Avduking av mysteriet: superteoretisk kapasitet i litiumionbatterier

Hvorfor litiumbatteri eksisterer superteoretisk kapasitetsfenomen

I litium-ion-batterier (LIB) viser mange overgangsmetalloksidbaserte elektroder uvanlig høy lagringskapasitet utover deres teoretiske verdi. Selv om dette fenomenet har blitt mye rapportert, forblir de underliggende fysisk-kjemiske mekanismene i disse materialene unnvikende og forblir et spørsmål om debatt.

Resultatprofil

Nylig publiserte professor Miao Guoxing fra University of Waterloo, Canada, professor Yu Guihua fra University of Texas i Austin, og Li Hongsen og Li Qiang fra Qingdao University i fellesskap en forskningsartikkel om Nature Materials under tittelen "Ekstra lagringskapasitet i overgangsmetalloksid litium-ion-batterier avslørt av in situ magnetometri". I dette arbeidet brukte forfatterne in situ magnetisk overvåking for å demonstrere tilstedeværelsen av sterk overflatekapasitans på metallnanopartikler og at et stort antall spinnpolariserte elektroner kan lagres i allerede reduserte metallnanopartikler, noe som er i samsvar med den romlige ladningsmekanismen. I tillegg kan den avslørte romlige ladningsmekanismen utvides til andre overgangsmetallforbindelser, og gir en nøkkelguide for etablering av avanserte energilagringssystemer.

Forskning høydepunkter

(1) En typisk Fe ble studert ved å bruke in-situ magnetisk overvåkingsteknikk3O4/ Evolusjon av den elektroniske strukturen inne i Li-batteriet;

(2) avslører at Fe3O4I / Li-systemet er overflateladingskapasiteten hovedkilden til den ekstra kapasiteten;

(3) Overflatekapasitansmekanismen til metallnanopartikler kan utvides til et bredt spekter av overgangsmetallforbindelser.

Tekst og tekstguide

1. Strukturell karakterisering og elektrokjemiske egenskaper

Monodisperse hule Fe ble syntetisert ved konvensjonelle hydrotermiske metoder3O4Nanosfærer, og deretter utført ved 100 mAg−1Charge og utlading ved strømtetthet (Figur 1a), den første utladningskapasiteten er 1718 mAh g−1, 1370 mAhg i henholdsvis andre og tredje gang, 1Og 1,364 mAhg−1, Langt over 926 mAhg−1Teorien om forventninger. BF-STEM-bilder av det fullstendig utladede produktet (Figur 1b-c) indikerer at etter litiumreduksjon ble Fe3O4 Nanosfærene omdannet til mindre Fe nanopartikler som måler omtrent 1 - 3 nm, spredt i Li2O-senteret.

For å demonstrere endringen i magnetisme under den elektrokjemiske syklusen, ble det oppnådd en magnetiseringskurve etter full utladning til 0.01 V (Figur 1d), som viser den superparamagnetiske oppførselen på grunn av dannelsen av nanopartikler.

Figur 1 (a) ved 100 mAg−1Fe av syklusen ved strømtettheten3O4/ Konstant strømlading og utladningskurve for Li-batteri; (b) fullstendig litium Fe3O4BF-STEM-bildet av elektroden; (c) tilstedeværelsen av Li i aggregate2High-resolution BF-STEM-bildene av både O og Fe; (d) Fe3O4Hysteresekurvene til elektroden før (svart) og etter (blå), og Langevin-tilpasset kurve til sistnevnte (lilla).

2. Sanntidsdeteksjon av strukturell og magnetisk evolusjon

For å kombinere elektrokjemien med Fe3O4Of strukturelle og magnetiske endringer knyttet til Fe3O4, ble elektrodene utsatt for in situ røntgendiffraksjon (XRD) og in situ magnetisk overvåking. Fe i en serie av XRD-diffraksjonsmønstre under den første utladningen fra åpen kretsspenning (OCV) til 1.2V3O4Diffraksjonstoppene endret seg ikke signifikant i verken intensitet eller posisjon (Figur 2a), noe som indikerer at Fe3O4Only opplevde Li-interkalasjonsprosessen. Når den lades til 3V, forblir Fe3O4The anti-spinel-strukturen intakt, noe som antyder at prosessen i dette spenningsvinduet er svært reversibel. Ytterligere in-situ magnetisk overvåking kombinert med konstant strøm ladning-utladningstester ble utført for å undersøke hvordan magnetisering utvikler seg i sanntid (Figur 2b).

