Dezvăluirea misterului: capacitate super teoretică în bateriile litiu-ion

De ce există un fenomen de capacitate super-teoretică a bateriei cu litiu

În bateriile litiu-ion (LIB), mulți electrozi pe bază de oxid de metal tranzițional prezintă o capacitate de stocare neobișnuit de mare, peste valoarea lor teoretică. Deși acest fenomen a fost raportat pe scară largă, mecanismele fizico-chimice care stau la baza acestor materiale rămân evazive și rămân o chestiune de dezbatere.

Profilul rezultatelor

Recent, profesorul Miao Guoxing de la Universitatea Waterloo, Canada, profesorul Yu Guihua de la Universitatea Texas din Austin și Li Hongsen și Li Qiang de la Universitatea Qingdao au publicat împreună o lucrare de cercetare despre Materialele naturii sub titlul „Capacitate suplimentară de stocare în baterii litiu-ion cu oxid de metal tranzițional descoperite prin magnetometrie in situ”. În această lucrare, autorii au folosit monitorizarea magnetică in situ pentru a demonstra prezența unei capacități puternice de suprafață pe nanoparticulele metalice și că un număr mare de electroni polarizați cu spin pot fi stocați în nanoparticulele metalice deja reduse, ceea ce este în concordanță cu mecanismul de încărcare spațială. În plus, mecanismul de încărcare spațială revelat poate fi extins la alți compuși ai metalelor tranziționale, oferind un ghid cheie pentru stabilirea sistemelor avansate de stocare a energiei.

Cercetarea scoate în evidență

(1) Un Fe tipic a fost studiat folosind tehnica de monitorizare magnetică in situ3O4/ Evoluția structurii electronice din interiorul bateriei Li;

(2) arată că Fe3O4În sistemul / Li, capacitatea de încărcare a suprafeței este principala sursă a capacității suplimentare;

(3) Mecanismul capacității de suprafață a nanoparticulelor de metal poate fi extins la o gamă largă de compuși ai metalelor tranziționale.

Ghid text și text

1. Caracterizare structurală și proprietăți electrochimice

Fe gol monodispers a fost sintetizat prin metode hidrotermale convenționale 3O4Nanosfere și apoi efectuat la 100 mAg-1Încărcare și descărcare la densitatea de curent (Figura 1a), prima capacitate de descărcare este de 1718 mAh g-1, 1370 mAhg în a doua și, respectiv, a treia oară. 1Și 1,364 mAhg−1, mult peste 926 mAhg−1Teoria așteptărilor. Imaginile BF-STEM ale produsului complet descărcat (Figura 1b-c) indică faptul că, după reducerea litiului, nanosferele Fe3O4 au fost convertite în nanoparticule de Fe mai mici, măsurând aproximativ 1 – 3 nm, dispersate în centrul Li2O.

Pentru a demonstra schimbarea magnetismului în timpul ciclului electrochimic, a fost obținută o curbă de magnetizare după descărcarea completă la 0.01 V (Figura 1d), care arată comportamentul superparamagnetic datorită formării nanoparticulelor.

Figura 1 (a) la 100 mAg-1Fe a ciclării la densitatea de curent 3O4/ Curba constantă de încărcare și descărcare a bateriei Li; (b) complet litiu Fe3O4 Imaginea BF-STEM a electrodului; (c) prezența Li în agregatul 2 Imaginile BF-STEM de înaltă rezoluție atât ale O, cât și ale Fe; (d) Fe3O4 Curbele de histerezis ale electrodului înainte (negru) și după (albastru) și curba adaptată Langevin a acestuia din urmă (violet).

2. Detectarea în timp real a evoluției structurale și magnetice

Pentru a combina electrochimia cu Fe3O4Of modificări structurale și magnetice legate de Fe3O4, Electrozii au fost supuși difracției de raze X in situ (XRD) și monitorizării magnetice in situ. Fe într-o serie de modele de difracție XRD în timpul descărcării inițiale de la tensiunea în circuit deschis (OCV) la 1.2 V3O4 Picurile de difracție nu s-au schimbat semnificativ nici în intensitate, nici în poziție (Figura 2a), indicând că Fe3O4 a experimentat doar procesul de intercalare Li. Când este încărcată la 3V, structura anti-spinel Fe3O4 rămâne intactă, ceea ce sugerează că procesul din această fereastră de tensiune este foarte reversibil. Au fost efectuate monitorizări magnetice in situ, combinate cu teste de încărcare-descărcare cu curent constant, pentru a investiga modul în care magnetizarea evoluează în timp real (Figura 2b).

