Onthul die raaisel: superteoretiese kapasiteit in litiumioonbatterye

Hoekom litium battery bestaan ​​super teoretiese kapasiteit verskynsel

In litium-ioonbatterye (LIB's) vertoon baie oorgangsmetaaloksied-gebaseerde elektrodes buitengewone hoë bergingskapasiteit bo hul teoretiese waarde. Alhoewel hierdie verskynsel wyd gerapporteer is, bly die onderliggende fisieschemiese meganismes in hierdie materiale ontwykend en bly 'n saak van debat.

Profiel van resultate

Onlangs het professor Miao Guoxing van die Universiteit van Waterloo, Kanada, professor Yu Guihua van die Universiteit van Texas in Austin, en Li Hongsen en Li Qiang van Qingdao Universiteit gesamentlik 'n navorsingsartikel oor Nature Materials gepubliseer onder die titel van "Ekstra bergingskapasiteit in oorgangsmetaaloksied litium-ioonbatterye onthul deur in situ magnetometrie". In hierdie werk het die skrywers in situ magnetiese monitering gebruik om die teenwoordigheid van sterk oppervlakkapasitansie op metaal nanopartikels te demonstreer en dat 'n groot aantal spin-gepolariseerde elektrone in reeds verminderde metaal nanopartikels gestoor kan word, wat in ooreenstemming is met die ruimtelike ladingmeganisme. Daarbenewens kan die onthulde ruimtelike ladingmeganisme uitgebrei word na ander oorgangsmetaalverbindings, wat 'n sleutelgids bied vir die vestiging van gevorderde energiebergingstelsels.

Navorsingshoogtepunte

(1) 'n Tipiese Fe is bestudeer deur gebruik te maak van die in-situ magnetiese moniteringstegniek3O4/ Evolusie van die elektroniese struktuur binne die Li-battery;

(2) onthul dat die Fe3O4In die / Li-stelsel, die oppervlakladingskapasiteit die hoofbron van die ekstra kapasiteit is;

(3) Die oppervlakkapasitansiemeganisme van metaalnanopartikels kan uitgebrei word na 'n wye reeks oorgangsmetaalverbindings.

Teks en teksgids

1. Strukturele karakterisering en elektrochemiese eienskappe

Monodisperse hol Fe is gesintetiseer deur konvensionele hidrotermiese metodes3O4Nanosfere, en dan uitgevoer teen 100 mAg−1 Charge en ontlading by stroomdigtheid (Figuur 1a), die eerste ontladingskapasiteit is 1718 mAh g−1, 1370 mAhg in die tweede en derde keer, onderskeidelik, 1En 1,364 mAhg−1, ver meer as 926 mAhg−1Die teorie van verwagtinge. BF-STEM beelde van die ten volle ontlaaide produk (Figuur 1b-c) dui aan dat na litium reduksie, Fe3O4Die nanosfere omgeskakel is in kleiner Fe nanopartikels wat ongeveer 1 – 3 nm meet, versprei in Li2O sentrum.

Om die verandering in magnetisme tydens die elektrochemiese siklus te demonstreer, is 'n magnetiseringskurwe na volle ontlading tot 0.01 V verkry (Figuur 1d), wat die superparamagnetiese gedrag toon as gevolg van die vorming van nanopartikels.

Figuur 1 (a) by 100 mAg−1Fe van die siklus by die stroomdigtheid3O4/ Konstante stroomlading en ontladingskromme van Li-battery; (b) ten volle litium Fe3O4Die BF-STEM beeld van die elektrode; (c) die teenwoordigheid van Li in die totale2High-resolusie BF-STEM beelde van beide O en Fe; (d) Fe3O4Die histerese-krommes van die elektrode voor (swart) en na (blou), en die Langevin-gepaste kurwe van laasgenoemde (pers).

2. Intydse opsporing van strukturele en magnetiese evolusie

Ten einde die elektrochemie te kombineer met Fe3O4Van strukturele en magnetiese veranderinge gekoppel aan die Fe3O4Die elektrodes is aan in situ X-straaldiffraksie (XRD) en in situ magnetiese monitering onderwerp. Fe in 'n reeks XRD-diffraksiepatrone tydens die aanvanklike ontlading vanaf die oopkringspanning (OCV) na 1.2V3O4Die diffraksiepieke het nie betekenisvol verander in óf intensiteit óf posisie nie (Figuur 2a), wat aandui dat die Fe3O4Only die Li-interkalasieproses ervaar het. Wanneer dit na die 3V gelaai word, bly die Fe3O4The antispinelstruktuur ongeskonde, wat daarop dui dat die proses in hierdie spanningsvenster hoogs omkeerbaar is. Verdere in-situ magnetiese monitering gekombineer met konstante stroom lading-ontlading toetse is uitgevoer om te ondersoek hoe magnetisering in reële tyd ontwikkel (Figuur 2b).