Figur 2 Karakterisering av in-situ XRD og magnetisk overvåking.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4 Elektrokjemisk ladning-utladningskurve under 3 T påført magnetfelt og tilsvarende reversibel in situ magnetisk respons.

For å få en mer grunnleggende forståelse av denne konverteringsprosessen når det gjelder magnetiseringsendringer, samles den magnetiske responsen i sanntid og den tilsvarende faseovergangen som følger med elektrokjemisk drevne reaksjoner (Figur 3). Det er helt klart at under den første utladningen, Fe3O4. Magnetiseringsresponsen til elektrodene skiller seg fra de andre syklusene på grunn av Fe under den første lithaliseringen3O4På grunn av den irreversible faseovergangen oppstår. Da potensialet falt til 0.78V, ble Fe3O4The antispinel-fasen konvertert til å inneholde Li2Klasse FeO-halittstrukturen til O, Fe3O4Fasen kan ikke gjenopprettes etter lading. Tilsvarende synker magnetiseringen raskt til 0.482 μ b Fe−1. Etter hvert som litialiseringen fortsetter, dannet det seg ingen ny fase, og intensiteten til (200) og (220) klasse FeO diffraksjonstopper begynte å svekkes.lik Fe3O4Det er ingen signifikant XRD-topp beholdt når elektroden er fullstendig liialisert (Figur 3a). Merk at når Fe3O4-elektroden utlades fra 0.78V til 0.45V, ble magnetiseringen (fra 0.482 μ b Fe−1 Økt til 1.266 μ bFe−1), dette tilskrevet konverteringsreaksjonen fra FeO til Fe. Så, på slutten av utladningen, ble magnetiseringen sakte redusert til 1.132 μ B Fe−1. Dette funnet antyder at de fullstendig reduserte metall Fe0Nanopartikler fortsatt kan delta i litiumlagringsreaksjonen, og dermed redusere magnetiseringen av elektrodene.

Figur 3 In situ observasjoner av faseovergangen og den magnetiske responsen.（a）Fe3O4In situ XRD-kart samlet under den første utladningen av elektroden; (b) Fe3O4 In situ magnetisk kraftmåling av elektrokjemiske sykluser av / Li-celler ved et påført magnetfelt på 3 T.

3. Fe0/Li2Surface kapasitans til O-systemet

Fe3O4De magnetiske endringene til elektrodene skjer ved lave spenninger, der det mest sannsynlig genereres en ekstra elektrokjemisk kapasitet, noe som antyder tilstedeværelsen av uoppdagede ladningsbærere i cellen. For å utforske den potensielle litiumlagringsmekanismen, ble Fe studert ved hjelp av XPS, STEM og magnetisk ytelsesspektrum3O4 Elektroder av magnetiseringstopper ved 0.01V, 0.45V og 1.4V for å bestemme kilden til den magnetiske endringen. Resultatene viser at det magnetiske momentet er en nøkkelfaktor som påvirker den magnetiske endringen, fordi de målte Fe0/Li2The Ms av O-systemet ikke påvirkes av den magnetiske anisotropien og interpartikkelkoblingen.

For ytterligere å forstå Fe3O4De kinetiske egenskapene til elektrodene ved lavspenning, syklisk voltammetri ved forskjellige skannehastigheter. Som vist i figur 4a, vises den rektangulære sykliske voltammogramkurven innenfor spenningsområdet mellom 0.01V og 1V (Figur 4a). Figur 4b viser at Fe3O4A kapasitive respons skjedde på elektroden. Med den svært reversible magnetiske responsen til konstantstrømladings- og utladingsprosessen (Figur 4c), sank magnetiseringen av elektroden fra 1V til 0.01V under utladningsprosessen, og økte igjen under ladeprosessen, noe som indikerer at Fe0Of kondensatorliknende overflatereaksjonen er svært reversibel.

