Tahanan / Blog / Pagbubunyag ng Misteryo: Super Theoretical Capacity sa Lithium-Ion Baterya

Pagbubunyag ng Misteryo: Super Theoretical Capacity sa Lithium-Ion Baterya

29 Nob, 2023

By hoppt

Bakit umiiral ang lithium battery na sobrang theoretical capacity phenomenon

Sa mga baterya ng lithium-ion (LIB), maraming transisyon na metal oxide-based na mga electrodes ang nagpapakita ng hindi karaniwang mataas na kapasidad ng imbakan na lampas sa kanilang teoretikal na halaga. Bagaman ang kababalaghang ito ay malawak na naiulat, ang pinagbabatayan na mga mekanismo ng physicochemical sa mga materyales na ito ay nananatiling mailap at nananatiling isang bagay ng debate.

Profile ng mga resulta

Kamakailan, si Propesor Miao Guoxing mula sa Unibersidad ng Waterloo, Canada, Propesor Yu Guihua mula sa Unibersidad ng Texas sa Austin, at Li Hongsen at Li Qiang mula sa Unibersidad ng Qingdao ay magkatuwang na naglathala ng isang papel na pananaliksik sa Mga Materyales ng Kalikasan sa ilalim ng pamagat na "Extra storage capacity sa transition metal oxide lithium-ion na mga baterya na inihayag ng in situ magnetometry". Sa gawaing ito, ginamit ng mga may-akda sa situ magnetic monitoring upang ipakita ang pagkakaroon ng malakas na kapasidad sa ibabaw sa mga metal nanoparticle at na ang isang malaking bilang ng mga spin-polarized na electron ay maaaring maimbak sa nabawasan na mga nanoparticle ng metal, na naaayon sa mekanismo ng spatial charge. Bilang karagdagan, ang ipinahayag na mekanismo ng spatial charge ay maaaring palawigin sa iba pang mga transition metal compound, na nagbibigay ng pangunahing gabay para sa pagtatatag ng mga advanced na sistema ng imbakan ng enerhiya.

Mga highlight ng pananaliksik

(1) Isang tipikal na Fe ang pinag-aralan sa pamamagitan ng paggamit ng in-situ magnetic monitoring technique3O4/ Evolution ng electronic structure sa loob ng Li battery;

(2) ay nagpapakita na ang Fe3O4In the / Li system, ang surface charge capacity ay ang pangunahing pinagmumulan ng dagdag na kapasidad;

(3) Ang mekanismo ng surface capacitance ng metal nanoparticle ay maaaring mapalawak sa isang malawak na hanay ng mga transition metal compound.

Gabay sa teksto at teksto

  1. Structural characterization at electrochemical properties

Ang monodisperse hollow Fe ay na-synthesize ng conventional hydrothermal method3O4Nanospheres, at pagkatapos ay ginanap sa 100 mAg−1Charge at discharge sa kasalukuyang density (Figure 1a), ang unang discharge capacity ay 1718 mAh g−1, 1370 mAhg sa ikalawa− at ikatlong pagkakataon, ayon sa pagkakabanggit. 1At 1,364 mAhg−1, Higit sa 926 mAhg−1Ang teorya ng mga inaasahan. Ang mga imahe ng BF-STEM ng ganap na na-discharge na produkto (Larawan 1b-c) ay nagpapahiwatig na pagkatapos ng pagbabawas ng lithium, ang Fe3O4Ang mga nanosphere ay na-convert sa mas maliit na Fe nanoparticle na may sukat na mga 1 - 3 nm, na nagkalat sa Li2O center.

Upang ipakita ang pagbabago sa magnetism sa panahon ng electrochemical cycle, ang isang magnetization curve pagkatapos ng buong paglabas sa 0.01 V ay nakuha (Larawan 1d), na nagpapakita ng superparamagnetic na pag-uugali dahil sa pagbuo ng mga nanoparticle.

Figure 1 (a) sa 100 mAg−1Fe ng cycling sa kasalukuyang density3O4/ Constant current charge at discharge curve ng Li battery; (b) ganap na lithium Fe3O4Ang BF-STEM na imahe ng elektrod; (c) ang pagkakaroon ng Li sa pinagsama-samang2High-resolution na BF-STEM na mga imahe ng parehong O at Fe; (d) Fe3O4Ang hysteresis curves ng electrode bago (itim) at pagkatapos (asul), at ang Langevin na fitted curve ng huli (purple).