Figuur 2 Karakterisering van in-situ XRD en magnetiese monitering.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4Elektrochemiese lading-ontladingskromme onder 3 T toegepaste magnetiese veld en ooreenstemmende omkeerbare in situ magnetiese respons.

Om 'n meer basiese begrip van hierdie omskakelingsproses in terme van magnetiseringsveranderinge te verkry, word die magnetiese respons in reële tyd ingesamel en die ooreenstemmende fase-oorgang wat elektrochemies-gedrewe reaksies gepaard gaan (Figuur 3). Dit is baie duidelik dat tydens die eerste ontlading, die Fe3O4Die magnetiseringsreaksie van die elektrodes verskil van die ander siklusse as gevolg van Fe tydens die eerste litalisasie3O4As gevolg van die onomkeerbare fase-oorgang vind plaas. Toe die potensiaal tot 0.78V gedaal het, is die Fe3O4Die antispinelfase omgeskakel om Li2Die klas FeO-halietstruktuur van O, Fe3O4Die fase te bevat, kan nie na laai herstel word nie. Dienooreenkomstig daal die magnetisasie vinnig tot 0.482 μ b Fe−1. Soos lithialisasie voortgaan, het geen nuwe fase gevorm nie, en die intensiteit van (200) en (220) klas FeO diffraksiepieke het begin verswak.gelyk Fe3O4Daar is geen betekenisvolle XRD-piek wat behoue ​​bly wanneer die elektrode heeltemal gelialiseer is nie (Figuur 3a). Let daarop dat wanneer die Fe3O4-elektrode van 0.78V tot 0.45V ontlaai, die magnetisering (vanaf 0.482 μ b Fe−1 Verhoog tot 1.266 μ bFe−1), Dit is toegeskryf aan die omskakelingsreaksie van FeO na Fe. Toe, aan die einde van die ontlading, is die magnetisering stadig verminder tot 1.132 μ B Fe−1. Hierdie bevinding dui daarop dat die ten volle gereduseerde metaal Fe0Nanopartikels steeds aan die litiumbergingsreaksie kan deelneem, en sodoende die magnetisering van die elektrodes verminder.

Figuur 3 In situ waarnemings van die fase-oorgang en die magnetiese reaksie.（a）Fe3O4In situ XRD-kaart wat tydens die eerste ontlading van die elektrode versamel is; (b) Fe3O4In situ magnetiese kragmeting van elektrochemiese siklusse van / Li-selle by 'n toegepaste magnetiese veld van 3 T.

3. Fe0/Li2Oppervlakkapasitansie van die O-stelsel

Fe3O4Die magnetiese veranderinge van die elektrodes vind plaas by lae spannings, waarteen 'n bykomende elektrochemiese kapasiteit heel waarskynlik gegenereer word, wat die teenwoordigheid van onontdekte ladingsdraers binne die sel voorstel. Om die potensiële litiumbergingsmeganisme te verken, is Fe bestudeer deur middel van XPS, STEM en magnetiese werkverrigtingspektrum3O4Elektrodes van magnetisasiepieke by 0.01V, 0.45V en 1.4V om die bron van die magnetiese verandering te bepaal. Die resultate toon dat die magnetiese moment 'n sleutelfaktor is wat die magnetiese verandering beïnvloed, want die gemete Fe0/Li2Die Ms van die O-stelsel word nie deur die magnetiese anisotropie en die interpartikelkoppeling beïnvloed nie.

Om die Fe3O4 Die kinetiese eienskappe van die elektrodes by lae spanning, sikliese voltammetrie teen verskillende skanderingstempo's verder te verstaan. Soos getoon in Figuur 4a, verskyn die reghoekige sikliese voltammogramkromme binne die spanningsreeks tussen 0.01V en 1V (Figuur 4a). Figuur 4b toon dat die Fe3O4A kapasitiewe reaksie op die elektrode plaasgevind het. Met die hoogs omkeerbare magnetiese reaksie van die konstante stroomlading- en ontladingsproses (Figuur 4c), het die magnetisering van die elektrode afgeneem van 1V tot 0.01V tydens die ontladingsproses, en weer toegeneem tydens die laaiproses, wat aandui dat Fe0Van die kapasitoragtig is. oppervlakreaksie is hoogs omkeerbaar.