Figura 2 Caracterizarea XRD in situ și monitorizarea magnetică.(A) XRD in situ; (b) Fe3O4 Curba de sarcină-descărcare electrochimică sub câmp magnetic aplicat de 3 T și răspunsul magnetic reversibil in situ corespunzător.

Pentru a obține o înțelegere mai de bază a acestui proces de conversie în ceea ce privește modificările de magnetizare, răspunsul magnetic este colectat în timp real și tranziția de fază corespunzătoare însoțește reacțiile conduse electrochimic (Figura 3). Este destul de clar că în timpul primei descărcări, Fe3O4Răspunsul de magnetizare al electrozilor diferă de celelalte cicluri datorită Fe în timpul primei litalizări3O4Datorită tranziției de fază ireversibile are loc. Când potențialul a scăzut la 0.78 V, faza antispinel Fe3O4 a fost convertită pentru a conține Li2 Structura de halit de clasă FeO a O, Fe3O4 faza nu poate fi restabilită după încărcare. În mod corespunzător, magnetizarea scade rapid la 0.482 μ b Fe−1. Pe măsură ce litializarea continuă, nu s-a format nicio fază nouă, iar intensitatea vârfurilor de difracție FeO din clasa (200) și (220) a început să slăbească. egal Fe3O4Nu există un vârf XRD semnificativ reținut atunci când electrodul este complet liializat (Figura 3a). Rețineți că atunci când electrodul Fe3O4 se descarcă de la 0.78 V la 0.45 V, magnetizarea (de la 0.482 μ b Fe−1 a crescut la 1.266 μ bFe−1), aceasta a fost atribuită reacției de conversie de la FeO la Fe. Apoi, la sfârșitul descărcării, magnetizarea a scăzut încet la 1.132 μ B Fe−1. Această descoperire sugerează că Fe0Nanoparticulele de metal complet reduse pot participa în continuare la reacția de stocare a litiului, reducând astfel magnetizarea electrozilor.

Figura 3 Observații in situ ale tranziției de fază și răspunsului magnetic.（a）Fe3O4Hartă XRD in situ colectată în timpul primei descărcări a electrodului; (b) Măsurarea forței magnetice in situ Fe3O4 a ciclurilor electrochimice ale celulelor / Li la un câmp magnetic aplicat de 3 T.

3. Fe0/Li2 Capacitatea de suprafață a sistemului O

Fe3O4Modificările magnetice ale electrozilor apar la tensiuni joase, la care cel mai probabil este generată o capacitate electrochimică suplimentară, sugerând prezența purtătorilor de sarcină nedescoperiți în interiorul celulei. Pentru a explora mecanismul potențial de stocare a litiului, Fe a fost studiat cu ajutorul XPS, STEM și spectrul de performanță magnetic3O4Electrozi de vârf de magnetizare la 0.01V, 0.45V și 1.4V pentru a determina sursa schimbării magnetice. Rezultatele arată că momentul magnetic este un factor cheie care afectează schimbarea magnetică, deoarece Fe0/Li2Ms măsurate din sistemul O nu sunt afectate de anizotropia magnetică și de cuplarea între particule.

Pentru a înțelege în continuare Fe3O4 Proprietățile cinetice ale electrozilor la tensiune joasă, voltametrie ciclică la diferite rate de scanare. După cum se arată în Figura 4a, curba voltamogramei ciclice dreptunghiulare apare în intervalul de tensiune între 0.01 V și 1 V (Figura 4a). Figura 4b arată că răspunsul capacitiv Fe3O4A a avut loc pe electrod. Odată cu răspunsul magnetic foarte reversibil al procesului de încărcare și descărcare cu curent constant (Figura 4c), magnetizarea electrodului a scăzut de la 1 V la 0.01 V în timpul procesului de descărcare și a crescut din nou în timpul procesului de încărcare, indicând faptul că Fe0Of ca condensator. reacția la suprafață este foarte reversibilă.

