It mystearje ûntbleate: superteoretyske kapasiteit yn lithium-ionbatterijen

Wêrom lithium batterij bestiet super teoretyske kapasiteit fenomeen

Yn lithium-ion-batterijen (LIB's) fertoane in protte oergongsmetaalokside-basearre elektroden ûngewoan hege opslachkapasiteit bûten har teoretyske wearde. Hoewol dit ferskynsel in soad rapportearre is, bliuwe de ûnderlizzende fysysk-gemyske meganismen yn dizze materialen ûndúdlik en bliuwe in kwestje fan debat.

Profyl fan resultaten

Koartlyn publisearren professor Miao Guoxing fan 'e Universiteit fan Waterloo, Kanada, professor Yu Guihua fan' e Universiteit fan Teksas yn Austin, en Li Hongsen en Li Qiang fan Qingdao University tegearre in ûndersykspapier oer natuermaterialen ûnder de titel "Ekstra opslachkapasiteit yn oergong metaal okside lithium-ion batterijen iepenbiere troch in situ magnetometry". Yn dit wurk brûkten de auteurs in situ magnetyske tafersjoch om de oanwêzigens fan sterke oerflakkapasitânsje op metalen nanopartikels te demonstrearjen en dat in grut oantal spin-polarisearre elektroanen kinne wurde opslein yn al fermindere metalen nanopartikels, wat oerienkomt mei it romtlike ladingmeganisme. Dêrneist kin de iepenbiere romtlike lading meganisme wurde útwreide nei oare oergong metalen ferbiningen, it bieden fan in kaai gids foar de oprjochting fan avansearre enerzjy opslach systemen.

Undersyk hichtepunten

(1) In typyske Fe waard studearre troch it brûken fan de in-situ magnetyske tafersjochtechnyk3O4 / Evolúsje fan 'e elektroanyske struktuer binnen de Li-batterij;

(2) docht bliken dat de Fe3O4In it / Li-systeem is de oerflakladingskapasiteit de wichtichste boarne fan 'e ekstra kapasiteit;

(3) It oerflakkapasitânsjemeganisme fan metalen nanopartikels kin útwreide wurde nei in breed oanbod fan oergongsmetaalferbiningen.

Tekst en tekst gids

1. Strukturele karakterisearring en elektrogemyske eigenskippen

Monodisperse holle Fe waard synthesized troch konvinsjonele hydrothermal metoaden 3O4Nanospheres, en dan útfierd op 100 mAg-1 Charge en ûntslach by hjoeddeiske tichtheid (figuer 1a), de earste discharge kapasiteit is 1718 mAh g-1, 1370 mAhg yn de twadde en tredde kear, respektivelik, 1En 1,364 mAhg-1, Fier boppe 926 mAhg-1 De teory fan ferwachtings. BF-STEM-ôfbyldings fan it folslein ûntsleine produkt (figuer 1b-c) jouwe oan dat nei lithiumreduksje, Fe3O4De nanosfearen waarden omboud ta lytsere Fe nanopartikels mjitten oer 1 - 3 nm, ferspraat yn Li2O-sintrum.

Om de feroaring yn magnetisme yn 'e elektrogemyske syklus te demonstrearjen, waard in magnetisaasjekurve nei folsleine ûntslach nei 0.01 V krigen (figuer 1d), dy't it superparamagnetyske gedrach sjen litte troch de formaasje fan nanopartikels.

Figuer 1 (a) by 100 mAg−1Fe fan it fytsen by de aktuele tichtens3O4/ Konstante hjoeddeistige lading en ûntladingskromme fan Li-batterij; (b) folslein lithium Fe3O4The BF-STEM byld fan 'e elektrodes; (c) de oanwêzigens fan Li yn 'e aggregate2High-resolúsje BF-STEM-ôfbyldings fan sawol O as Fe; (d) Fe3O4De hysteresiskurven fan 'e elektrodes foar (swart) en nei (blau), en de Langevin-oanpaste kromme fan' e lêste (poarper).