Figuur 4 elektrochemiese eienskappe en in situ magnetiese karakterisering by 0.011 V.(A) Die sikliese voltammetriese kromme.(B) die b-waarde word bepaal deur die korrelasie tussen die piekstroom en die skanderingstempo te gebruik; (c) die omkeerbare verandering van die magnetisasie relatief tot die lading-ontlading-kurwe onder 'n 5 T toegepaste magnetiese veld.

bogenoemde Fe3O4Die elektrochemiese, strukturele en magnetiese kenmerke van die elektrodes dui aan dat die bykomende batterykapasiteit deur Fe0 bepaal word. Die spin-gepolariseerde oppervlakkapasitansie van die nanopartikels word deur die gepaardgaande magnetiese veranderinge veroorsaak. Die spin-gepolariseerde kapasitansie is die resultaat van spin-gepolariseerde lading-akkumulasie by die koppelvlak en kan 'n magnetiese reaksie tydens lading en ontlading vertoon. na Fe3O4Die basiselektrode, tydens die eerste ontladingsproses, is in Li2Fine Fe nanopartikels in die O-substraat versprei. groot oppervlak-tot-volume verhoudings en realiseer 'n hoë digtheid van toestande op die Fermi vlak as gevolg van die hoogs gelokaliseerde d orbitale. Volgens Maier se teoretiese model van ruimtelike ladingberging stel die skrywers voor dat groot hoeveelhede elektrone in die spin-splitsende bande van metaal Fe nanopartikels gestoor kan word, wat gevind kan word in Fe / Li2Creating spin-polarized oppervlak kapasitors in die O nanocomposites ( Figuur 5).

grafiek 5Fe/Li2A Skematiese voorstelling van die oppervlakkapasitansie van die spin-gepolariseerde elektrone by die O-koppelvlak.(A) die skematiese diagram van die spin-polarisasietoestanddigtheid van die oppervlak van ferromagnetiese metaaldeeltjies (voor en na ontlading), in teenstelling met die grootmaat spin polarisasie van yster; (b) die vorming van die ruimteladinggebied in die oppervlakkapasitormodel van oorgestoorde litium.

Opsomming en Outlook

TM / Li is ondersoek deur gevorderde in-situ magnetiese monitering2Die evolusie van die interne elektroniese struktuur van die O-nanosamestelling om die bron van bykomende bergingskapasiteit vir hierdie litium-ioonbattery te openbaar. Die resultate toon dat, beide in die Fe3O4/Li-modelselstelsel, elektrochemies gereduseerde Fe-nanopartikels groot hoeveelhede spin-gepolariseerde elektrone kan stoor, as gevolg van oormatige selkapasiteit en aansienlik veranderde grensvlakmagnetisme. Eksperimente het CoO, NiO, en FeF2And Fe2 verder bekragtig Die teenwoordigheid van sulke kapasitansie in N-elektrodemateriaal dui op die bestaan ​​van spin-gepolariseerde oppervlakkapasitansie van metaalnanodeeltjies in litiumioonbatterye en lê die grondslag vir die toepassing van hierdie ruimtelike ladingstoormeganisme in ander oorgange metaalverbinding-gebaseerde elektrode materiale.

Literatuur skakel

Ekstra bergingskapasiteit in oorgangsmetaaloksied litiumioonbatterye wat deur in situ magnetometrie onthul word (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Die invloed van litium elektrode wafer ontwerp formule en elektrode wafel defekte op werkverrigting

1. Pole film ontwerp grondslag artikel

Die litiumbattery-elektrode is 'n deklaag wat bestaan ​​uit deeltjies, eweredig op die metaalvloeistof toegedien. Litium-ioon battery elektrode coating kan beskou word as 'n saamgestelde materiaal, hoofsaaklik saamgestel uit drie dele:

(1) Aktiewe stofdeeltjies;

(2) die samestellende fase van die geleidende middel en die middel (koolstofkleeffase);

(3) Porie, vul met die elektroliet.

Die volumeverhouding van elke fase word uitgedruk as:

Porositeit + lewende stof volume fraksie + koolstof kleefmiddel fase volume fraksie =1

Die ontwerp van litiumbattery-elektrode-ontwerp is baie belangrik, en nou word die basiese kennis van litiumbattery-elektrode-ontwerp kortliks bekendgestel.