Figur 4 elektrokjemiske egenskaper og in situ magnetisk karakterisering ved 0.011 V.(A) Den sykliske voltammetriske kurven.(B) b-verdien bestemmes ved å bruke korrelasjonen mellom toppstrømmen og skannehastigheten; (c) den reversible endringen av magnetiseringen i forhold til ladnings-utladningskurven under et 5 T påført magnetfelt.

ovenfor nevnte Fe3O4De elektrokjemiske, strukturelle og magnetiske egenskapene til elektrodene indikerer at den ekstra batterikapasiteten bestemmes av Fe0. Den spinnpolariserte overflatekapasitansen til nanopartikler er forårsaket av de medfølgende magnetiske endringene. Den spinnpolariserte kapasitansen er resultatet av spinnpolarisert ladningsakkumulering ved grensesnittet og kan vise en magnetisk respons under ladning og utlading. til Fe3O4Basiselektroden, under den første utladningsprosessen, ble spredt i Li2Fine Fe nanopartikler i O-substratet har store overflate-til-volum-forhold og realisere en høy tetthet av tilstander på Fermi-nivået på grunn av de svært lokaliserte d-orbitalene. I følge Maiers teoretiske modell for romlig ladningslagring, foreslår forfatterne at store mengder elektroner kan lagres i spinn-splittende bånd av metalliske Fe nanopartikler, som kan finnes i Fe / Li2Creating spin-polarised overflatekondensatorer i O nanokomposittene ( Figur 5).

graf 5Fe/Li2A Skjematisk fremstilling av overflatekapasitansen til de spinnpolariserte elektronene ved O-grensesnittet.(A) det skjematiske diagrammet over spinnpolarisasjonstilstandstettheten til overflaten til ferromagnetiske metallpartikler (før og etter utladning), i motsetning til bulkspinpolariseringen av jern; (b) dannelsen av romladningsområdet i overflatekondensatormodellen av overlagret litium.

Sammendrag og Outlook

TM / Li ble undersøkt av avansert in-situ magnetisk overvåking2 Utviklingen av den interne elektroniske strukturen til O-nanokompositten for å avsløre kilden til ekstra lagringskapasitet for dette litium-ion-batteriet. Resultatene viser at både i Fe3O4/Li-modellcellesystemet kan elektrokjemisk reduserte Fe-nanopartikler lagre store mengder spinnpolariserte elektroner, noe som skyldes overdreven cellekapasitet og betydelig endret grensesnittmagnetisme. Eksperimenter validerte ytterligere CoO, NiO og FeF2And Fe2. Tilstedeværelsen av slik kapasitans i N-elektrodemateriale indikerer eksistensen av spinnpolarisert overflatekapasitans av metallnanopartikler i litiumionbatterier og legger grunnlaget for anvendelsen av denne romlige ladningslagringsmekanismen i andre overganger metallforbindelsebaserte elektrodematerialer.

Litteraturlenke

Ekstra lagringskapasitet i overgangsmetalloksid litium-ion-batterier avslørt av in situ magnetometri (Nature Materials , 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Påvirkningen av designformelen for litiumelektrodewafer og elektrodewaferdefekter på ytelsen

1. Pole film design foundation artikkel

Litiumbatterielektroden er et belegg som består av partikler, jevnt påført metallvæsken. Litiumion-batterielektrodebelegg kan betraktes som et komposittmateriale, hovedsakelig sammensatt av tre deler:

(1) partikler av aktivt stoff;

(2) den konstituerende fasen av det ledende midlet og midlet (karbonlimfase);

(3) Pore, fyll med elektrolytten.

Volumforholdet til hver fase uttrykkes som:

Porøsitet + volumfraksjon levende stoff + karbonlimfasevolumfraksjon =1

Utformingen av litiumbatterielektrodedesign er veldig viktig, og nå introduseres den grunnleggende kunnskapen om litiumbatterielektrodedesign kort.