2. Real-time deteksje fan strukturele en magnetyske evolúsje

Om de elektrogemy te kombinearjen mei Fe3O4Fan strukturele en magnetyske feroaringen keppele oan de Fe3O4, waarden de elektroden ûnderwurpen oan in situ X-ray diffraksje (XRD) en in situ magnetyske tafersjoch. Fe yn in searje XRD-diffraksje-patroanen tidens de earste ûntlading fan 'e iepen-kringspanning (OCV) nei 1.2V3O4. De diffraksje-pieken feroaren net signifikant yn beide yntensiteit of posysje (figuer 2a), wat oanjout dat de Fe3O4Allinich it Li-ynterkalaasjeproses belibbe. As opladen oan 'e 3V, bliuwt de Fe3O4The anty-spinelstruktuer yntakt, wat suggerearret dat it proses yn dit spanningsfinster tige omkearber is. Fierder in-situ magnetyske tafersjoch kombinearre mei konstante hjoeddeistige lading-ûntladingstests waarden útfierd om te ûndersiikjen hoe't magnetisaasje yn realtime evoluearret (figuer 2b).

figuer 2 Karakterisaasje fan in-situ XRD en magnetyske monitoring. (A) in situ XRD; (b) Fe3O4Electrochemical lading-discharge kromme ûnder 3 T tapast magnetysk fjild en oerienkommende omkearbere in situ magnetyske antwurd.

Om in mear basis begryp te krijen fan dit konverzjeproses yn termen fan magnetisaasjewizigingen, wurdt de magnetyske reaksje yn realtime sammele en de oerienkommende faze-oergong dy't elektrochemysk oandreaune reaksjes begeliedt (figuer 3). It is dúdlik dat yn 'e earste ûntlading de Fe3O4De magnetisaasje-antwurd fan' e elektroden ferskilt fan 'e oare syklusen troch Fe yn' e earste lithalisaasje3O4. Doe't it potinsjeel sakke nei 0.78V, de Fe3O4The antispinel faze waard omboud ta Li2The klasse FeO halite struktuer fan O, Fe3O4The faze kin net werombrocht nei it opladen. As oerienkomst sakket de magnetisaasje fluch nei 0.482 μ b Fe−1. As lithialization ferrint, gjin nije faze foarme, en de yntinsiteit fan (200) en (220) klasse FeO diffraksjonspeaks begûn te weaken.equal Fe3O4Der is gjin wichtige XRD peak behâlden doe't de elektrodes is folslein liialized (figuer 3a). Tink derom dat wannear't de Fe3O4-elektrode ûntlient fan 0.78V nei 0.45V, de magnetisaasje (fan 0.482 μ b Fe−1 fergrutte nei 1.266 μ bFe−1), Dit waard taskreaun oan de konverzjereaksje fan FeO nei Fe. Doe, oan 'e ein fan' e ûntlading, waard de magnetisaasje stadichoan fermindere nei 1.132 μB Fe−1. Dizze fynst suggerearret dat de folslein fermindere metalen Fe0Nanoparticles noch meidwaan kinne oan 'e lithium-opslachreaksje, sadat de magnetisaasje fan' e elektroden ferminderje.

Figure 3 In situ observaasjes fan de faze oergong en de magnetyske antwurd. (a) Fe3O4 In situ XRD map sammele tidens de earste ûntlading fan de elektrodes; (b) Fe3O4 In situ magnetyske krêftmjitting fan elektrogemyske syklusen fan / Li-sellen by in tapast magnetysk fjild fan 3 T.

3. Fe0 / Li2Surface capacitance fan it O systeem

Fe3O4De magnetyske feroarings fan 'e elektroden komme foar by lege spanningen, wêrby't in ekstra elektrogemyske kapasiteit nei alle gedachten wurdt generearre, wat suggerearret de oanwêzigens fan net ûntdutsen ladingsdragers binnen de sel. Om it potinsjele lithium-opslachmeganisme te ferkennen, waard Fe studearre troch middel fan XPS, STEM en magnetyske prestaasjesspektrum3O4Electrodes fan magnetisaasjepieken op 0.01V, 0.45V en 1.4V om de boarne fan 'e magnetyske feroaring te bepalen. De resultaten litte sjen dat it magnetyske momint in wichtige faktor is dy't de magnetyske feroaring beynfloedet, om't de mjitten Fe0 / Li2De Ms fan it O-systeem net beynfloede wurde troch de magnetyske anisotropy en de interpartikelkeppeling.