  1. Real-time na pagtuklas ng structural at magnetic evolution

Upang pagsamahin ang electrochemistry sa Fe3O4Of structural at magnetic pagbabago na naka-link sa Fe3O4The Electrodes ay sumailalim sa in situ X-ray diffraction (XRD) at in situ magnetic monitoring. Fe sa isang serye ng mga pattern ng XRD diffraction sa panahon ng paunang paglabas mula sa open-circuit voltage (OCV) hanggang 1.2V3O4Ang mga peak ng diffraction ay hindi nagbago nang malaki sa alinman sa intensity o posisyon (Larawan 2a), na nagpapahiwatig na ang Fe3O4Only ay nakaranas ng proseso ng intercalation ng Li. Kapag sisingilin sa 3V, ang Fe3O4Ang istraktura ng anti-spinel ay nananatiling buo, na nagmumungkahi na ang proseso sa window ng boltahe na ito ay lubos na nababaligtad. Ang karagdagang in-situ magnetic monitoring na sinamahan ng patuloy na kasalukuyang mga pagsubok sa paglabas ng singil ay isinagawa upang siyasatin kung paano nagbabago ang magnetization sa real time (Larawan 2b).

Figure 2 Characterization ng in-situ XRD at magnetic monitoring.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4Electrochemical charge-discharge curve sa ilalim ng 3 T na inilapat na magnetic field at katumbas na reversible in situ magnetic response.

Upang makakuha ng isang mas pangunahing pag-unawa sa proseso ng conversion na ito sa mga tuntunin ng mga pagbabago sa magnetization, ang magnetic na tugon ay kinokolekta sa real time at ang kaukulang phase transition na kasama ng electrochemically driven na mga reaksyon (Larawan 3). Ito ay lubos na malinaw na sa panahon ng unang discharge, ang Fe3O4Ang magnetization na tugon ng mga electrodes ay naiiba mula sa iba pang mga cycle dahil sa Fe sa panahon ng unang lithalization3O4Dahil sa hindi maibabalik na phase transition ay nangyayari. Kapag ang potensyal ay bumaba sa 0.78V, ang Fe3O4Ang antispinel phase ay na-convert upang maglaman ng Li2Ang klase ng FeO halite na istraktura ng O, Fe3O4Ang phase ay hindi na maibabalik pagkatapos mag-charge. Kaugnay nito, mabilis na bumababa ang magnetization sa 0.482 μ b Fe−1. Habang nagpapatuloy ang lithialization, walang nabuong bagong phase, at nagsimulang humina ang intensity ng (200) at (220) class na FeO diffraction peak. katumbas ng Fe3O4Walang makabuluhang XRD peak ang nananatili kapag ang electrode ay ganap na na-liialize (Figure 3a). Tandaan na kapag ang Fe3O4 electrode ay naglalabas mula sa 0.78V hanggang 0.45V, ang magnetization (mula sa 0.482 μ b Fe−1Nadagdagan sa 1.266 μ bFe−1), Ito ay naiugnay sa reaksyon ng conversion mula sa FeO hanggang Fe. Pagkatapos, sa pagtatapos ng paglabas, ang magnetization ay dahan-dahang nabawasan sa 1.132 μ B Fe−1. Ang paghahanap na ito ay nagmumungkahi na ang ganap na nabawasan na metal na Fe0Nanoparticle ay maaari pa ring lumahok sa reaksyon ng pag-iimbak ng lithium, kaya binabawasan ang magnetization ng mga electrodes.

Figure 3 In situ na mga obserbasyon ng phase transition at ang magnetic response.(a)Fe3O4In situ XRD na mapa na nakolekta sa unang paglabas ng electrode; (b) Fe3O4In situ magnetic force measurement ng mga electrochemical cycle ng / Li cells sa isang inilapat na magnetic field na 3 T.

  1. Fe0/Li2Surface capacitance ng O system

Fe3O4Ang mga pagbabago sa magnetic ng mga electrodes ay nangyayari sa mababang boltahe, kung saan ang isang karagdagang kapasidad ng electrochemical ay malamang na nabuo, na nagmumungkahi ng pagkakaroon ng mga hindi natuklasang mga carrier ng singil sa loob ng cell. Upang galugarin ang potensyal na mekanismo ng pag-iimbak ng lithium, pinag-aralan ang Fe sa pamamagitan ng XPS, STEM at magnetic performance spectrum3O4Electrodes ng magnetization peaks sa 0.01V,0.45V at 1.4V upang matukoy ang pinagmulan ng magnetic change. Ipinapakita ng mga resulta na ang magnetic moment ay isang pangunahing salik na nakakaapekto sa magnetic change, dahil ang sinusukat na Fe0/Li2The Ms ng O system ay hindi apektado ng magnetic anisotropy at interparticle coupling.

Upang higit na maunawaan ang Fe3O4Ang mga kinetic na katangian ng mga electrodes sa mababang boltahe, cyclic voltammetry sa iba't ibang mga rate ng pag-scan. Gaya ng ipinapakita sa Figure 4a, lumilitaw ang rectangular cyclic voltammogram curve sa loob ng boltahe na saklaw sa pagitan ng 0.01V at 1V (Figure 4a). Ipinapakita ng Figure 4b na ang Fe3O4A capacitive response ay naganap sa electrode. Sa lubos na nababaligtad na magnetic na tugon ng patuloy na kasalukuyang proseso ng pagsingil at paglabas (Larawan 4c), ang magnetization ng elektrod ay bumaba mula 1V hanggang 0.01V sa panahon ng proseso ng paglabas, at tumaas muli sa panahon ng proseso ng pagsingil, na nagpapahiwatig na ang Fe0Of ng capacitor-like ang reaksyon sa ibabaw ay lubos na nababaligtad.