(1) Teoretiese kapasiteit van die elektrodemateriaal Die teoretiese kapasiteit van die elektrodemateriaal, dit wil sê die kapasiteit verskaf deur al die litiumione in die materiaal wat by die elektrochemiese reaksie betrokke is, sy waarde word deur die volgende vergelyking bereken:

Byvoorbeeld, die LiFePO4 Die molêre massa is 157.756 g/mol, en sy teoretiese kapasiteit is:

Hierdie berekende waarde is slegs die teoretiese gram kapasiteit. Om die omkeerbare struktuur van die materiaal te verseker, is die werklike litiumioonverwyderingskoëffisiënt minder as 1, en die werklike gramkapasiteit van die materiaal is:

Werklike gramkapasiteit van materiaal = teoretiese kapasiteit van litiumioonontpropkoëffisiënt

(2) Batteryontwerpkapasiteit en uiters eensydige digtheid Batteryontwerpkapasiteit kan deur die volgende formule bereken word: batteryontwerpkapasiteit = laagoppervlakdigtheid aktiewe materiaalverhouding aktiewe materiaal gram kapasiteit paalplaatbedekkingsarea

Onder hulle is die oppervlakdigtheid van die laag 'n sleutelontwerpparameter. Wanneer die verdigtingsdigtheid onveranderd is, beteken die toename in die laagoppervlakdigtheid dat die dikte van die poolplaat toeneem, die elektronoordragafstand toeneem en die elektronweerstand toeneem, maar die toenamegraad is beperk. In die dik elektrodeplaat is die toename in die migrasie-impedansie van litiumione in die elektroliet die hoofrede wat die verhoudingskenmerke beïnvloed. Met inagneming van die porositeit en poriedraaie, is die migrasieafstand van ione in die porie baie keer meer as die dikte van die paalplaat.

(3) Die verhouding van negatief-positiewe kapasiteitsverhouding N/P negatiewe kapasiteit tot positiewe kapasiteit word gedefinieer as:

N / P moet groter as 1.0 wees, oor die algemeen 1.04 ~ 1.20, wat hoofsaaklik in die veiligheidsontwerp is, om te verhoed dat die negatiewe kant litiumioon neerslag sonder aanvaardingsbron, ontwerp om die proseskapasiteit te oorweeg, soos afwyking van die deklaag. Wanneer N/P egter te groot is, sal die battery onomkeerbare kapasiteit verloor, wat lei tot lae batterykapasiteit en laer battery-energiedigtheid.

Vir die litiumtitanaatanode word die positiewe elektrode-oortollige ontwerp aangeneem, en die batterykapasiteit word bepaal deur die kapasiteit van die litiumtitanaatanode. Die positiewe oormaat ontwerp is bevorderlik vir die verbetering van die hoë temperatuur werkverrigting van die battery: die hoë temperatuur gas kom hoofsaaklik van die negatiewe elektrode. In die positiewe oortollige ontwerp is die negatiewe potensiaal laag, en dit is makliker om SEI-film op die oppervlak van litiumtitanaat te vorm.

(4) Kompaksiedigtheid en porositeit van die deklaag In die produksieproses word die deklaagverdigtingsdigtheid van die battery-elektrode deur die volgende formule bereken. As in ag geneem word dat wanneer die paalplaat gerol word, die metaalfoelie verleng word, word die oppervlakdigtheid van die laag na die roller deur die volgende formule bereken.

Soos vroeër genoem, bestaan ​​die deklaag uit lewende materiaal fase, koolstof kleefmiddel fase en porie, en die porositeit kan bereken word deur die volgende vergelyking.

Onder hulle is die gemiddelde digtheid van coating: litium battery elektrode is 'n soort poeier deeltjies van coating, want die poeier deeltjie oppervlak ruwe, onreëlmatige vorm, wanneer ophoping, deeltjies tussen deeltjies en deeltjies, en sommige deeltjies self het krake en porieë, so poeier volume insluitend poeier volume, die porieë tussen die poeier deeltjies en die deeltjies, dus die ooreenstemmende verskeidenheid van elektrode coating digtheid en porositeit verteenwoordiging. Die digtheid van die poeierdeeltjies verwys na die massa van die poeier per volume-eenheid. Volgens die volume van die poeier word dit in drie soorte verdeel: ware digtheid, partikeldigtheid en akkumulasiedigtheid. Die verskillende digthede word soos volg gedefinieer:

1. Ware digtheid verwys na die digtheid wat verkry word deur die poeiermassa deur die volume (werklike volume) te deel, uitgesluit die interne en buitenste gapings van die deeltjies. Dit wil sê, die digtheid van die materie self verkry nadat die volume van al die leemtes uitgesluit is.
2. Deeltjiedigtheid verwys na die digtheid van deeltjies wat verkry word deur die poeiermassa te deel gedeel deur die deeltjievolume insluitend die oop gat en die toe gat. Dit wil sê, die gaping tussen die deeltjies, maar nie die fyn porieë binne die deeltjies nie, die digtheid van die deeltjies self.
3. Akkumulasiedigtheid, dit wil sê bedekkingsdigtheid, verwys na die digtheid wat verkry word deur die poeiermassa gedeel deur die volume van die bedekking wat deur die poeier gevorm word. Die volume wat gebruik word, sluit die porieë van die deeltjies self en die leemtes tussen die deeltjies in.

Vir dieselfde poeier, ware digtheid> deeltjiedigtheid> pakkingsdigtheid. Die porositeit van die poeier is die verhouding van die porieë in die poeierdeeltjiebedekking, dit wil sê die verhouding van die volume van die leemte tussen die poeierdeeltjies en die porieë van die deeltjies tot die totale volume van die deklaag, wat algemeen uitgedruk word as 'n persentasie. Die porositeit van poeier is 'n omvattende eienskap wat verband hou met deeltjiemorfologie, oppervlaktoestand, deeltjiegrootte en deeltjiegrootteverspreiding. Die porositeit daarvan beïnvloed die infiltrasie van elektroliet- en litiumioonoordrag direk. Oor die algemeen, hoe groter die porositeit, hoe makliker is die elektrolietinfiltrasie, en hoe vinniger is die litiumioonoordrag. Daarom, in die ontwerp van litium battery, soms die porositeit te bepaal, algemeen gebruik kwik druk metode, gas adsorpsie metode, ens Kan ook verkry word deur die gebruik van die digtheid berekening. Die porositeit kan ook verskillende implikasies hê wanneer verskillende digthede vir die berekeninge gebruik word. Wanneer die digtheid van die porositeit van die lewende stof, die geleidende middel en die bindmiddel deur die ware digtheid bereken word, sluit die berekende porositeit die gaping tussen die deeltjies en die gaping binne die deeltjies in. Wanneer die porositeit van die lewende stof, geleidende middel en bindmiddel deur die deeltjiedigtheid bereken word, sluit die berekende porositeit die gaping tussen die deeltjies in, maar nie die gaping binne die deeltjies nie. Daarom is die poriegrootte van die litiumbattery-elektrodevel ook multiskaal, oor die algemeen is die gaping tussen die deeltjies in die mikronskaalgrootte, terwyl die gaping binne die deeltjies in die nanometer- tot sub-submikronskaal is. In poreuse elektrodes kan die verwantskap van vervoereienskappe soos effektiewe diffusiwiteit en geleidingsvermoë uitgedruk word deur die volgende vergelyking:

Waar D0 die intrinsieke diffusie (geleiding) tempo van die materiaal self verteenwoordig, is ε die volume fraksie van die ooreenstemmende fase, en τ is die kringloopkromming van die ooreenstemmende fase. In die makroskopiese homogene model word die Bruggeman-verhouding oor die algemeen gebruik, wat die koëffisiënt ɑ =1.5 neem om die effektiewe positiwiteit van die poreuse elektrodes te skat.

Die elektroliet word in die porieë van die poreuse elektrodes gevul, waarin die litiumione deur die elektroliet gelei word, en die geleidingseienskappe van die litiumione is nou verwant aan die porositeit. Hoe groter die porositeit, hoe hoër is die volumefraksie van die elektrolietfase, en hoe groter is die effektiewe geleidingsvermoë van litiumione. In die positiewe elektrodevel word elektrone deur die koolstofkleeffase oorgedra, die volumefraksie van die koolstofkleeffase en die ompad van die koolstofkleeffase bepaal direk die effektiewe geleidingsvermoë van elektrone.

Die porositeit en die volume fraksie van die koolstof kleefmiddel fase is teenstrydig, en die groot porositeit lei onvermydelik tot die volume fraksie van die koolstof kleef fase, daarom is die effektiewe geleiding eienskappe van litiumione en elektrone ook teenstrydig, soos getoon in Figuur 2 Soos die porositeit afneem, neem die litiumioon effektiewe geleidingsvermoë af terwyl die elektron effektiewe geleidingsvermoë toeneem. Hoe om die twee te balanseer, is ook van kritieke belang in die elektrode-ontwerp.