(1) Teoretisk kapasitet til elektrodematerialet Den teoretiske kapasiteten til elektrodematerialet, det vil si kapasiteten gitt av alle litiumionene i materialet som er involvert i den elektrokjemiske reaksjonen, dens verdi beregnes ved følgende ligning:

For eksempel er LiFePO4The molare masse 157.756 g/mol, og dens teoretiske kapasitet er:

Denne beregnede verdien er kun den teoretiske gramkapasiteten. For å sikre den reversible strukturen til materialet, er den faktiske litiumion-fjerningskoeffisienten mindre enn 1, og den faktiske gramkapasiteten til materialet er:

Faktisk gramkapasitet av materiale = teoretisk kapasitet til litiumion-utkoblingskoeffisient

(2) Batteridesignkapasitet og ekstremt ensidig tetthet Batteridesignkapasitet kan beregnes ved hjelp av følgende formel: batteridesignkapasitet = beleggoverflatetetthet aktivt materialeforhold aktivt materiale gram kapasitet polarkbeleggareal

Blant dem er overflatetettheten til belegget en nøkkeldesignparameter. Når komprimeringstettheten er uendret, betyr økningen av beleggets overflatetetthet at polarkets tykkelse øker, elektronoverføringsavstanden øker og elektronmotstanden øker, men økningsgraden er begrenset. I det tykke elektrodearket er økningen av migrasjonsimpedansen til litiumioner i elektrolytten hovedårsaken som påvirker forholdsegenskapene. Med tanke på porøsiteten og porevridningene er migrasjonsavstanden til ioner i poren mange ganger større enn tykkelsen på polarket.

(3) Forholdet mellom negativ-positiv kapasitetsforhold N/P negativ kapasitet til positiv kapasitet er definert som:

N / P bør være større enn 1.0, generelt 1.04 ~ 1.20, som hovedsakelig er i sikkerhetsdesignet, for å forhindre at den negative siden litiumion faller uten akseptkilde, design for å vurdere prosesskapasiteten, for eksempel beleggavvik. Men når N/P er for stor, vil batteriet miste irreversibel kapasitet, noe som resulterer i lav batterikapasitet og lavere batterienergitetthet.

For litiumtitanat-anoden brukes den positive elektrodeoverskuddsdesignen, og batterikapasiteten bestemmes av kapasiteten til litiumtitanat-anoden. Det positive overskuddsdesignet bidrar til å forbedre høytemperaturytelsen til batteriet: høytemperaturgassen kommer hovedsakelig fra den negative elektroden. I det positive overskuddsdesignet er det negative potensialet lavt, og det er lettere å danne SEI-film på overflaten av litiumtitanat.

(4) Komprimeringstetthet og porøsitet til belegget I produksjonsprosessen beregnes beleggkomprimeringstettheten til batterielektroden ved hjelp av følgende formel. Tatt i betraktning at når polarket rulles, forlenges metallfolien, overflatetettheten til belegget etter valsen beregnes ved hjelp av følgende formel.

Som nevnt tidligere består belegget av levende materialfase, karbonlimfase og pore, og porøsiteten kan beregnes ved følgende ligning.

Blant dem er den gjennomsnittlige tettheten av belegg: litiumbatterielektrode er en slags pulverpartikler av belegg, fordi pulverpartikkeloverflaten er grov, uregelmessig form, når akkumulering, partikler mellom partikler og partikler, og noen partikler i seg selv har sprekker og porer, så pulvervolum inkludert pulvervolum, porene mellom pulverpartiklene og partiklene, derfor den tilsvarende variasjonen av elektrodebeleggtetthet og porøsitetsrepresentasjon. Pulverpartiklenes tetthet refererer til massen av pulveret per volumenhet. I henhold til volumet av pulveret er det delt inn i tre typer: ekte tetthet, partikkeltetthet og akkumuleringstetthet. De ulike tetthetene er definert som følger:

1. Sann tetthet refererer til tettheten oppnådd ved å dele pulvermassen med volumet (reelt volum) unntatt de indre og ytre gapene til partiklene. Det vil si tettheten av selve stoffet oppnådd etter å ha ekskludert volumet av alle hulrommene.
2. Partikkeltetthet refererer til tettheten til partikler oppnådd ved å dele pulvermassen delt på partikkelvolumet inkludert det åpne hullet og det lukkede hullet. Det vil si gapet mellom partiklene, men ikke de fine porene inne i partiklene, tettheten til selve partiklene.
3. Akkumuleringstetthet, det vil si beleggtetthet, refererer til tettheten oppnådd av pulvermassen delt på volumet av belegget dannet av pulveret. Volumet som brukes inkluderer porene til selve partiklene og hulrommene mellom partiklene.

For det samme pulveret, sann tetthet> partikkeltetthet> pakningstetthet. Porøsiteten til pulveret er forholdet mellom porene i pulverpartikkelbelegget, det vil si forholdet mellom volumet av hulrommet mellom pulverpartiklene og porene til partiklene og det totale volumet av belegget, som ofte uttrykkes i prosent. Porøsiteten til pulver er en omfattende egenskap relatert til partikkelmorfologi, overflatetilstand, partikkelstørrelse og partikkelstørrelsesfordeling. Dens porøsitet påvirker direkte infiltrasjonen av elektrolytt- og litiumionoverføring. Generelt, jo større porøsitet, desto lettere er elektrolyttinfiltrasjonen, og jo raskere blir litiumionoverføringen. Derfor, i utformingen av litiumbatteri, noen ganger for å bestemme porøsiteten, ofte brukte kvikksølvtrykkmetoden, gassadsorpsjonsmetoden, etc. Kan også oppnås ved å bruke tetthetsberegningen. Porøsiteten kan også ha ulike implikasjoner ved bruk av ulike tettheter for beregningene. Når tettheten av porøsiteten til det levende stoffet, det ledende middelet og bindemidlet beregnes ut fra den sanne tettheten, inkluderer den beregnede porøsiteten gapet mellom partiklene og gapet inne i partiklene. Når porøsiteten til det levende stoffet, ledende middel og bindemiddel beregnes ved partikkeltettheten, inkluderer den beregnede porøsiteten gapet mellom partiklene, men ikke gapet inne i partiklene. Derfor er porestørrelsen på litiumbatterielektrodeplaten også flerskala, vanligvis er gapet mellom partiklene i mikronskalastørrelsen, mens gapet inne i partiklene er i skalaen fra nanometer til sub-submikron. I porøse elektroder kan forholdet mellom transportegenskaper som effektiv diffusivitet og ledningsevne uttrykkes med følgende ligning:

Der D0 representerer den indre diffusjonshastigheten (ledningshastigheten) til selve materialet, er ε volumfraksjonen av den tilsvarende fasen, og τ er den kretsløpende krumningen til den tilsvarende fasen. I den makroskopiske homogene modellen brukes generelt Bruggeman-relasjonen, og tar koeffisienten ɑ = 1.5 for å estimere den effektive positiviteten til de porøse elektrodene.

Elektrolytten fylles i porene til de porøse elektrodene, der litiumionene ledes gjennom elektrolytten, og ledningsegenskapene til litiumionene er nært knyttet til porøsiteten. Jo større porøsitet, jo høyere volumfraksjon av elektrolyttfasen, og jo større er den effektive ledningsevnen til litiumioner. I det positive elektrodearket blir elektroner overført gjennom karbonlimfasen, volumfraksjonen av karbonlimfasen og omveien til karbonlimfasen bestemmer direkte den effektive ledningsevnen til elektroner.

Porøsiteten og volumfraksjonen til karbonlimfasen er motstridende, og den store porøsiteten fører uunngåelig til volumfraksjonen av karbonlimfasen, derfor er de effektive ledningsegenskapene til litiumioner og elektroner også motstridende, som vist i figur 2 Når porøsiteten avtar, reduseres den effektive ledningsevnen for litiumion, mens den effektive ledningsevnen for elektroner øker. Hvordan man balanserer de to er også kritisk i elektrodedesignet.