Figura 4 proprietăți electrochimice și caracterizare magnetică in situ la 0.011 V.(A) Curba voltametrică ciclică.(B) valoarea b este determinată folosind corelația dintre curentul de vârf și rata de scanare; (c) modificarea reversibilă a magnetizării în raport cu curba sarcină-descărcare sub un câmp magnetic aplicat de 5 T.

Fe3O4 menționate mai sus Caracteristicile electrochimice, structurale și magnetice ale electrozilor indică faptul că capacitatea suplimentară a bateriei este determinată de Fe0. Capacitatea suprafeței polarizate la spin a nanoparticulelor este cauzată de modificările magnetice însoțitoare. Capacitatea polarizată de spin este rezultatul acumulării de sarcină polarizată de spin la interfață și poate afișa un răspuns magnetic în timpul încărcării și descărcării. la Fe3O4 Electrodul de bază, în timpul primului proces de descărcare, a fost dispersat în nanoparticule de Fe Li2Fine în substratul O au rapoarte mari suprafață-volum și realizează o densitate mare de stări la nivelul Fermi datorită orbitalilor d foarte localizați. Conform modelului teoretic de stocare a încărcăturii spațiale al lui Maier, autorii propun că cantități mari de electroni pot fi stocate în benzile de divizare a spinului ale nanoparticulelor metalice de Fe, care pot fi găsite în Fe/Li2Creând condensatori de suprafață polarizați cu spin în nanocompozitele O ( Figura 5).

graficul 5Fe/Li2A Reprezentare schematică a capacității de suprafață a electronilor polarizați cu spin la interfața O. (A) diagrama schematică a densității stării de polarizare a spinului a suprafeței particulelor de metal feromagnetic (înainte și după descărcare), spre deosebire de polarizarea în vrac spin a fierului; (b) formarea regiunii de încărcare spațială în modelul condensatorului de suprafață al litiului suprastocat.

Rezumat și Outlook

TM/Li a fost investigat prin monitorizare magnetică in-situ avansată.2 Evoluția structurii electronice interne a nanocompozitului O pentru a dezvălui sursa capacității suplimentare de stocare pentru această baterie litiu-ion. Rezultatele arată că, atât în ​​sistemul de celule model Fe3O4/Li, nanoparticulele de Fe reduse electrochimic pot stoca cantități mari de electroni polarizați cu spin, rezultând din cauza capacității excesive a celulei și a magnetismului interfacial semnificativ modificat. Experimentele au validat în continuare CoO, NiO și FeF2 și Fe2. Prezența unei astfel de capacități în materialul electrodului N indică existența capacității suprafeței polarizate prin spin a nanoparticulelor de metal din bateriile cu ioni de litiu și pune bazele aplicării acestui mecanism de stocare a încărcăturii spațiale în alte tranziții. materiale pentru electrozi pe bază de compuși metalici.

Legătură cu literatură

Capacitate suplimentară de stocare în bateriile cu litiu-ion cu oxid de metal tranzițional, dezvăluită prin magnetometrie in situ (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Influența formulei de proiectare a plachetelor cu electrozi cu litiu și a defectelor plăcilor de electrod asupra performanței

1. Articol de fundație pentru design film de stâlp

Electrodul bateriei cu litiu este o acoperire compusă din particule, aplicată uniform pe fluidul metalic. Acoperirea electrodului bateriei cu ioni de litiu poate fi privită ca un material compozit, compus în principal din trei părți:

(1) Particule de substanță activă;

(2) faza constitutivă a agentului conductiv și a agentului (faza adeziv carbon);

(3) Pore, umpleți cu electrolit.

Relația de volum a fiecărei faze este exprimată astfel:

Porozitate + fracțiune de volum de materie vie + fracție de volum de fază adeziv de carbon =1

Proiectarea electrodului bateriei cu litiu este foarte importantă, iar acum sunt prezentate pe scurt cunoștințele de bază despre proiectarea electrodului bateriei cu litiu.