Figuur 2 Skematiese diagram van porositeit en litiumioon- en elektrongeleidingsvermoë

2. Tipe en opsporing van paaldefekte

 

Tans, in die proses van die voorbereiding van batterypaal, word meer en meer aanlyn-opsporingstegnologieë aangeneem om die vervaardigingsdefekte van produkte effektief te identifiseer, gebrekkige produkte uit te skakel, en tydige terugvoer na die produksielyn, outomatiese of handmatige aanpassings aan die produksie proses, om die gebrekkige koers te verminder.

Die aanlyn-opsporingstegnologieë wat algemeen in paalplaatvervaardiging gebruik word, sluit in suspensie-kenmerke, opsporing van paalplaatkwaliteit, dimensiebespeuring ensovoorts, Byvoorbeeld: (1) die aanlyn-viskositeitsmeter word direk in die deklaagopgaartenk geïnstalleer om die reologiese op te spoor. eienskappe van die flodder in reële tyd, Toets die stabiliteit van die flodder; (2) Die gebruik van X-straal of β-straal in die coating proses, sy hoë meting akkuraatheid, maar groot bestraling, hoë prys van toerusting en onderhoud probleme; (3) Laser aanlyn dikte meting tegnologie word toegepas om die dikte van die paal plaat te meet, Die meting akkuraatheid kan ± 1. 0 μ m bereik, Dit kan ook die verandering neiging van gemete dikte en dikte in reële tyd vertoon, Fasiliteer data naspeurbaarheid en ontleding; (4) CCD-visietegnologie, Dit wil sê, die lynskikking CCD word gebruik om die gemete voorwerp te skandeer, Intydse beeldverwerking en ontleding van defekkategorieë, Besef die nie-vernietigende aanlyn-opsporing van die paalplaatoppervlakdefekte.

As 'n hulpmiddel vir gehaltebeheer, is aanlyntoetstegnologie ook noodsaaklik om die korrelasie tussen defekte en batterywerkverrigting te verstaan, om sodoende die gekwalifiseerde / ongekwalifiseerde kriteria vir semi-afgewerkte produkte te bepaal.

In die laaste deel word die nuwe metode van oppervlakdefek-opsporingstegnologie van litium-ioonbattery, infrarooi termiese beeldtegnologie en die verband tussen hierdie verskillende defekte en elektrochemiese werkverrigting kortliks bekendgestel.Raadpleeg D. Mohanty 'n Deeglike studie deur Mohanty et al.

(1) Algemene defekte op die paalplaatoppervlak

Figuur 3 toon die algemene defekte op die oppervlak van die litiumioonbattery-elektrode, met die optiese beeld aan die linkerkant en die beeld wat deur die termiese beeldhouer aan die regterkant vasgevang is.

Figuur 3 Algemene defekte op die oppervlak van die paalplaat: (a, b) bult omhulsel / aggregaat; (c, d) val materiaal / speldegat; (e, f) metaal vreemde liggaam; (g, h) ongelyke bedekking

 

(A, b) verhoogde bult/aggregaat, sulke defekte kan voorkom as die suspensie eweredig geroer word of die laagspoed onstabiel is. Die samevoeging van kleefmiddels en koolstofswart geleidende middels lei tot 'n lae inhoud van aktiewe bestanddele en ligte gewig van polêre tablette.

 

(c, d) druppel / speldegat, hierdie gebrekkige areas is nie bedek nie en word gewoonlik geproduseer deur borrels in die flodder. Hulle verminder die hoeveelheid aktiewe materiaal en stel die versamelaar bloot aan die elektroliet, wat sodoende die elektrochemiese kapasiteit verminder.

 

(E, f) metaal vreemde liggame, suspensie of metaal vreemde liggame wat in die toerusting en omgewing ingebring word, en metaal vreemde liggame kan groot skade aan litiumbatterye veroorsaak. Groot metaaldeeltjies belemmer die diafragma direk, wat lei tot 'n kortsluiting tussen die positiewe en negatiewe elektrodes, wat 'n fisiese kortsluiting is. Daarbenewens, wanneer die metaal vreemde liggaam in die positiewe elektrode gemeng word, neem die positiewe potensiaal toe na laai, die metaal los op, versprei deur die elektroliet, en presipiteer dan op die negatiewe oppervlak, en steek uiteindelik die diafragma deur, wat 'n kortsluiting vorm, wat 'n chemiese ontbindingkortsluiting is. Die mees algemene metaal vreemde liggame in die battery fabriek terrein is Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, ens.