Figur 2 Skjematisk diagram av porøsitet og litiumion- og elektronledningsevne

2. Type og påvisning av poldefekter

 

For tiden, i prosessen med klargjøring av batteripoler, blir flere og flere nettbaserte deteksjonsteknologier tatt i bruk, for effektivt å identifisere produksjonsfeil på produkter, eliminere defekte produkter og rettidig tilbakemelding til produksjonslinjen, automatiske eller manuelle justeringer av produksjonen prosess, for å redusere den defekte frekvensen.

De elektroniske deteksjonsteknologiene som vanligvis brukes i produksjon av polplater inkluderer deteksjon av slurrykarakteristikk, deteksjon av polarkkvalitet, dimensjonsdeteksjon og så videre, For eksempel: (1) online viskositetsmåleren er direkte installert i beleggets lagertank for å oppdage det reologiske egenskaper til slurryen i sanntid, Test stabiliteten til slurryen; (2) Bruk av røntgen eller β-stråle i belegningsprosessen, dens høye målenøyaktighet, men stor stråling, høy pris på utstyr og vedlikeholdsproblemer; (3) Laser online tykkelsesmålingsteknologi brukes for å måle tykkelsen på polarket, målenøyaktigheten kan nå ± 1. 0 μ m, den kan også vise endringstrenden for målt tykkelse og tykkelse i sanntid, forenkle datasporbarhet og analyse; (4) CCD-synsteknologi, Det vil si at linjearray-CCD-en brukes til å skanne det målte objektet, sanntids bildebehandling og analyse av defektkategorier, realisere den ikke-destruktive online-deteksjonen av polarkets overflatedefekter.

Som et verktøy for kvalitetskontroll er online testteknologi også viktig for å forstå sammenhengen mellom defekter og batteriytelse, for å bestemme de kvalifiserte/ukvalifiserte kriteriene for halvfabrikata.

I den siste delen introduseres kort den nye metoden for overflatedefektdeteksjonsteknologi av litiumionbatteri, infrarød termisk bildeteknologi og forholdet mellom disse forskjellige defektene og elektrokjemisk ytelse. konsulter D. Mohanty En grundig studie av Mohanty et al.

(1) Vanlige feil på polplatens overflate

Figur 3 viser de vanlige defektene på overflaten av litiumionbatterielektroden, med det optiske bildet til venstre og bildet tatt av termokameraet til høyre.

Figur 3 Vanlige defekter på overflaten av polarket: (a, b) bulekonvolutt / tilslag; (c, d) dråpemateriale / nålehull; (e, f) fremmedlegeme av metall; (g, h) ujevnt belegg

 

(A, b) forhøyet bule/tilslag, slike defekter kan oppstå hvis slurryen er jevnt omrørt eller belegningshastigheten er ustabil. Sammensetningen av lim og carbon black ledende midler fører til lavt innhold av aktive ingredienser og lav vekt av polare tabletter.

 

(c, d) dråpe / nålehull, disse defekte områdene er ikke belagt og produseres vanligvis av bobler i slurryen. De reduserer mengden aktivt materiale og utsetter kollektoren for elektrolytten, og reduserer dermed den elektrokjemiske kapasiteten.

 

(E, f) fremmedlegemer av metall, slurry eller fremmedlegemer av metall som innføres i utstyret og miljøet, og fremmedlegemer av metall kan forårsake stor skade på litiumbatterier. Store metallpartikler forstyrrer membranen direkte, noe som resulterer i en kortslutning mellom de positive og negative elektrodene, som er en fysisk kortslutning. I tillegg, når metallfremmedlegemet blandes inn i den positive elektroden, øker det positive potensialet etter lading, metallet løser seg, sprer seg gjennom elektrolytten, og utfelles deretter på den negative overflaten, og til slutt punkterer membranen, og danner en kortslutning, som er en kjemisk oppløsningskortslutning. De vanligste metallfremmedlegemene på batterifabrikken er Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, etc.