Om fierder te begripen de Fe3O4De kinetyske eigenskippen fan de elektroden by lege spanning, cyclic voltammetry by ferskillende scan tariven. Lykas werjûn yn figuer 4a, ferskynt de rjochthoekige cyclic voltammogram kromme binnen de spanning berik tusken 0.01V en 1V (figuer 4a). Figuer 4b lit sjen dat de Fe3O4A kapasityf antwurd barde op 'e elektrodes. Mei de tige omkearbere magnetyske reaksje fan 'e konstante aktuele lading en ûntladingsproses (figuer 4c), fermindere de magnetisaasje fan' e elektrode fan 1V nei 0.01V tidens it ûntladingsproses, en ferhege wer tidens it oplaadproses, wat oanjout dat Fe0Fan de kondensator-like oerflak reaksje is tige reversibel.

figuer 4 elektrogemyske eigenskippen en in situ magnetyske karakterisearring op 0.011 V. (A) De cyclic voltammetric curve. (B) de b wearde wurdt bepaald mei help fan de korrelaasje tusken de pyk hjoeddeistige en de scan rate; (c) de omkearbere feroaring fan 'e magnetisaasje relatyf oan' e lading-ûntladingskromme ûnder in 5 T tapast magnetysk fjild.

boppeneamde Fe3O4De elektrogemyske, strukturele en magnetyske skaaimerken fan de elektroden jouwe oan dat de ekstra batterij kapasiteit wurdt bepaald troch Fe0De spin-polarized oerflak capacitance fan de nanopartikels wurdt feroarsake troch de byhearrende magnetyske feroarings. De spin-polarisearre kapasitânsje is it resultaat fan spin-polarisearre ladingakkumulaasje by de ynterface en kin in magnetyske reaksje werjaan by lading en ûntlading.to Fe3O4De basiselektrode, tidens it earste ûntslachproses, waard ferspraat yn Li2Fine Fe nanopartikels yn it O-substraat hawwe grutte oerflak-to-folume ferhâldingen en realisearje in hege tichtheid fan steaten op de Fermi nivo troch de tige lokalisearre d orbitalen. Neffens Maier syn teoretysk model fan romtlike lading opslach, de auteurs stelle dat grutte hoemannichten elektroanen kinne wurde opslein yn de spin-splitsjende bands fan metallyske Fe nanopartikels, dy't kin fûn wurde yn Fe / Li2Creating spin-polarized oerflak capacitors yn de O nanocomposites ( figuer 5).

grafyk 5Fe/Li2A Skematyske werjefte fan it oerflak capacitance fan de spin-polarized elektroanen by de O-ynterface.(A) it skematyske diagram fan de spin polarisaasje steat tichtens fan it oerflak fan ferromagnetic metaal dieltsjes (foar en nei ûntslach), yn tsjinstelling ta de bulk spin polarisaasje fan izer; (b) de foarming fan de romte lading regio yn it oerflak capacitor model fan overstored lithium.

Gearfetting en Outlook

TM / Li waard ûndersocht troch avansearre in-situ magnetyske monitoring2De evolúsje fan 'e ynterne elektroanyske struktuer fan' e O nanocomposite om de boarne fan ekstra opslachkapasiteit foar dizze lithium-ion-batterij te iepenbierjen. De resultaten litte sjen dat, sawol yn it Fe3O4 / Li-modelselsysteem, elektrochemysk fermindere Fe-nanopartikels grutte hoemannichten spin-polarisearre elektroanen kinne opslaan, as gefolch fan oermjittige selkapasiteit en signifikant feroare ynterfaciale magnetisme. Eksperiminten fierder validearre CoO, NiO, en FeF2And Fe2De oanwêzigens fan sa'n kapasiteit yn N elektrodes materiaal jout oan it bestean fan spin-polarized oerflak capacitance fan metalen nanopartikels yn lithium ion batterijen en leit de basis foar de tapassing fan dit romtlike lading opslach meganisme yn oare oergong metalen compound-basearre elektrodes materialen.

Literatuer keppeling

Ekstra opslachkapasiteit yn oergong metaal okside lithium-ion batterijen iepenbiere troch in situ magnetometry (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

De ynfloed fan lithium elektrode wafer design formule en elektrode wafer defekten op prestaasjes

1. Pole film design stichting artikel

De lithium batterij elektrodes is in coating gearstald út dieltsjes, evenredich oanbrocht op de metalen floeistof. Lithium ion batterij elektrodes coating kin wurde beskôge as in gearstald materiaal, benammen gearstald út trije dielen:

(1) aktive stof dieltsjes;

(2) de konstituearjende faze fan de conductive agint en de agent (koalstof adhesive faze);

(3) Pore, folje mei de elektrolyt.

De folume relaasje fan elke faze wurdt útdrukt as:

Porosity + libbene stof folume fraksje + koalstof adhesive faze folume fraksje = 1

It ûntwerp fan lithium-batterijelektrode-ûntwerp is heul wichtich, en no wurdt de basiskennis fan lithium-batterijelektrode-ûntwerp koart yntrodusearre.