(1) Capacitatea teoretică a materialului electrodului Capacitatea teoretică a materialului electrodului, adică capacitatea furnizată de toți ionii de litiu din materialul implicat în reacția electrochimică, valoarea acesteia se calculează prin următoarea ecuație:

De exemplu, LiFePO4Masa molară este de 157.756 g/mol, iar capacitatea sa teoretică este:

Această valoare calculată este doar capacitatea teoretică în grame. Pentru a asigura structura reversibilă a materialului, coeficientul real de îndepărtare a ionilor de litiu este mai mic de 1, iar capacitatea reală în grame a materialului este:

Capacitatea efectivă în grame a materialului = capacitatea teoretică a coeficientului de deconectare a ionilor de litiu

(2) Capacitatea de proiectare a bateriei și densitatea extrem de unilaterală Capacitatea de proiectare a bateriei poate fi calculată prin următoarea formulă: capacitatea de proiectare a bateriei = densitatea suprafeței de acoperire raportul materialului activ materialul activ capacitatea în grame suprafața de acoperire a foii de poli

Printre acestea, densitatea suprafeței acoperirii este un parametru cheie de proiectare. Când densitatea de compactare este neschimbată, creșterea densității suprafeței de acoperire înseamnă că grosimea foii de poli crește, distanța de transmisie a electronilor crește, iar rezistența electronilor crește, dar gradul de creștere este limitat. În foaia groasă a electrodului, creșterea impedanței de migrare a ionilor de litiu în electrolit este principalul motiv care afectează caracteristicile raportului. Având în vedere porozitatea și răsucirile porilor, distanța de migrare a ionilor în por este de multe ori mai mare decât grosimea foii de pol.

(3) Raportul dintre capacitatea negativă-pozitivă N / P capacitatea negativă și capacitatea pozitivă se definește astfel:

N / P ar trebui să fie mai mare de 1.0, în general 1.04 ~ 1.20, care este în principal în proiectarea de siguranță, pentru a preveni precipitarea ionului de litiu pe partea negativă fără sursă de acceptare, proiectarea pentru a lua în considerare capacitatea procesului, cum ar fi abaterea acoperirii. Cu toate acestea, atunci când N/P este prea mare, bateria își va pierde capacitatea ireversibilă, rezultând o capacitate scăzută a bateriei și o densitate mai mică a energiei bateriei.

Pentru anodul de titanat de litiu, se adoptă designul în exces al electrodului pozitiv, iar capacitatea bateriei este determinată de capacitatea anodului de titanat de litiu. Designul în exces pozitiv este propice pentru îmbunătățirea performanței la temperatură ridicată a bateriei: gazul la temperatură ridicată provine în principal de la electrodul negativ. În designul în exces pozitiv, potențialul negativ este scăzut și este mai ușor să se formeze peliculă SEI pe suprafața titanatului de litiu.

(4) Densitatea de compactare și porozitatea acoperirii În procesul de producție, densitatea de compactare a acoperirii electrodului bateriei se calculează prin următoarea formulă. Având în vedere că atunci când foaia de stâlp este laminată, folia metalică este extinsă, densitatea suprafeței acoperirii după rolă se calculează prin următoarea formulă.

După cum sa menționat mai devreme, acoperirea constă dintr-o fază de material viu, faza de adeziv de carbon și por, iar porozitatea poate fi calculată prin următoarea ecuație.

Printre acestea, densitatea medie a acoperirii este: electrodul bateriei cu litiu este un fel de particule de pulbere de acoperire, deoarece suprafața particulelor de pulbere de formă aspră, neregulată, atunci când se acumulează, particule între particule și particule, iar unele particule în sine au fisuri și pori, deci volumul de pulbere, inclusiv volumul de pulbere, porii dintre particulele de pulbere și particule, prin urmare, varietatea corespunzătoare a densității acoperirii electrodului și reprezentarea porozității. Densitatea particulelor de pulbere se referă la masa pulberii pe unitate de volum. În funcție de volumul pulberii, aceasta este împărțită în trei tipuri: densitatea reală, densitatea particulelor și densitatea de acumulare. Diferitele densități sunt definite după cum urmează:

1. Densitatea adevărată se referă la densitatea obținută prin împărțirea masei de pulbere la volum (volum real), excluzând golurile interne și exterioare ale particulelor. Adică densitatea materiei în sine obținută după excluderea volumului tuturor golurilor.
2. Densitatea particulelor se referă la densitatea particulelor obținută prin împărțirea masei de pulbere împărțită la volumul particulelor, inclusiv orificiul deschis și orificiul închis. Adică, decalajul dintre particule, dar nu porii fini din interiorul particulelor, densitatea particulelor în sine.
3. Densitatea de acumulare, adică densitatea acoperirii, se referă la densitatea obținută prin masa de pulbere împărțită la volumul acoperirii formate de pulbere. Volumul utilizat include porii particulelor în sine și golurile dintre particule.

Pentru aceeași pulbere, densitate reală> densitate particule> densitate de ambalare. Porozitatea pulberii este raportul dintre porii din acoperirea cu particule de pulbere, adică raportul dintre volumul golului dintre particulele de pulbere și porii particulelor la volumul total al acoperirii, care este exprimat în mod obișnuit. ca procent. Porozitatea pulberii este o proprietate cuprinzătoare legată de morfologia particulelor, starea suprafeței, dimensiunea particulelor și distribuția mărimii particulelor. Porozitatea sa afectează direct infiltrarea electrolitului și transmiterea ionilor de litiu. În general, cu cât porozitatea este mai mare, cu atât infiltrarea electrolitului este mai ușoară și transmiterea ionilor de litiu este mai rapidă. Prin urmare, în proiectarea bateriei cu litiu, uneori pentru a determina porozitatea, metoda de presiune a mercurului utilizată în mod obișnuit, metoda de adsorbție a gazului, etc. Poate fi obținută și prin utilizarea calculului densității. Porozitatea poate avea, de asemenea, implicații diferite atunci când se utilizează diferite densități pentru calcule. Când densitatea porozității substanței vii, a agentului conductor și a liantului este calculată prin densitatea reală, porozitatea calculată include spațiul dintre particule și golul din interiorul particulelor. Atunci când porozitatea substanței vii, a agentului conductor și a liantului este calculată prin densitatea particulelor, porozitatea calculată include spațiul dintre particule, dar nu spațiul din interiorul particulelor. Prin urmare, dimensiunea porilor foii electrodului bateriei cu litiu este, de asemenea, multi-scală, în general, decalajul dintre particule este în dimensiunea scării micronilor, în timp ce decalajul din interiorul particulelor este la scară de la nanometri până la sub-micron. La electrozii poroși, relația dintre proprietățile de transport, cum ar fi difuzivitatea efectivă și conductibilitatea, poate fi exprimată prin următoarea ecuație:

Unde D0 reprezintă viteza de difuzie (conducție) intrinsecă a materialului însuși, ε este fracțiunea de volum a fazei corespunzătoare și τ este curbura circulară a fazei corespunzătoare. În modelul macroscopic omogen, se utilizează în general relația Bruggeman, luând coeficientul ɑ =1.5 pentru a estima pozitivitatea efectivă a electrozilor poroși.

Electrolitul este umplut în porii electrozilor poroși, în care ionii de litiu sunt conduși prin electrolit, iar caracteristicile de conducere ale ionilor de litiu sunt strâns legate de porozitate. Cu cât porozitatea este mai mare, cu atât fracțiunea de volum a fazei electrolitului este mai mare și conductivitatea efectivă a ionilor de litiu este mai mare. În foaia cu electrod pozitiv, electronii sunt transmisi prin faza de adeziv de carbon, fracțiunea de volum a fazei de adeziv de carbon și ocolul fazei de adeziv de carbon determină direct conductivitatea efectivă a electronilor.

Porozitatea și fracțiunea de volum a fazei de adeziv de carbon sunt contradictorii, iar porozitatea mare duce inevitabil la fracțiunea de volum a fazei de adeziv de carbon, prin urmare, proprietățile efective de conducție ale ionilor de litiu și electronilor sunt, de asemenea, contradictorii, așa cum se arată în Figura 2. Pe măsură ce porozitatea scade, conductivitatea efectivă a ionilor de litiu scade în timp ce conductivitatea efectivă a electronilor crește. Modul de echilibrare a celor două este, de asemenea, critic în proiectarea electrodului.