 

(g, h) ujevnt belegg, slik som slurryblandingen er ikke tilstrekkelig, partikkelfinheten er lett å se striper når partikkelen er stor, noe som resulterer i ujevnt belegg, som vil påvirke konsistensen av batterikapasiteten, og til og med vises fullstendig ingen beleggstripe, har innvirkning på kapasitet og sikkerhet.

(2) Pole chip overflatedefekt deteksjonsteknologi Infrarød (IR) termisk bildeteknologi brukes til å oppdage mindre defekter på tørre elektroder som kan skade ytelsen til litium-ion-batterier. Under online-deteksjonen, hvis elektrodedefekten eller forurensningen oppdages, merk den på polarket, eliminer den i den påfølgende prosessen, og send den tilbake til produksjonslinjen, og juster prosessen i tide for å eliminere defektene. Infrarød stråle er en slags elektromagnetisk bølge som har samme natur som radiobølger og synlig lys. En spesiell elektronisk enhet brukes til å konvertere temperaturfordelingen på overflaten til et objekt til et synlig bilde av det menneskelige øyet, og for å vise temperaturfordelingen på overflaten til et objekt i forskjellige farger kalles infrarød termisk bildeteknologi. Denne elektroniske enheten kalles infrarød termisk kamera. Alle objekter over absolutt null (-273 ℃) sender ut infrarød stråling.
Som vist i figur 4 bruker den infrarøde termiske approksimatoren (IR-kameraet) den infrarøde detektoren og det optiske bildeobjektivet til å akseptere det infrarøde strålingsenergifordelingsmønsteret til det målte målobjektet og reflektere det på det fotosensitive elementet til den infrarøde detektoren for å oppnå infrarødt termisk bilde, som tilsvarer det termiske distribusjonsfeltet på overflaten av objektet. Når det er en defekt på overflaten til et objekt, skifter temperaturen i området. Derfor kan denne teknologien også brukes til å oppdage defektene på overflaten av objektet, spesielt egnet for noen defekter som ikke kan skilles fra med optiske deteksjonsmidler. Når tørkeelektroden til litiumionbatteriet oppdages online, blir elektrodeelektroden først bestrålet av blitsen, overflatetemperaturen endres, og deretter blir overflatetemperaturen oppdaget med et termisk kamera. Varmefordelingsbildet visualiseres, og bildet behandles og analyseres i sanntid for å oppdage overflatedefektene og markere dem i tide.D. Mohanty Studien installerte et termisk kamera ved utløpet av tørkeovnen for beleggeren for å oppdage temperaturfordelingsbildet til elektrodeplatens overflate.

Figur 5 (a) er et temperaturfordelingskart av beleggsoverflaten til NMC-positiv polarket oppdaget av termokameraet, som inneholder en veldig liten defekt som ikke kan skilles fra det blotte øye. Temperaturfordelingskurven som tilsvarer rutesegmentet er vist i den interne innsettingen, med en temperaturspiss ved defektpunktet. I figur 5 (b) øker temperaturen lokalt i den tilsvarende boksen, tilsvarende defekten på polplateoverflaten. FIG. 6 er et overflatetemperaturfordelingsdiagram av det negative elektrodearket som viser eksistensen av defekter, hvor toppen av temperaturøkninger tilsvarer boblen eller aggregatet, og området med temperaturnedgang tilsvarer nålehullet eller dråpen.

Figur 5 Temperaturfordeling av den positive elektrodeplatens overflate

Figur 6 Temperaturfordeling av negativ elektrodeoverflate

 

Det kan sees at termisk bildegjenkjenning av temperaturfordeling er et godt middel for påvisning av polarkoverflatedefekter, som kan brukes til kvalitetskontroll av polplateproduksjon.3. Effekt av overflatedefekter på polark på batteriets ytelse

 

(1) Innvirkning på batterimultiplikatorkapasitet og Coulomb-effektivitet

Figur 7 viser påvirkningskurven til aggregatet og nålehullet på batterimultiplikatorkapasiteten og coulen-effektiviteten. Tilslaget kan faktisk forbedre batterikapasiteten, men redusere coulens effektivitet. Nålehullet reduserer batterikapasiteten og Kulun-effektiviteten, og Kulun-effektiviteten reduseres kraftig med høy hastighet.