(1) Teoretyske kapasiteit fan it elektrodesmateriaal De teoretyske kapasiteit fan it elektrodemateriaal, dat is de kapasiteit levere troch alle lithiumionen yn it materiaal dat belutsen is by de elektrogemyske reaksje, syn wearde wurdt berekkene troch de folgjende fergeliking:

Bygelyks, de LiFePO4 De molêre massa is 157.756 g / mol, en syn teoretyske kapasiteit is:

Dizze berekkene wearde is allinich de teoretyske gramkapasiteit. Om de omkearbere struktuer fan it materiaal te garandearjen, is de eigentlike lithiumion-ferwideringskoëffisjint minder dan 1, en de werklike gramkapasiteit fan it materiaal is:

Werklike gramkapasiteit fan materiaal = teoretyske kapasiteit fan lithium-ion-ûntstekkingskoëffisjint

(2) Batterijûntwerpkapasiteit en ekstreem iensidige tichtens Batterijûntwerpkapasiteit kin wurde berekkene troch de folgjende formule: batterijûntwerpkapasiteit = coating oerflak tichtens aktyf materiaal ferhâlding aktyf materiaal gram kapasiteit pole sheet coating gebiet

Under harren is de oerflakdichtheid fan 'e coating in wichtige ûntwerpparameter. Wannear't de compaction tichtens is net feroare, de tanimming fan de coating oerflak tichtens betsjut dat de poal sheet dikte nimt ta, de elektroanen oerdracht ôfstân nimt ta, en de elektron ferset nimt ta, mar de ferheging graad wurdt beheind. Yn 'e dikke elektrodesblêd is de tanimming fan' e migraasjeimpedânsje fan lithiumionen yn 'e elektrolyt de wichtichste reden dy't de ferhâldingskarakteristiken beynfloedet. Yn betinken nommen fan de porosity en poar twists, de migraasje ôfstân fan ionen yn 'e poar is in protte kearen mear as de dikte fan' e poal sheet.

(3) De ferhâlding fan negatyf-positive kapasiteitsferhâlding N / P negative kapasiteit nei positive kapasiteit wurdt definiearre as:

N / P moat wêze grutter as 1.0, oer it algemien 1.04 ~ 1.20, dat is benammen yn de feiligens design, te kommen dat de negative kant lithium ion út delslach sûnder akseptaasje boarne, ûntwerp te beskôgje it proses kapasiteit, lykas coating ôfwiking. As N / P lykwols te grut is, sil de batterij ûnomkearbere kapasiteit ferlieze, wat resulteart yn lege batterijkapasiteit en legere batterijenerzjytensiteit.

Foar de lithium titanate anode wurdt de positive elektrode oerskot ûntwerp oannommen, en de batterij kapasiteit wurdt bepaald troch de kapasiteit fan de lithium titanate anode. It positive oerskotûntwerp is befoarderlik foar it ferbetterjen fan 'e hege temperatuerprestaasjes fan' e batterij: it hege temperatuergas komt benammen fan 'e negative elektrodes. Yn de positive oerskot design, de negative potinsje is leech, en it is makliker te foarmjen SEI film op it oerflak fan lithium titanate.

(4) Compaction tichtens en porosity fan 'e coating Yn it produksjeproses wurdt de coating compaction tichtens fan' e batterij elektrodes berekkene troch de folgjende formule. Yn betinken nommen dat as de pole sheet wurdt rôle, de metalen folie wurdt útwreide, de oerflak tichtens fan de coating nei de roller wurdt berekkene troch de folgjende formule.

Lykas earder neamd, de coating bestiet út libbene materiaal faze, koalstof adhesive faze en pore, en de porosity kin wurde berekkene troch de folgjende fergeliking.

Under harren, de gemiddelde tichtheid fan coating is: lithium batterij elektrodes is in soarte fan poeder dieltsjes fan coating, omdat it poeder dieltsje oerflak rûch, unregelmjittige foarm, doe't accumulation, dieltsjes tusken dieltsjes en dieltsjes, en guon dieltsjes sels hawwe barsten en poarjes, sa poeder folume ynklusyf poeder folume, de poaren tusken it poeder dieltsjes en de dieltsjes, dêrom, de oerienkommende ferskaat oan elektrodes coating tichtens en porosity fertsjintwurdiging. De tichtens fan 'e poederdieltsjes ferwiist nei de massa fan it poeder per ienheid folume. Neffens it folume fan it poeder is it ferdield yn trije soarten: wiere tichtens, partikeltichte en accumulation tichtens. De ferskate tichtens wurde as folget definiearre:

1. Wiere tichtens ferwiist nei de tichtens krigen troch dielen fan de poedermassa troch it folume (echte folume) útsein de ynterne en bûtenste spaasjes fan 'e dieltsjes. Dat is, de tichtens fan 'e saak sels krigen nei it útsluten fan it folume fan alle leechten.
2. Partikeldichtheid ferwiist nei de tichtens fan dieltsjes krigen troch it dielen fan de poedermassa dield troch it dieltsjefolum ynklusyf it iepen gat en it sletten gat. Dat is, it gat tusken de dieltsjes, mar net de moaie poaren binnen de dieltsjes, de tichtens fan de dieltsjes sels.
3. Akkumulaasjetichtens, dat is, coatingdichtheid, ferwiist nei de tichtens krigen troch de poedermassa dield troch it folume fan 'e coating dy't troch it poeder foarme is. It brûkte folume omfettet de poaren fan 'e dieltsjes sels en de leechten tusken de dieltsjes.

Foar itselde poeder, wiere tichtheid> partikeldichtheid> ynpakstichtens. De porositeit fan it poeder is de ferhâlding fan 'e poaren yn' e poederpartikelcoating, dat is de ferhâlding fan it folume fan 'e leechte tusken de poederdieltsjes en de poaren fan' e dieltsjes oan it totale folume fan 'e coating, dy't gewoanlik útdrukt wurdt as persintaazje. De porositeit fan poeder is in wiidweidich eigendom yn ferbân mei dieltsje morfology, oerflak steat, dieltsje grutte en dieltsje grutte ferdieling. De porositeit hat direkt ynfloed op de ynfiltraasje fan elektrolyt- en lithium-ion-oerdracht. Yn 't algemien, hoe grutter de porositeit, hoe makliker de elektrolyte-ynfiltraasje, en hoe flugger de lithium-ion-oerdracht. Dêrom, yn it ûntwerp fan lithium batterij, soms te bepalen de porosity, gewoanwei brûkte kwik druk metoade, gas adsorption metoade, ensfh Kin ek wurde krigen troch it brûken fan de tichtens berekkening. De porositeit kin ek ferskate gefolgen hawwe by it brûken fan ferskate tichtheden foar de berekkeningen. As de tichtens fan 'e porositeit fan' e libbene stof, it konduktyf middel en it bynmiddel wurdt berekkene troch de wirklike tichtens, omfettet de berekkene porositeit it gat tusken de dieltsjes en it gat yn 'e dieltsjes. As de porositeit fan 'e libbene stof, konduktyf middel en bynmiddel wurdt berekkene troch de dieltsjetichtens, omfettet de berekkene porositeit it gat tusken de dieltsjes, mar net it gat binnen de dieltsjes. Dêrom is de poargrutte fan 'e lithiumbatterijelektrodeblêd ek multi-skaal, oer it generaal is de gat tusken de dieltsjes yn' e mikronskaalgrutte, wylst it gat binnen de dieltsjes yn 'e nanometer oant sub-submikron skaal is. Yn poreuze elektroden kin de relaasje fan transporteigenskippen lykas effektive diffusiviteit en konduktiviteit wurde útdrukt troch de folgjende fergeliking:

Wêr't D0 de yntrinsike diffusion (gelieding) taryf fan it materiaal sels stiet, is ε de folumefraksje fan 'e oerienkommende faze, en τ is de sirkulêre kromte fan' e oerienkommende faze. Yn it makroskopyske homogene model wurdt de Bruggeman-relaasje oer it generaal brûkt, mei de koëffisjint ɑ =1.5 om de effektive positiviteit fan 'e poreuze elektroden te skatten.

De elektrolyt wurdt ynfolle yn 'e poaren fan' e poreuze elektroden, wêrby't de lithiumionen troch de elektrolyt brocht wurde, en de konduktskarakteristiken fan 'e lithiumionen binne nau besibbe oan de porositeit. Hoe grutter de porositeit, hoe heger de folumefraksje fan 'e elektrolytfaze, en hoe grutter de effektive konduktiviteit fan lithiumionen. Yn de positive elektrodes sheet, elektroanen wurde oerbrocht troch de koalstof adhesive faze, de folume fraksje fan de koalstof adhesive faze en de omweg fan de koalstof adhesive faze direkt bepale de effektive conductivity fan elektroanen.