Figure 4 electrochemical properties at in situ magnetic characterization sa 0.011 V.(A) Ang cyclic voltammetric curve.(B) ang b value ay tinutukoy gamit ang ugnayan sa pagitan ng peak current at ang scan rate; (c) ang nababaligtad na pagbabago ng magnetization na nauugnay sa charge-discharge curve sa ilalim ng 5 T na inilapat na magnetic field.

nabanggit sa itaas Fe3O4Ang mga electrochemical, structural at magnetic na mga tampok ng mga electrodes ay nagpapahiwatig na ang karagdagang kapasidad ng baterya ay tinutukoy ng Fe0Ang spin-polarized surface capacitance ng nanoparticle ay sanhi ng mga kasamang magnetic na pagbabago. Ang spin-polarized capacitance ay resulta ng spin-polarized charge accumulation sa interface at maaaring magpakita ng magnetic response sa panahon ng charge at discharge.to Fe3O4Ang base electrode, sa unang proseso ng discharge, ay nagkalat sa Li2Fine Fe nanoparticle sa O substrate na mayroong malalaking surface-to-volume ratios at napagtanto ang mataas na density ng mga estado sa antas ng Fermi dahil sa lubos na naisalokal na mga d orbital. Ayon sa teoretikal na modelo ng spatial charge storage ni Maier, iminungkahi ng mga may-akda na ang malalaking halaga ng mga electron ay maaaring maimbak sa mga spin-splitting band ng metallic Fe nanoparticles, na maaaring matagpuan sa Fe / Li2Creating spin-polarized surface capacitors sa O nanocomposites ( Larawan 5).

graph 5Fe/Li2A Schematic na representasyon ng surface capacitance ng spin-polarized electron sa O-interface.(A) ang schematic diagram ng spin polarization state density ng surface ng ferromagnetic metal particles (bago at pagkatapos ng discharge), salungat sa ang bulk spin polariseysyon ng bakal; (b) ang pagbuo ng space charge region sa surface capacitor model ng overstore na lithium.

Buod at Outlook

Ang TM / Li ay inimbestigahan ng advanced na in-situ magnetic monitoring2Ang ebolusyon ng panloob na elektronikong istraktura ng O nanocomposite upang ipakita ang pinagmulan ng karagdagang kapasidad ng imbakan para sa lithium-ion na bateryang ito. Ang mga resulta ay nagpapakita na, pareho sa Fe3O4/Li model cell system, ang electrochemically reduced na Fe nanoparticle ay maaaring mag-imbak ng malalaking halaga ng spin-polarized na mga electron, na nagreresulta dahil sa labis na kapasidad ng cell at makabuluhang binago ang interfacial magnetism. Ang mga eksperimento ay higit na napatunayan ang CoO, NiO, at FeF2And Fe2Ang pagkakaroon ng naturang kapasidad sa N electrode material ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng spin-polarized surface capacitance ng metal nanoparticles sa mga baterya ng lithium ion at inilalagay ang pundasyon para sa aplikasyon ng spatial charge storage mechanism na ito sa ibang transition metal compound-based na mga materyales sa elektrod.

Link ng panitikan

Karagdagang kapasidad sa pag-iimbak sa mga baterya ng lithium-ion ng transition na metal oxide na inihayag ng in situ magnetometry (Mga Materyal ng Kalikasan , 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Ang impluwensya ng lithium electrode wafer design formula at electrode wafer defects sa performance

  1. Artikulo ng pundasyon ng disenyo ng poste ng pelikula

Ang lithium battery electrode ay isang patong na binubuo ng mga particle, pantay na inilapat sa likidong metal. Ang lithium ion battery electrode coating ay maaaring ituring bilang isang composite material, pangunahin na binubuo ng tatlong bahagi:

(1) Mga particle ng aktibong sangkap;

(2) ang constituent phase ng conductive agent at ang ahente (carbon adhesive phase);

(3) Pore, punan ng electrolyte.

Ang dami ng relasyon ng bawat yugto ay ipinahayag bilang:

Porosity + bahagi ng dami ng buhay na bagay + bahagi ng dami ng bahagi ng carbon adhesive =1

Ang disenyo ng disenyo ng lithium battery electrode ay napakahalaga, at ngayon ang pangunahing kaalaman sa disenyo ng lithium battery electrode ay maikling ipinakilala.