Figura 2 Diagrama schematică a porozității și conductivității ionilor de litiu și a electronilor

2. Tipul și detectarea defectelor stâlpului

 

În prezent, în procesul de pregătire a stâlpilor bateriei, sunt adoptate din ce în ce mai multe tehnologii de detectare online, astfel încât să identifice eficient defectele de fabricație ale produselor, să elimini produsele defecte și un feedback în timp util către linia de producție, ajustări automate sau manuale ale producției. proces, pentru a reduce rata de defecte.

Tehnologiile de detectare on-line utilizate în mod obișnuit în fabricarea plăcilor de stâlp includ detectarea caracteristicilor șlamului, detectarea calității foii de stâlp, detectarea dimensiunilor și așa mai departe, De exemplu: (1) contorul de vâscozitate online este instalat direct în rezervorul de depozitare a acoperirii pentru a detecta nivelul reologic. caracteristicile șlamului în timp real, testați stabilitatea șlamului; (2) Folosind raze X sau raze β în procesul de acoperire, precizia sa ridicată de măsurare, dar radiații mari, preț ridicat al echipamentelor și probleme de întreținere; (3) Tehnologia de măsurare a grosimii online cu laser este aplicată pentru a măsura grosimea foii de stâlp, Precizia măsurării poate ajunge la ± 1. 0 μ m, Poate afișa, de asemenea, tendința de schimbare a grosimii și grosimii măsurate în timp real, Facilitează trasabilitatea datelor și analiză; (4) Tehnologia de viziune CCD, Adică, linia de matrice CCD este utilizată pentru a scana obiectul măsurat, Procesarea imaginilor în timp real și analiza categoriilor de defecte, Realizarea detectării online nedistructive a defectelor de suprafață a foii de stâlp.

Ca instrument de control al calității, tehnologia de testare online este, de asemenea, esențială pentru înțelegerea corelației dintre defecte și performanța bateriei, astfel încât să se determine criteriile calificate/necalificate pentru produsele semifabricate.

În ultima parte, sunt introduse pe scurt noua metodă de detectare a defectelor de suprafață a bateriei litiu-ion, tehnologia de imagistică termică în infraroșu și relația dintre aceste diferite defecte și performanța electrochimică.consultați D. Mohanty Un studiu amănunțit al lui Mohanty și colab.

(1) Defecte comune pe suprafața tablei stâlpului

Figura 3 prezintă defectele comune de pe suprafața electrodului bateriei cu ioni de litiu, cu imaginea optică în stânga și imaginea surprinsă de termocamera în dreapta.

Figura 3 Defecte comune pe suprafața foii stâlpului: (a, b) plic umflat / agregat; (c, d) picătură de material / gaură; (e, f) corp străin metalic; (g, h) acoperire neuniformă

 

(A, b) umflătură / agregat ridicat, astfel de defecte pot apărea dacă suspensia este agitată uniform sau viteza de acoperire este instabilă. Combinarea adezivilor și a agenților conductivi de negru de fum duce la un conținut scăzut de ingrediente active și la greutatea redusă a tabletelor polare.

 

(c, d) picătură / gaură, aceste zone defecte nu sunt acoperite și sunt de obicei produse de bule din suspensie. Acestea reduc cantitatea de material activ și expun colectorul la electrolit, reducând astfel capacitatea electrochimică.

 

(E, f) corpuri străine metalice, nămol sau corpuri străine metalice introduse în echipament și mediu, precum și corpuri străine metalice pot provoca daune mari bateriilor cu litiu. Particulele mari de metal imprimă direct diafragma, rezultând un scurtcircuit între electrozii pozitivi și negativi, care este un scurtcircuit fizic. În plus, atunci când corpul străin metalic este amestecat în electrodul pozitiv, potențialul pozitiv crește după încărcare, metalul se dizolvă, se răspândește prin electrolit și apoi precipită pe suprafața negativă și, în cele din urmă, perfora diafragma, formând un scurtcircuit, care este un scurtcircuit de dizolvare chimică. Cele mai comune corpuri străine metalice din locul fabricii de baterii sunt Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS etc.