De porosity en it folume fraksje fan 'e koalstof adhesive faze binne tsjinstridich, en de grutte porosity ûnûntkomber liedt ta it folume fraksje fan' e koalstof adhesive faze, dêrom, de effektive conduction eigenskippen fan lithium ioanen en elektroanen binne ek tsjinstridich, lykas werjûn yn figuer 2 As de porositeit ôfnimt, nimt de effektive konduktiviteit fan lithium-ion ôf, wylst de effektive konduktiviteit fan elektroanen ferheget. Hoe te lykwicht de twa is ek kritysk yn de elektrodes design.

figuer 2 Skematyske diagram fan porosity en lithium ion en elektron conductivity

2. Type en opspoaren fan pole gebreken

 

Op it stuit, yn it proses fan tarieding fan batterijpole, wurde mear en mear online-deteksjetechnologyen oannommen, om de produksjedefekten fan produkten effektyf te identifisearjen, defekte produkten te eliminearjen, en op 'e tiid feedback oan' e produksjeline, automatyske as manuele oanpassingen oan 'e produksje proses, om de defekte taryf te ferminderjen.

De online-deteksjetechnologyen dy't gewoanlik brûkt wurde yn 'e produksje fan poleblêden omfetsje slurry-karakteristike deteksje, pole sheet-kwaliteitsdeteksje, diminsjedeteksje ensafuorthinne. skaaimerken fan de slurry yn real time, Test de stabiliteit fan de slurry; (1) Mei help fan X-ray of β -ray yn de coating proses, Its hege mjitting accuracy, Mar grutte strieling, hege priis fan apparatuer en ûnderhâld problemen; (2) Laser online dikte mjitting technology wurdt tapast om te mjitten de dikte fan de poal sheet, De mjitting accuracy kin berikke ± 3. 1 μ m, It kin ek werjaan de feroaring trend fan mjitten dikte en dikte yn real time, Fasiliteare gegevens traceability en analyze; (0) CCD-fisytechnology, Dat is, de line array CCD wurdt brûkt om it mjitten foarwerp te scannen, Real-time ôfbyldingsferwurking en analyze fan defektkategoryen, Realisearje de net-destruktive online deteksje fan 'e pole sheet oerflakdefekten.

As ark foar kwaliteitskontrôle is online testtechnology ek essensjeel om de korrelaasje tusken defekten en batterijprestaasjes te begripen, om de kwalifisearre / net kwalifisearre kritearia foar semi-ferwurke produkten te bepalen.

Yn it lêste diel, de nije metoade fan oerflak defect detection technology fan lithium-ion batterij, ynfraread termyske imaging technology en de relaasje tusken dizze ferskillende defekten en elektrochemyske prestaasjes wurde koart yntrodusearre. Consult D. Mohanty In yngeande stúdzje troch Mohanty et al.

(1) Mienskiplike mankeminten op de pole sheet oerflak

Figuer 3 toant de mienskiplike mankeminten op it oerflak fan de lithium ion batterij elektrodes, mei de optyske ôfbylding oan de linkerkant en de ôfbylding fêstlein troch de termyske imager oan de rjochterkant.

figuer 3 Algemiene mankeminten op it oerflak fan 'e peal sheet: (a, b) bulge envelope / aggregaat; (c, d) drop materiaal / pinhole; (e, f) metalen frjemde lichem; (g, h) oneffen coating

 

(A, b) ferhege bulge / aggregaat, sokke defekten kinne foarkomme as de slurry gelijkmatig wurdt roerde of de coatingsnelheid is ynstabyl. De gearstalling fan adhesive en koalstof swart conductive aginten liedt ta lege ynhâld fan aktive yngrediïnten en licht gewicht fan polar tabletten.

 

(c, d) drop / pinhole, dizze defekte gebieten binne net coated en wurde normaal produsearre troch bubbels yn 'e slurry. Se ferminderje de hoemannichte aktyf materiaal en bleatstelle de samler oan de electrolyte, dus it ferminderjen fan de electrochemical kapasiteit.

 

(E, f) metalen frjemde lichems, slurry of metalen frjemde lichems yntrodusearre yn 'e apparatuer en omjouwing, en metalen frjemde lichems kinne grutte skea oan lithiumbatterijen feroarsaakje. Grutte metalen dieltsjes direkt impare it diafragma, resultearret yn in koartsluting tusken de positive en negative elektroden, dat is in fysike koartsluting. Derneist, as it metalen frjemde lichem yn 'e positive elektrodes wurdt mingd, nimt it positive potinsjeel nei it opladen ta, it metaal lost op, ferspriedt troch de elektrolyt, en falt dan op it negative oerflak, en úteinlik puncture it diafragma, it foarmjen fan in koartsluting, dat is in gemyske ûntbining koartsluting. De meast foarkommende metalen bûtenlânske lichems yn 'e batterijfabrykside binne Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, ensfh.