(1) Theoretical capacity ng electrode material Ang theoretical capacity ng electrode material, iyon ay, ang kapasidad na ibinigay ng lahat ng lithium ions sa materyal na kasangkot sa electrochemical reaction, ang halaga nito ay kinakalkula ng sumusunod na equation:

Halimbawa, ang LiFePO4Ang molar mass ay 157.756 g/mol, at ang teoretikal na kapasidad nito ay:

Ang kinakalkulang halaga na ito ay ang teoretikal na kapasidad ng gramo lamang. Upang matiyak ang nababaligtad na istraktura ng materyal, ang aktwal na koepisyent ng pag-alis ng lithium ion ay mas mababa sa 1, at ang aktwal na kapasidad ng gramo ng materyal ay:

Aktwal na gramo na kapasidad ng materyal = theoretical capacity ng lithium ion unplugging coefficient

(2) Kapasidad ng disenyo ng baterya at sobrang isang panig na density Ang kapasidad ng disenyo ng baterya ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng sumusunod na formula: kapasidad ng disenyo ng baterya = coating density ng ibabaw aktibong materyal ratio aktibong materyal gramo kapasidad pole sheet coating area

Kabilang sa mga ito, ang density ng ibabaw ng patong ay isang pangunahing parameter ng disenyo. Kapag ang density ng compaction ay hindi nagbabago, ang pagtaas ng density ng ibabaw ng patong ay nangangahulugan na ang kapal ng pole sheet ay tumataas, ang distansya ng paghahatid ng elektron ay tumataas, at ang paglaban ng elektron ay tumataas, ngunit ang pagtaas ng antas ay limitado. Sa makapal na sheet ng elektrod, ang pagtaas ng impedance ng paglipat ng mga lithium ions sa electrolyte ay ang pangunahing dahilan na nakakaapekto sa mga katangian ng ratio. Isinasaalang-alang ang porosity at pore twists, ang migration distance ng mga ions sa pore ay maraming beses na higit pa kaysa sa kapal ng pole sheet.

(3) Ang ratio ng ratio ng negatibong positibong kapasidad N / P negatibong kapasidad sa positibong kapasidad ay tinukoy bilang:

Ang N / P ay dapat na mas malaki kaysa sa 1.0, sa pangkalahatan ay 1.04~1.20, na higit sa lahat ay nasa disenyo ng kaligtasan, upang maiwasan ang negatibong bahagi ng lithium ion mula sa pag-ulan nang walang mapagkukunan ng pagtanggap, disenyo upang isaalang-alang ang kapasidad ng proseso, tulad ng paglihis ng patong. Gayunpaman, kapag masyadong malaki ang N/P, mawawalan ng hindi maibabalik na kapasidad ang baterya, na magreresulta sa mababang kapasidad ng baterya at mas mababang density ng enerhiya ng baterya.

Para sa lithium titanate anode, ang positibong electrode na labis na disenyo ay pinagtibay, at ang kapasidad ng baterya ay tinutukoy ng kapasidad ng lithium titanate anode. Ang positibong labis na disenyo ay nakakatulong sa pagpapabuti ng pagganap ng mataas na temperatura ng baterya: ang mataas na temperatura ng gas ay pangunahing nagmumula sa negatibong elektrod. Sa positibong labis na disenyo, mababa ang negatibong potensyal, at mas madaling bumuo ng SEI film sa ibabaw ng lithium titanate.

(4) Compaction density at porosity ng coating Sa proseso ng produksyon, ang coating compaction density ng electrode ng baterya ay kinakalkula ng sumusunod na formula. Isinasaalang-alang na kapag ang pole sheet ay pinagsama, ang metal foil ay pinalawak, ang ibabaw na density ng patong pagkatapos ng roller ay kinakalkula ng sumusunod na formula.

Tulad ng nabanggit kanina, ang coating ay binubuo ng living material phase, carbon adhesive phase at pore, at ang porosity ay maaaring kalkulahin ng sumusunod na equation.

Kabilang sa mga ito, ang average na density ng patong ay: lithium baterya elektrod ay isang uri ng powder particle ng patong, dahil ang powder particle ibabaw magaspang, irregular na hugis, kapag akumulasyon, particle sa pagitan ng mga particle at particle, at ang ilang mga particle mismo ay may mga bitak at pores, kaya dami ng pulbos kabilang ang dami ng pulbos, ang mga pores sa pagitan ng mga particle ng pulbos at ang mga particle, samakatuwid, ang katumbas na iba't ibang density ng patong ng elektrod at representasyon ng porosity. Ang density ng mga particle ng pulbos ay tumutukoy sa masa ng pulbos bawat dami ng yunit. Ayon sa dami ng pulbos, nahahati ito sa tatlong uri: true density, particle density at accumulation density. Ang iba't ibang mga density ay tinukoy bilang mga sumusunod:

  1. Ang tunay na density ay tumutukoy sa density na nakuha sa pamamagitan ng paghahati ng masa ng pulbos sa dami (tunay na dami) hindi kasama ang panloob at panlabas na mga puwang ng mga particle. Iyon ay, ang density ng bagay mismo na nakuha pagkatapos na ibukod ang dami ng lahat ng mga voids.
  2. Ang density ng butil ay tumutukoy sa density ng mga particle na nakuha sa pamamagitan ng paghati sa masa ng pulbos na hinati sa dami ng butil kasama ang bukas na butas at ang saradong butas. Iyon ay, ang agwat sa pagitan ng mga particle, ngunit hindi ang mga pinong pores sa loob ng mga particle, ang density ng mga particle mismo.
  3. Ang density ng akumulasyon, iyon ay, ang density ng patong, ay tumutukoy sa density na nakuha ng masa ng pulbos na hinati sa dami ng patong na nabuo ng pulbos. Kasama sa volume na ginamit ang mga pores ng mga particle mismo at ang mga voids sa pagitan ng mga particle.

Para sa parehong pulbos, totoong density> density ng butil> density ng packing. Ang porosity ng powder ay ang ratio ng mga pores sa powder particle coating, iyon ay, ang ratio ng volume ng void sa pagitan ng powder particle at pores ng mga particle sa kabuuang volume ng coating, na karaniwang ipinahayag bilang isang porsyento. Ang porosity ng pulbos ay isang komprehensibong pag-aari na nauugnay sa morpolohiya ng butil, estado ng ibabaw, laki ng butil at pamamahagi ng laki ng butil. Ang porosity nito ay direktang nakakaapekto sa pagpasok ng electrolyte at lithium ion transmission. Sa pangkalahatan, mas malaki ang porosity, mas madali ang electrolyte infiltration, at mas mabilis ang paghahatid ng lithium ion. Samakatuwid, sa disenyo ng baterya ng lithium, kung minsan upang matukoy ang porosity, karaniwang ginagamit na paraan ng presyon ng mercury, paraan ng adsorption ng gas, atbp. Maaari ding makuha sa pamamagitan ng paggamit ng pagkalkula ng density. Ang porosity ay maaari ding magkaroon ng iba't ibang implikasyon kapag gumagamit ng iba't ibang densidad para sa mga kalkulasyon. Kapag ang density ng porosity ng living substance, ang conductive agent at ang binder ay kinakalkula ng tunay na density, ang kinakalkula na porosity ay kinabibilangan ng agwat sa pagitan ng mga particle at ang puwang sa loob ng mga particle. Kapag ang porosity ng living substance, conductive agent at binder ay kinakalkula ng density ng particle, kasama sa kinakalkulang porosity ang gap sa pagitan ng mga particle, ngunit hindi ang gap sa loob ng mga particle. Samakatuwid, ang laki ng butas ng butas ng lithium battery electrode sheet ay multi-scale din, sa pangkalahatan ang agwat sa pagitan ng mga particle ay nasa micron scale size, habang ang puwang sa loob ng mga particle ay nasa nanometer hanggang sub-submicron scale. Sa mga porous na electrodes, ang kaugnayan ng mga katangian ng transportasyon tulad ng epektibong diffusivity at conductivity ay maaaring ipahayag ng sumusunod na equation:

Kung saan kinakatawan ng D0 ang intrinsic diffusion (conduction) rate ng materyal mismo, ang ε ay ang volume fraction ng kaukulang yugto, at ang τ ay ang circuitous curvature ng kaukulang yugto. Sa macroscopic homogenous na modelo, ang Bruggeman relation ay karaniwang ginagamit, na kumukuha ng coefficient ɑ =1.5 upang matantya ang epektibong positivity ng porous electrodes.

Ang electrolyte ay napuno sa mga pores ng porous electrodes, kung saan ang mga lithium ions ay isinasagawa sa pamamagitan ng electrolyte, at ang mga katangian ng pagpapadaloy ng mga lithium ions ay malapit na nauugnay sa porosity. Kung mas malaki ang porosity, mas mataas ang volume fraction ng electrolyte phase, at mas malaki ang epektibong conductivity ng lithium ions. Sa positive electrode sheet, ang mga electron ay ipinapadala sa pamamagitan ng carbon adhesive phase, ang volume fraction ng carbon adhesive phase at ang detour ng carbon adhesive phase ay direktang tinutukoy ang epektibong conductivity ng mga electron.

Ang porosity at ang volume fraction ng carbon adhesive phase ay magkasalungat, at ang malaking porosity ay hindi maiiwasang humahantong sa volume fraction ng carbon adhesive phase, samakatuwid, ang mga epektibong conduction properties ng lithium ions at electron ay kasalungat din, tulad ng ipinapakita sa Figure 2 Habang bumababa ang porosity, bumababa ang mabisang conductivity ng lithium ion habang tumataas ang mabisang conductivity ng electron. Kung paano balansehin ang dalawa ay kritikal din sa disenyo ng elektrod.

