (⅞, ч). Исследование начинали не ранее 1 ч и не позже 5 ч после завершения заряда. Емкость C20, А-ч:

При конечной температуре, отличающейся от (25±2) °С, при расчетах учитывали температурную поправку:

где T- фактическая конечная температура

Контроль резервной емкости

Исследование проводили при помещении батареи в ванну с водой при температуре (25±2) °С. Разряд осуществляли током 25А±1% до падения напря­жения на полюсных выводах до (10.50±0.05) В, фиксируя длительность раз­ряда с точностью ±0.1 с. При этом C_p=t₁>.

При конечной температуре, отличающейся от (25±2)°С, при расчетах учитывали температурную поправку:

Исследование на определение характеристики прокрутки

Исследование проводили, выдерживая (не менее 24 ч) батарею в холо­дильной камере с принудительной циркуляцией воздуха при температуре ми­нус (18±1)^oC или минус (30±1)^oC до достижения заданной температуры.

Исследование продолжали после времени покоя (20±1) с, после чего раз­ряжали током постоянной величины 0.6х!_хп±0.5%, фиксируя время разряда ^_6В до напряжения 6 В.

Исследование на прием заряда

Батарею помещали в ванну с водой при температуре (25±2) °С и разря­жали током I = CW10 А, в течение 5 ч. Сразу после разряда батарею охлаждали в течение не менее 20 ч при температуре (0±1) °С, после чего, при этой темпе­ратуре заряжали при постоянном напряжении - (14.40±0.10) В, измерив через 10 мин величину зарядного тока.

Циклирование в не полностью заряженном состоянии (EN 50342­6:2015 [191])

1. Циклирование при 17.5%-степени разряженности при 25±2°С:

- перед циклированием проводили 3 цикла исследований на определе­ние C₂₀и 1хп при минус18±1°С;

- образцы СК АБ разряжали на 17.5% током 12 А;

- выполняли циклирование, каждый период которого состоял из заряда при постоянном напряжении 14.4 В с ограничением тока I_max = 21 А в течение t₅ = 2400 с и последующего разряда током 1_р= 21 А в течение t_₽ = 1800 с, кото­рые повторялись Пц= 85 раз;

- между периодами в течение ⅛ = 18 ч осуществляли выравнивающий заряд при постоянном напряжении 14.4 В с ограничением тока I_max = 6 А и проверка остаточной емкости С20,

- циклирование прекращали после снижения напряжения до 10.0 В.

2. Циклирование при 50%-степени разряженности при 40±2°С:

- перед циклированием определяли емкость СК АБ C20 и без подзаряда выполняли глубокий разряд при помощи лампочки мощностью 10 Вт в тече­ние 168 ч;

- СК АБ заряжали при постоянном напряжении 14.4 В с ограничением тока Imax=15 А в течение tз = 24 ч;

- после периода покоя ⅛ = 24 ч определяли остаточную емкость C20 и I_5m при минус 18±1°С затем СК АБ заряжали при постоянном напряжении 14.4 В с ограничением тока I_max = 15 А в течение t₅ = 24 ч;

- выполнялась серия циклов, состоящая из разряда током І_р= 15 А в те­чение ї_р= 2 часов и последующего заряда при постоянном напряжении 14.4 В с ограничением тока T_max = 15 А в течение ї_з= 5 ч;

- исследование завершали при падении напряжения СК АБ до 10.0 В.

Исследования материалов СК АБ после исследования электриче­ских характеристик

После исследований батарея вскрывалась, электроды промывались де­ионизованной водой, сушились при температуре 20 - 25°С, затем при 80 - 90°С в течение 40 - 60 мин. С целью предотвращения окисления ОАМ элек­трода сушка проводилась в атмосфере: не более 0.5% кислорода, 0.5% окиси углерода (СО), 12 - 13% диоксида углерода (СО2).

Определение открытой пористости методом гидростатического взвешивания

Для определения пористости (П) ЭМ традиционно используется ртут­ный порозиметр [45, 115]. Так с помощью него в [45] были изучены ее изме­нения в модельном СКЭ с УА в виде технического углерода с размерами ча­стиц - 100 мкм и удельной поверхностью 635 м/г, и еще трех ТУ с размерами от 12 до 30 нм и удельной поверхностью от 257 до 1475 м/г. В результате было показано, что в СКЭ без указанных УА максимальный интегральный размер пор составил около 3 мкм, а с добавлением указанных УА наблюдалось рас­ширение диапазона их изменений до 10 мкм. Отмечено также увеличение по­ристости с ростом содержания УА по сравнению с их отсутствием в составе ЭМ СКЭ.

Для измерения пористости нами была предложена оригинальная мето­дика гидростатического взвешивания, не уступающая качественно и количе­ственно типовой, но лишенная вредности, обусловленной использованием ртути.

Высушенные в инертной атмосфере образцы ЭМ и АМ взвешивались на воздухе - m₁.Образцы насыщались рабочей жидкостью (керосин ТС-1). Воз-

95 дух из пор полностью удалялся вакуумированием. Производилось взвешива­ние образца ЭМ или АМ в полностью погружённом в рабочую жидкость со­стоянии- m₂.Вынутый из керосина образец ЭМ или АМ после осушения взве­шивался - m₃.

Пористость образцов рассчитывалась из соотношения:

П = (m₃- m₁)∕(m₃- m₂), (2.7)

а взвешивание производились с точностью 10^-4г. Результаты измерений пори­стости будут представлены и проанализированы ниже.

2.4