 

(g, h) oneffen coating, lykas de slurry mingen is net genôch, de dieltsje fynheid is maklik te ferskine strepen as it dieltsje is grut, resultearret yn oneffen coating, dat sil beynfloedzje de gearhing fan de batterij kapasiteit, en sels ferskine folslein gjin coating stripe, hat ynfloed op de kapasiteit en feiligens.

(2) Pole chip oerflak defect detection technology Infrarot (IR) termyske imaging technology wurdt brûkt om te spoaren lytse mankeminten op droege elektroden dat kin beskeadigje de prestaasjes fan lithium-ion batterijen. Tidens de online detectie, as it elektrodedefekt of fersmoarging wurdt ûntdutsen, markearje it dan op it poalblêd, eliminearje it yn it folgjende proses, en feedback it oan 'e produksjeline, en oanpasse it proses op' e tiid om de defekten te eliminearjen. Infraread ray is in soarte fan elektromagnetyske weach dy't deselde aard hat as radioweagen en sichtber ljocht. In spesjaal elektroanysk apparaat wurdt brûkt om de temperatuerferdieling fan it oerflak fan in objekt om te setten yn in sichtber byld fan it minsklik each, en om de temperatuerferdieling fan it oerflak fan in objekt yn ferskate kleuren wer te jaan wurdt infraread thermyske byldtechnology neamd. Dit elektroanyske apparaat hjit infraread termyske imager. Alle objekten boppe absolute nul (-273 ℃) emit infraread strieling.
Lykas werjûn yn figuer 4, brûkt de ynfraread termyske approximator (IR-kamera) de ynfrareade detektor en it optyske ôfbyldingsobjektyf om it ynfraread-striele-enerzjyferdielingspatroan fan it mjitten doelobjekt te akseptearjen en it te reflektearjen op it fotosensitive elemint fan 'e ynfrareaddetektor om it te krijen infraread termyske ôfbylding, dat oerienkomt mei de termyske ferdieling fjild op it oerflak fan it foarwerp. As der in defekt is op it oerflak fan in objekt, feroaret de temperatuer yn it gebiet. Dêrom kin dizze technology ek brûkt wurde om de defekten op it oerflak fan it objekt te detektearjen, benammen geskikt foar guon defekten dy't net te ûnderskieden wurde troch optyske deteksjemiddels. As de droege elektrode fan lithium-ion-batterij online wurdt ûntdutsen, wurdt de elektrodeselektrode earst bestraald troch de flits, feroaret de oerflaktemperatuer, en dan wurdt de oerflaktemperatuer ûntdutsen mei in termyske imager. De waarmte distribúsje byld wurdt fisualisearre, en it byld wurdt ferwurke en analysearre yn it echte tiid te spoaren it oerflak mankeminten en markearje se yn time.D. Mohanty.

figuer 5 (a) is in temperatuer distribúsje kaart fan de coating oerflak fan de NMC positive pole sheet ûntdutsen troch de termyske imager, dat befettet in hiel lyts defekt dat kin net wurde ûnderskieden mei it bleate each. De temperatuerferdielingskurve dy't oerienkomt mei it rûtesegment wurdt werjûn yn 'e ynterne ynset, mei in temperatuerspike op it defektpunt. Yn figuer 5 (b), de temperatuer nimt ta lokaal yn 'e korrespondearjende doaze, oerienkommende mei it defekt fan' e pole sheet oerflak. FIG. 6 is in oerflak temperatuer distribúsje diagram fan de negative elektrodes sheet toant it bestean fan mankeminten, dêr't de peak fan temperatuer nimt ta komt oerien mei de bubble of aggregaat, en it gebiet fan temperatuer nimt ôf komt oerien mei de pinhole of drop.

figuer 5 Temperatuer ferdieling fan de positive elektrodes sheet oerflak

figuer 6 Temperatuer ferdieling fan negative elektrodes oerflak

 

It kin sjoen wurde dat de termyske imaging opspoaren fan temperatuer distribúsje is in goed middel fan pole sheet oerflak defect detection, dat kin brûkt wurde foar de kwaliteit kontrôle fan pole sheet manufacturing.3. Effekt fan pole sheet oerflak gebreken op batterij prestaasjes

 

(1) Ynfloed op batterij multiplier kapasiteit en Coulomb effisjinsje

figuer 7 toant de ynfloed kromme fan it aggregaat en pinhole op de batterij multiplier kapasiteit en de coulen effisjinsje. It aggregaat kin eins ferbetterje de batterij kapasiteit, mar ferminderje de coulen effisjinsje. De pinhole ferleget de batterij kapasiteit en de Kulun effisjinsje, en de Kulun effisjinsje nimt ôf sterk op hege taryf.