Figure 2 Schematic diagram ng porosity at lithium ion at electron conductivity

2. Uri at pagtuklas ng mga depekto sa poste

 

Sa kasalukuyan, sa proseso ng paghahanda ng poste ng baterya, parami nang parami ang mga teknolohiya sa online na pagtuklas na pinagtibay, upang epektibong matukoy ang mga depekto sa pagmamanupaktura ng mga produkto, alisin ang mga may sira na produkto, at napapanahong feedback sa linya ng produksyon, awtomatiko o manu-manong pagsasaayos sa produksyon. proseso, upang mabawasan ang depekto rate.

Ang on-line na mga teknolohiya sa pagtuklas na karaniwang ginagamit sa pagmamanupaktura ng pole sheet ay kinabibilangan ng slurry characteristic detection, pole sheet quality detection, dimension detection at iba pa, Halimbawa: (1) ang online na viscosity meter ay direktang naka-install sa coating storage tank upang makita ang rheological mga katangian ng slurry sa real time, Subukan ang katatagan ng slurry; (2) Paggamit ng X-ray o β -ray sa proseso ng coating, Ang mataas na katumpakan ng pagsukat nito, Ngunit malaking radiation, mataas na presyo ng kagamitan at problema sa pagpapanatili; (3) Ang teknolohiya sa pagsukat ng kapal ng online ng laser ay inilapat upang sukatin ang kapal ng sheet ng poste, Ang katumpakan ng pagsukat ay maaaring umabot sa ± 1. 0 μm, Maaari rin itong ipakita ang pagbabago ng trend ng sinusukat na kapal at kapal sa real time, Padaliin ang data traceability at pagsusuri; (4) CCD vision technology, Iyon ay, ang line array CCD ay ginagamit upang i-scan ang sinusukat na bagay, Real-time na pagproseso ng imahe at pagsusuri ng mga kategorya ng depekto, Napagtanto ang hindi mapanirang online na pagtuklas ng mga depekto sa ibabaw ng pole sheet.

Bilang isang tool para sa kontrol sa kalidad, ang teknolohiya sa online na pagsubok ay mahalaga din upang maunawaan ang ugnayan sa pagitan ng mga depekto at pagganap ng baterya, upang matukoy ang kwalipikado / hindi kwalipikadong pamantayan para sa mga semi-tapos na produkto.

Sa huling bahagi, ang bagong paraan ng surface defect detection technology ng lithium-ion battery, infrared thermal imaging technology at ang relasyon sa pagitan ng iba't ibang mga depekto at electrochemical performance ay maikling ipinakilala.kumunsulta kay D. Mohanty Isang masusing pag-aaral ni Mohanty et al.

(1) Karaniwang mga depekto sa ibabaw ng pole sheet

Ipinapakita ng Figure 3 ang mga karaniwang depekto sa ibabaw ng lithium ion battery electrode, na may optical na imahe sa kaliwa at ang imahe na nakunan ng thermal imager sa kanan.

Figure 3 Mga karaniwang depekto sa ibabaw ng poste sheet: (a, b) bulge envelope / aggregate; (c, d) drop material / pinhole; (e, f) metal na dayuhang katawan; (g, h) hindi pantay na patong

 

(A, b) nakataas na umbok / pinagsama-samang, ang mga naturang depekto ay maaaring mangyari kung ang slurry ay pantay na hinalo o ang bilis ng patong ay hindi matatag. Ang gregation ng adhesive at carbon black conductive agent ay humahantong sa mababang nilalaman ng mga aktibong sangkap at magaan na timbang ng mga polar tablet.

 

(c, d) drop / pinhole, ang mga may sira na lugar na ito ay hindi nababalutan at kadalasang ginagawa ng mga bula sa slurry. Binabawasan nila ang dami ng aktibong materyal at inilalantad ang kolektor sa electrolyte, kaya binabawasan ang kapasidad ng electrochemical.

 

(E, f) mga metal na dayuhang katawan, slurry o metal na banyagang katawan na ipinakilala sa kagamitan at kapaligiran, at mga metal na dayuhang katawan ay maaaring magdulot ng malaking pinsala sa mga baterya ng lithium. Ang malalaking metal na particle ay direktang nakakasira sa diaphragm, na nagreresulta sa isang maikling circuit sa pagitan ng positibo at negatibong mga electrodes, na isang pisikal na short circuit. Bilang karagdagan, kapag ang metal na dayuhang katawan ay inihalo sa positibong elektrod, ang positibong potensyal ay tumataas pagkatapos ng pag-charge, ang metal ay malulutas, kumakalat sa electrolyte, at pagkatapos ay namuo sa negatibong ibabaw, at sa wakas ay mabutas ang diaphragm, na bumubuo ng isang maikling circuit, na isang chemical dissolution short circuit. Ang pinakakaraniwang metal na banyagang katawan sa pabrika ng baterya ay ang Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, atbp.