 

(g, h) ongelyke deklaag, soos die floddermengsel, is nie voldoende nie, die fynheid van die deeltjies is maklik om strepe te vertoon wanneer die deeltjie groot is, wat lei tot ongelyke deklaag, wat die konsekwentheid van die batterykapasiteit sal beïnvloed, en selfs heeltemal verskyn geen deklaagstreep nie, het 'n impak op die kapasiteit en veiligheid.

(2) Pole chip oppervlak defek opsporing tegnologie Infrarooi (IR) termiese beelding tegnologie word gebruik om geringe defekte op droë elektrodes op te spoor wat die werkverrigting van litium-ioon batterye kan beskadig. Tydens die aanlyn-opsporing, as die elektrodefout of besoedeling bespeur word, merk dit op die paalvel, skakel dit uit in die daaropvolgende proses, en stuur dit terug na die produksielyn, en pas die proses betyds aan om die defekte uit te skakel. Infrarooi straal is 'n soort elektromagnetiese golf wat dieselfde aard het as radiogolwe en sigbare lig. 'n Spesiale elektroniese toestel word gebruik om die temperatuurverspreiding van die oppervlak van 'n voorwerp om te skakel in 'n sigbare beeld van die menslike oog, en om die temperatuurverspreiding van die oppervlak van 'n voorwerp in verskillende kleure te vertoon, word infrarooi termiese beeldtegnologie genoem. Hierdie elektroniese toestel word infrarooi termiese beeldhouer genoem. Alle voorwerpe bo absolute nul (-273 ℃) straal infrarooi straling uit.
Soos getoon in Figuur 4, gebruik die infrarooi termiese benadering (IR-kamera) die infrarooi detektor en die optiese beelddoelwit om die infrarooi straling energie verspreidingspatroon van die gemete teiken voorwerp te aanvaar en dit op die fotosensitiewe element van die infrarooi detektor te reflekteer om die infrarooi termiese beeld, wat ooreenstem met die termiese verspreidingsveld op die oppervlak van die voorwerp. Wanneer daar 'n defek op die oppervlak van 'n voorwerp is, verskuif die temperatuur in die area. Daarom kan hierdie tegnologie ook gebruik word om die defekte op die oppervlak van die voorwerp op te spoor, veral geskik vir sommige defekte wat nie deur optiese opsporingsmiddele onderskei kan word nie. Wanneer die droogelektrode van litiumioonbattery aanlyn bespeur word, word die elektrode-elektrode eers deur die flits bestraal, die oppervlaktemperatuur verander, en dan word die oppervlaktemperatuur met 'n termiese beeldhouer opgespoor. Die hitteverspreidingsbeeld word gevisualiseer, en die beeld word intyds verwerk en ontleed om die oppervlakdefekte op te spoor en betyds te merk.D. Mohanty Die studie het 'n termiese beeldhouer by die uitlaat van die coater-droogoond geïnstalleer om die temperatuurverspreidingsbeeld van die elektrodebladoppervlak op te spoor.

Figuur 5 (a) is 'n temperatuurverspreidingskaart van die deklaagoppervlak van die NMC positiewe poolplaat wat deur die termiese beeldvormer opgespoor word, wat 'n baie klein defek bevat wat nie met die blote oog onderskei kan word nie. Die temperatuurverspreidingskurwe wat ooreenstem met die roetesegment word in die interne inlas getoon, met 'n temperatuurpiek by die defekpunt. In Figuur 5 (b) neem die temperatuur plaaslik toe in die ooreenstemmende boks, wat ooreenstem met die defek van die paalplaatoppervlak. FIG. 6 is 'n oppervlaktemperatuurverspreidingsdiagram van die negatiewe elektrodevel wat die bestaan ​​van defekte toon, waar die piek van temperatuurverhogings ooreenstem met die borrel of aggregaat, en die area van temperatuurafname ooreenstem met die speldgat of druppel.

Figuur 5 Temperatuurverspreiding van die positiewe elektrodebladoppervlak

Figuur 6 Temperatuurverspreiding van negatiewe elektrode-oppervlak

 

Daar kan gesien word dat die termiese beeldbespeuring van temperatuurverspreiding 'n goeie manier is vir paalplaatoppervlakdefekdetectie, wat gebruik kan word vir die kwaliteitbeheer van paalplaatvervaardiging.3. Effek van paalplaatoppervlakdefekte op batterywerkverrigting

 

(1) Impak op batteryvermenigvuldigerkapasiteit en Coulomb-doeltreffendheid

Figuur 7 toon die invloedkurwe van die aggregaat en speldgat op die batteryvermenigvuldigerkapasiteit en die coulen-doeltreffendheid. Die aggregaat kan eintlik die batterykapasiteit verbeter, maar die coulen-doeltreffendheid verminder. Die speldgat verminder die batterykapasiteit en die Kulun-doeltreffendheid, en die Kulun-doeltreffendheid verminder baie teen 'n hoë tempo.