 

(g, h) acoperirea neuniformă, cum ar fi amestecarea nămolului nu este suficientă, finețea particulelor este ușor să apară dungi atunci când particulele sunt mari, rezultând o acoperire neuniformă, care va afecta consistența capacității bateriei și chiar va apărea complet fără bandă de acoperire, are un impact asupra capacității și siguranței.

(2) Tehnologia de detectare a defectelor suprafeței cipului de pol Tehnologia de imagistică termică în infraroșu (IR) este utilizată pentru a detecta defecte minore la electrozii uscați care pot deteriora performanța bateriilor litiu-ion. În timpul detectării online, dacă este detectat defectul electrodului sau poluantul, marcați-l pe foaia de stâlp, eliminați-l în procesul următor și transmiteți-l la linia de producție și ajustați procesul la timp pentru a elimina defectele. Raza infraroșie este un fel de undă electromagnetică care are aceeași natură ca undele radio și lumina vizibilă. Un dispozitiv electronic special este folosit pentru a converti distribuția temperaturii suprafeței unui obiect într-o imagine vizibilă a ochiului uman și pentru a afișa distribuția temperaturii suprafeței unui obiect în diferite culori se numește tehnologie de imagistică termică în infraroșu. Acest dispozitiv electronic se numește termocamera cu infraroșu. Toate obiectele peste zero absolut (-273℃) emit radiații infraroșii.
După cum se arată în Figura 4, aproximatorul termic în infraroșu (Camera IR) utilizează detectorul în infraroșu și obiectivul de imagistică optică pentru a accepta modelul de distribuție a energiei radiației infraroșii a obiectului țintă măsurat și a-l reflecta pe elementul fotosensibil al detectorului în infraroșu pentru a obține imagine termică în infraroșu, care corespunde câmpului de distribuție termică de pe suprafața obiectului. Când există un defect pe suprafața unui obiect, temperatura se schimbă în zonă. Prin urmare, această tehnologie poate fi folosită și pentru detectarea defectelor de pe suprafața obiectului, potrivită mai ales pentru unele defecte care nu pot fi distinse prin mijloace optice de detecție. Când electrodul de uscare al bateriei cu ioni de litiu este detectat online, electrodul electrodului este mai întâi iradiat de bliț, temperatura suprafeței se modifică și apoi temperatura suprafeței este detectată cu o cameră termică. Imaginea de distribuție a căldurii este vizualizată, iar imaginea este procesată și analizată în timp real pentru a detecta defectele de suprafață și a le marca în timp.D. Mohanty Studiul a instalat o cameră de imagine termică la ieșirea cuptorului de uscare pentru a detecta imaginea de distribuție a temperaturii pe suprafața foii electrodului.

Figura 5 (a) este o hartă de distribuție a temperaturii a suprafeței de acoperire a foii de pol pozitiv NMC detectată de camera termică, care conține un defect foarte mic care nu poate fi distins cu ochiul liber. Curba de distribuție a temperaturii corespunzătoare segmentului de rută este afișată în interiorul insertului, cu un vârf de temperatură în punctul de defect. În Figura 5 (b), temperatura crește local în caseta corespunzătoare, corespunzător defectului suprafeței foii de stâlp. SMOCHIN. 6 este o diagramă de distribuție a temperaturii de suprafață a foii electrodului negativ care arată existența defectelor, unde vârful creșterii temperaturii corespunde bulei sau agregatului, iar aria de scădere a temperaturii corespunde orificiului sau picăturii.

Figura 5 Distribuția temperaturii suprafeței foii electrodului pozitiv

Figura 6 Distribuția temperaturii suprafeței electrodului negativ

 

Se poate observa că detecția prin imagini termice a distribuției temperaturii este un mijloc bun de detectare a defectelor de suprafață a foii de stâlp, care poate fi utilizat pentru controlul calității producției de foi de poli.3. Efectul defectelor suprafeței foii de stâlp asupra performanței bateriei

 

(1) Impactul asupra capacității multiplicatorului bateriei și eficienței Coulomb

Figura 7 prezintă curba de influență a agregatului și a găurii asupra capacității multiplicatorului bateriei și a eficienței coulen. Agregatul poate îmbunătăți efectiv capacitatea bateriei, dar reduce eficiența coulenului. Orificiul reduce capacitatea bateriei și eficiența Kulun, iar eficiența Kulun scade foarte mult la un ritm ridicat.