 

(g, h) hindi pantay na patong, tulad ng paghahalo ng slurry ay hindi sapat, ang kalinisan ng butil ay madaling lumitaw na mga guhitan kapag malaki ang butil, na nagreresulta sa hindi pantay na patong, na makakaapekto sa pagkakapare-pareho ng kapasidad ng baterya, at kahit na ganap na lumitaw. walang coating stripe, may epekto sa kapasidad at kaligtasan.

(2) Pole chip surface defect detection technology Ang Infrared (IR) thermal imaging technology ay ginagamit upang makita ang mga maliliit na depekto sa mga tuyong electrodes na maaaring makapinsala sa pagganap ng mga baterya ng lithium-ion. Sa online na pagtuklas, kung may nakitang depekto o pollutant ng electrode, markahan ito sa pole sheet, alisin ito sa kasunod na proseso, at i-feedback ito sa linya ng produksyon, at ayusin ang proseso sa oras upang maalis ang mga depekto. Ang infrared ray ay isang uri ng electromagnetic wave na kapareho ng mga radio wave at nakikitang liwanag. Ang isang espesyal na elektronikong aparato ay ginagamit upang i-convert ang pamamahagi ng temperatura ng ibabaw ng isang bagay sa isang nakikitang imahe ng mata ng tao, at upang ipakita ang pamamahagi ng temperatura ng ibabaw ng isang bagay sa iba't ibang kulay ay tinatawag na infrared thermal imaging technology. Ang electronic device na ito ay tinatawag na infrared thermal imager. Ang lahat ng bagay sa itaas ng absolute zero (-273 ℃) ay naglalabas ng infrared radiation.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 4, ginagamit ng infrared thermal approximator (IR Camera) ang infrared detector at ang optical imaging na layunin upang tanggapin ang pattern ng pamamahagi ng enerhiya ng infrared radiation ng sinusukat na target na bagay at ipakita ito sa photosensitive na elemento ng infrared detector upang makuha ang infrared thermal image, na tumutugma sa thermal distribution field sa ibabaw ng bagay. Kapag may depekto sa ibabaw ng isang bagay, nagbabago ang temperatura sa lugar. Samakatuwid, ang teknolohiyang ito ay maaari ding gamitin upang makita ang mga depekto sa ibabaw ng bagay, lalo na angkop para sa ilang mga depekto na hindi maaaring makilala sa pamamagitan ng optical detection na paraan. Kapag na-detect online ang drying electrode ng lithium ion battery, ang electrode electrode ay unang na-irradiated ng flash, nagbabago ang temperatura sa ibabaw, at pagkatapos ay na-detect ang surface temperature gamit ang thermal imager. Ang imahe ng pamamahagi ng init ay nakikita, at ang imahe ay pinoproseso at sinusuri sa real time upang makita ang mga depekto sa ibabaw at markahan ang mga ito sa oras.D. Mohanty Ang pag-aaral ay nag-install ng thermal imager sa labasan ng coater drying oven upang makita ang imahe ng pamamahagi ng temperatura ng ibabaw ng electrode sheet.

Ang Figure 5 (a) ay isang mapa ng pamamahagi ng temperatura ng coating surface ng NMC positive pole sheet na nakita ng thermal imager, na naglalaman ng napakaliit na depekto na hindi matukoy ng mata. Ang curve ng pamamahagi ng temperatura na tumutugma sa segment ng ruta ay ipinapakita sa panloob na inset, na may pagtaas ng temperatura sa punto ng depekto. Sa Figure 5 (b), ang temperatura ay tumataas nang lokal sa kaukulang kahon, na tumutugma sa depekto ng ibabaw ng pole sheet. FIG. Ang 6 ay isang diagram ng pamamahagi ng temperatura sa ibabaw ng negatibong electrode sheet na nagpapakita ng pagkakaroon ng mga depekto, kung saan ang peak ng pagtaas ng temperatura ay tumutugma sa bubble o pinagsama-samang, at ang lugar ng pagbaba ng temperatura ay tumutugma sa pinhole o drop.

Figure 5 Distribusyon ng temperatura ng positive electrode sheet surface

Figure 6 Distribusyon ng temperatura ng negatibong ibabaw ng elektrod

 

Ito ay makikita na ang thermal imaging detection ng temperatura distribution ay isang magandang paraan ng pole sheet surface defect detection, na maaaring gamitin para sa kontrol ng kalidad ng pole sheet manufacturing.3. Epekto ng mga depekto sa ibabaw ng pole sheet sa pagganap ng baterya

 

(1) Epekto sa kapasidad ng multiplier ng baterya at kahusayan ng Coulomb

Ipinapakita ng Figure 7 ang curve ng impluwensya ng pinagsama-samang at pinhole sa kapasidad ng multiplier ng baterya at ang kahusayan ng coulen. Ang aggregate ay maaaring aktwal na mapabuti ang kapasidad ng baterya, ngunit bawasan ang kahusayan ng coulen. Binabawasan ng pinhole ang kapasidad ng baterya at ang kahusayan ng Kulun, at ang kahusayan ng Kulun ay lubhang bumababa sa mataas na rate.