Figuur 7 katode aggregaat en speldgat effek op die battery kapasiteit en die doeltreffendheid van figuur 8 is ongelyke coating, en metaal vreemde liggaam Co en Al op die battery kapasiteit en die effek van die doeltreffendheid kurwe, ongelyke coating verminder battery eenheid massa kapasiteit 10% - 20%, maar die hele batterykapasiteit het met 60% afgeneem, dit wys dat die lewende massa in die poolstuk aansienlik verminder het. Metal Co vreemde liggaam verminder kapasiteit en Coulomb doeltreffendheid, selfs in 2C en 5C hoë vergroting, geen kapasiteit glad nie, wat kan wees as gevolg van die vorming van metaal Co in die elektrochemiese reaksie van litium en litium ingebed, of dit kan die metaaldeeltjies wees geblokkeer die diafragma porie veroorsaak mikro kortsluiting.

Figuur 8 Effekte van positiewe elektrode ongelyke bedekking en metaal vreemde liggame Co en Al op battery vermenigvuldiger kapasiteit en coulen doeltreffendheid

Opsomming van katodeplaatdefekte: Die ate in die katodeplaatbedekking verminder die Coulomb-doeltreffendheid van die battery. Die pengat van die positiewe laag verminder die Coulomb-doeltreffendheid, wat lei tot swak vermenigvuldigerwerkverrigting, veral by hoë stroomdigtheid. Die heterogene deklaag het swak vergrotingsprestasie getoon. Metaaldeeltjies besoedelstowwe kan mikro-kortsluitings veroorsaak, en kan dus die batterykapasiteit aansienlik verminder.
Figuur 9 toon die impak van die negatiewe lekfoeliestrook op die vermenigvuldigerkapasiteit en Kulun-doeltreffendheid van die battery. Wanneer die lekkasie by die negatiewe elektrode voorkom, word die kapasiteit van die battery aansienlik verminder, maar die gramkapasiteit is nie duidelik nie, en die impak op die Kulun-doeltreffendheid is nie beduidend nie.

 

Figuur 9 Invloed van negatiewe elektrode lek foelie strook op battery vermenigvuldiger kapasiteit en Kulun doeltreffendheid (2) Invloed op battery vermenigvuldiger siklus prestasie Figuur 10 is die resultaat van die invloed van die elektrode oppervlak defek op battery vermenigvuldiger siklus. Die invloed resultate word soos volg opgesom:
Egregasie: by 2C is die kapasiteit instandhouding koers van 200 siklusse 70% en die defekte battery is 12%, terwyl in 5C siklus, die kapasiteit onderhoud koers van 200 siklusse is 50% en die defekte battery is 14%.
Naaldgat: die kapasiteit verswakking is voor die hand liggend, maar geen totale defek verswakking is vinnig, en die kapasiteit instandhouding koers van 200 siklusse 2C en 5C is 47% en 40%, onderskeidelik.
Metaal vreemde liggaam: die kapasiteit van metaal Co vreemde liggaam is byna 0 na verskeie siklusse, en die 5C siklus kapasiteit van metaal vreemde liggaam Al foelie verminder aansienlik.
Lekstrook: Vir dieselfde lekkasie-area neem die batterykapasiteit van verskeie kleiner strepe vinniger af as 'n groter streep (47% vir 200 siklusse in 5C) (7% vir 200 siklusse in 5C). Dit dui aan dat hoe groter die aantal strepe, hoe groter is die impak op die batterysiklus.

Figuur 10 Effek van elektrodebladoppervlakdefekte op seltempo-siklus

 

Verw.: [1] Nie-vernietigende evaluasie van gleuf-die-bedekte litium sekondêre battery-elektrodes deur in-lyn laser caliper en IR termografie metodes [J].ANALITIKALMETODES.2014, 6(3): 674-683.[2]Effek van elektrode-vervaardigingsdefekte op elektrochemiese werkverrigting van litium-ioonbatterye: Kennis van die batteryonderbrekingsbronne[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.