Figure 7 kathode aggregaat en pinhole effekt op de batterij kapasiteit en de effisjinsje fan figuer 8 is oneffen coating, en metalen bûtenlânske lichem Co en Al op 'e batterij kapasiteit en it effekt fan' e effisjinsje kromme, oneffen coating ferminderje batterij ienheid massa kapasiteit 10% - 20%, mar de hiele batterij kapasiteit fermindere mei 60%, dit lit sjen dat de libbene massa yn de polar stik signifikant fermindere. Metal Co bûtenlânske lichem fermindere kapasiteit en Coulomb effisjinsje, sels yn 2C en 5C hege fergrutting, gjin kapasiteit at all, dat kin wêze fanwege de foarming fan metalen Co yn de elektrochemyske reaksje fan lithium en lithium ynbêde, of it kin wêze de metalen dieltsjes blokkearre it diafragma poar feroarsake mikro koartsluting.

figuer 8 Effekten fan positive elektrodes ûnjildich coating en metalen frjemde lichems Co en Al op batterij multiplier kapasiteit en coulen effisjinsje

Gearfetting fan cathode sheet mankeminten: De aten yn de cathode sheet coating ferleget de Coulomb effisjinsje fan de batterij. It pinhole fan 'e positive coating ferleget de Coulomb-effisjinsje, wat resulteart yn minne multiplierprestaasjes, benammen by hege stroomstichtens. De heterogene coating toande minne fergrutting prestaasjes. Fersmoarging fan metalen dieltsjes kinne mikro-koarte circuits feroarsaakje, en kinne dêrom de batterijkapasiteit gâns ferminderje.
Figure 9 toant de ynfloed fan de negative lekkage folie strip op de multiplier kapasiteit en Kulun effisjinsje fan de batterij. As de lekkage optreedt by de negative elektrodes, de kapasiteit fan 'e batterij wurdt gâns fermindere, mar de gram kapasiteit is net dúdlik, en de ynfloed op de Kulun effisjinsje is net signifikant.

 

figuer 9 Ynfloed fan negative elektrodes lekkage folie strip op batterij multiplikatorkapasitet en Kulun effisjinsje (2) Ynfloed op batterij multiplikatorsyklus prestaasje figuer 10 is it gefolch fan de ynfloed fan de elektrodes oerflak defekt op batterij multiplikatorsyklus. De ynfloedresultaten wurde as folget gearfette:
Egregaasje: by 2C is de kapasiteit ûnderhâld taryf fan 200 cycles 70% en de defecte batterij is 12%, wylst yn 5C syklus, de kapasiteit ûnderhâld taryf fan 200 cycles is 50% en de defecte batterij is 14%.
Needlehole: de kapasiteit attenuation is fanselssprekkend, mar gjin aggregaat defect attenuation is fluch, en de kapasiteit ûnderhâld taryf fan 200 cycles 2C en 5C binne 47% en 40%, respektivelik.
Metal bûtenlânske lichem: de kapasiteit fan metalen Co frjemde lichem is hast 0 nei ferskate syklussen, en de 5C syklus kapasiteit fan metalen frjemde lichem Al folie fermindert signifikant.
Leakstrip: Foar itselde lekgebiet nimt de batterijkapasiteit fan meardere lytsere stripen flugger ôf as in gruttere stripe (47% foar 200 syklusen yn 5C) (7% foar 200 syklusen yn 5C). Dit jout oan dat hoe grutter it oantal strepen, hoe grutter de ynfloed op 'e batterijsyklus.

figuer 10 Effekt fan elektrodes sheet oerflak mankeminten op sel rate cycle

 

Ref.: [1] Non-destruktive evaluaasje fan slot-die-coated lithium sekundêre batteryelectrodes troch in-line laser caliper en IR termography metoaden [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Effekt fan elektrodes manufacturing defekten op electrochemical prestaasjes fan lithium-ion batterijen: Kennis fan de batterij falen boarnen[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.