Figure 7 cathode aggregate at pinhole effect sa kapasidad ng baterya at ang kahusayan ng figure 8 ay hindi pantay na patong, at metal na banyagang katawan Co at Al sa kapasidad ng baterya at ang epekto ng curve ng kahusayan, hindi pantay na patong bawasan ang kapasidad ng yunit ng baterya ng 10% - 20%, ngunit ang buong kapasidad ng baterya ay nabawasan ng 60%, ito ay nagpapakita na ang buhay na masa sa polar na piraso ay makabuluhang nabawasan. Metal Co banyagang katawan nabawasan kapasidad at Coulomb kahusayan, kahit na sa 2C at 5C mataas na magnification, walang kapasidad sa lahat, na maaaring dahil sa pagbuo ng metal Co sa electrochemical reaksyon ng lithium at lithium na naka-embed, o maaaring ito ay ang metal particle na-block ang diaphragm pore sanhi ng micro short circuit.

Figure 8 Mga epekto ng positive electrode uneven coating at metal foreign body Co at Al sa kapasidad ng multiplier ng baterya at kahusayan ng coulen

Buod ng mga depekto sa cathode sheet: Ang mga ate sa cathode sheet coating ay binabawasan ang kahusayan ng Coulomb ng baterya. Ang pinhole ng positibong coating ay binabawasan ang kahusayan ng Coulomb, na nagreresulta sa mahinang pagganap ng multiplier, lalo na sa mataas na kasalukuyang density. Ang heterogenous coating ay nagpakita ng mahinang pagganap ng pag-magnify. Ang mga metal particle pollutants ay maaaring magdulot ng mga micro-short circuit, at samakatuwid ay maaaring lubos na mabawasan ang kapasidad ng baterya.
Ipinapakita ng Figure 9 ang epekto ng negatibong leakage foil strip sa kapasidad ng multiplier at kahusayan ng Kulun ng baterya. Kapag ang pagtagas ay nangyari sa negatibong elektrod, ang kapasidad ng baterya ay makabuluhang nabawasan, ngunit ang kapasidad ng gramo ay hindi halata, at ang epekto sa kahusayan ng Kulun ay hindi makabuluhan.

 

Figure 9 Impluwensya ng negatibong electrode leakage foil strip sa kapasidad ng multiplier ng baterya at kahusayan ng Kulun (2) Impluwensya sa performance ng multiplier cycle ng baterya Ang Figure 10 ay resulta ng impluwensya ng depekto sa ibabaw ng elektrod sa cycle ng multiplier ng baterya. Ang mga resulta ng impluwensya ay ibinubuod tulad ng sumusunod:
Pagsasama-sama: sa 2C, ang capacity maintenance rate ng 200 cycle ay 70% at ang depektong baterya ay 12%, habang sa 5C cycle, ang capacity maintenance rate ng 200 cycle ay 50% at ang depektong baterya ay 14%.
Needlehole: ang kapasidad attenuation ay halata, ngunit walang pinagsama-samang depekto attenuation ay mabilis, at ang capacity maintenance rate ng 200 cycles 2C at 5C ay 47% at 40%, ayon sa pagkakabanggit.
Metal banyagang katawan: ang kapasidad ng metal Co banyagang katawan ay halos 0 pagkatapos ng ilang cycle, at ang 5C cycle na kapasidad ng metal na banyagang katawan na Al foil ay bumaba nang malaki.
Leak strip: Para sa parehong lugar ng pagtagas, mas mabilis na bumababa ang kapasidad ng baterya ng maraming mas maliliit na strip kaysa sa mas malaking stripe (47% para sa 200 cycle sa 5C) (7% para sa 200 cycle sa 5C). Ipinapahiwatig nito na mas malaki ang bilang ng mga guhit, mas malaki ang epekto sa cycle ng baterya.

Figure 10 Epekto ng mga depekto sa ibabaw ng electrode sheet sa cell rate cycle

 

Ref.: [1] Non-destructive evaluation ng slot-die-coated lithium secondary batteryelectrodes sa pamamagitan ng in-line laser caliper at IR thermography na pamamaraan [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Epekto ng mga depekto sa pagmamanupaktura ng elektrod sa pagganap ng electrochemical ng mga baterya ng lithium-ion: Pag-alam sa mga pinagmumulan ng pagkabigo ng baterya[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.

 

malapit_maputi
malapit

Sumulat ng pagtatanong dito

tumugon sa loob ng 6 na oras, anumang mga katanungan ay malugod!