Figur 7 katodeaggregat og pinhole effekt på batterikapasiteten og effektiviteten til figur 8 er ujevnt belegg, og metall fremmedlegeme Co og Al på batterikapasiteten og effekten av effektivitetskurven, ujevnt belegg reduserer batterienhetens massekapasitet 10% - 20 %, men hele batterikapasiteten gikk ned med 60 %, dette viser at den levende massen i polarstykket ble betydelig redusert. Metal Co fremmedlegeme redusert kapasitet og Coulomb effektivitet, selv i 2C og 5C høy forstørrelse, ingen kapasitet i det hele tatt, noe som kan skyldes dannelsen av metall Co i den elektrokjemiske reaksjonen av litium og litium innebygd, eller det kan være metallpartiklene blokkert membranporen forårsaket mikrokortslutning.

Figur 8 Effekter av positiv elektrode ujevnt belegg og metall fremmedlegemer Co og Al på batterimultiplikatorkapasitet og coulen effektivitet

Sammendrag av katodearkdefekter: Atene i katodearkbelegget reduserer Coulomb-effektiviteten til batteriet. Nålehullet til det positive belegget reduserer Coulomb-effektiviteten, noe som resulterer i dårlig multiplikatorytelse, spesielt ved høy strømtetthet. Det heterogene belegget viste dårlig forstørrelsesytelse. Metallpartikkelforurensninger kan forårsake mikrokortslutninger, og kan derfor redusere batterikapasiteten betydelig.
Figur 9 viser virkningen av den negative lekkasjefoliestripen på multiplikatorkapasiteten og Kulun-effektiviteten til batteriet. Når lekkasjen oppstår ved den negative elektroden, reduseres batteriets kapasitet betydelig, men gramkapasiteten er ikke åpenbar, og innvirkningen på Kulun-effektiviteten er ikke betydelig.

 

Figur 9 Påvirkning av negativ elektrodelekkasjefoliestrimmel på batterimultiplikatorkapasitet og Kulun-effektivitet (2) Påvirkning på batterimultiplikatorsyklusytelse Figur 10 er resultatet av påvirkningen av elektrodeoverflatedefekten på batterimultiplikatorsyklusen. Påvirkningsresultatene er oppsummert som følger:
Egregering: ved 2C er kapasitetsvedlikeholdsraten på 200 sykluser 70 % og det defekte batteriet er 12 %, mens i 5C-syklusen er kapasitetsvedlikeholdsraten på 200 sykluser 50 % og det defekte batteriet 14 %.
Nålehull: Kapasitetsdempingen er åpenbar, men ingen samlet defektdempning er rask, og kapasitetsvedlikeholdshastigheten på 200 sykluser 2C og 5C er henholdsvis 47 % og 40 %.
Metall fremmedlegeme: kapasiteten til metall Co fremmedlegeme er nesten 0 etter flere sykluser, og 5C sykluskapasiteten til metall fremmedlegeme Al-folie reduseres betydelig.
Lekkasjestrimmel: For samme lekkasjeområde reduseres batterikapasiteten til flere mindre striper raskere enn en større stripe (47 % for 200 sykluser i 5C) (7 % for 200 sykluser i 5C). Dette indikerer at jo større antall striper, desto større innvirkning på batterisyklusen.

Figur 10 Effekt av overflatedefekter på elektrodeark på cellehastighetssyklus

 

Ref.: [1] Ikke-destruktiv evaluering av sporbelagte sekundære litiumbatterielektroder ved hjelp av in-line lasercaliper og IR-termografimetoder [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Effekt av elektrodeproduksjonsfeil på elektrokjemisk ytelse av litiumionbatterier: Kunnskap om batterifeilkilder[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.