Figura 7 agregatul catodului și efectul orificiului pinhole asupra capacității bateriei și eficiența figurii 8 este acoperirea neuniformă, iar corpul străin metalic Co și Al asupra capacității bateriei și efectul curbei de eficiență, acoperirea neuniformă reduce capacitatea de masă a bateriei cu 10% - 20%, dar întreaga capacitate a bateriei a scăzut cu 60%, acest lucru arată că masa vie din piesa polară s-a redus semnificativ. Corpul străin Metal Co a redus capacitatea și eficiența Coulomb, chiar și la mărire mare 2C și 5C, nicio capacitate deloc, ceea ce se poate datora formării de metal Co în reacția electrochimică a litiului și litiului încorporat, sau poate fi particulele de metal blocat porul diafragmei cauzat micro scurtcircuit.

Figura 8 Efectele acoperirii neuniforme ale electrodului pozitiv și ale corpurilor străine metalice Co și Al asupra capacității multiplicatorului bateriei și eficienței culenului

Rezumatul defectelor foii catodice: Atele din acoperirea foii catodice reduce eficiența Coulomb a bateriei. Orificiul stratului de acoperire pozitiv reduce eficiența Coulomb, rezultând o performanță slabă a multiplicatorului, în special la densitate mare de curent. Acoperirea eterogenă a arătat performanțe slabe de mărire. Poluanții cu particule metalice pot cauza micro-scurtcircuite și, prin urmare, pot reduce foarte mult capacitatea bateriei.
Figura 9 arată impactul benzii de folie cu scurgere negativă asupra capacității multiplicatorului și eficienței Kulun a bateriei. Când se produce scurgerea la electrodul negativ, capacitatea bateriei este redusă semnificativ, dar capacitatea de grame nu este evidentă, iar impactul asupra eficienței Kulun nu este semnificativ.

 

Figura 9 Influența benzii de folie cu scurgere negativă a electrodului asupra capacității multiplicatorului bateriei și eficienței Kulun (2) Influența asupra performanței ciclului multiplicator al bateriei Figura 10 este rezultatul influenței defectului suprafeței electrodului asupra ciclului multiplicator al bateriei. Rezultatele influenței sunt rezumate după cum urmează:
Egregare: la 2C, rata de întreținere a capacității de 200 de cicluri este de 70%, iar bateria defectă este de 12%, în timp ce în ciclul 5C, rata de întreținere a capacității de 200 de cicluri este de 50%, iar bateria defectă este de 14%.
Needlehole: atenuarea capacității este evidentă, dar nicio atenuare agregată a defectelor nu este rapidă, iar rata de menținere a capacității de 200 de cicluri 2C și 5C este de 47%, respectiv 40%.
Corp străin metalic: capacitatea corpului străin de metal Co este aproape 0 după mai multe cicluri, iar capacitatea de ciclu de 5C a folia de corp străin metalic Al scade semnificativ.
Banda de scurgeri: pentru aceeași zonă de scurgere, capacitatea bateriei mai multor dungi mai mici scade mai repede decât o dungă mai mare (47% pentru 200 de cicluri în 5C) (7% pentru 200 de cicluri în 5C). Acest lucru indică faptul că, cu cât numărul de dungi este mai mare, cu atât este mai mare impactul asupra ciclului bateriei.

Figura 10 Efectul defectelor suprafeței foii electrodului asupra ciclului debitului celular

 

Ref.: [1] Evaluare nedistructivă a electrozilor de baterie secundară cu litiu acoperiți cu slot-die-lether prin caliper laser în linie și metode de termografie IR [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Efect. a defectelor de fabricație a electrodului asupra performanței electrochimice a bateriilor litiu-ion: Cognizance of the battery failure sources[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.