A rejtély leleplezése: Szuper elméleti kapacitás lítium-ion akkumulátorokban

Miért létezik lítium akkumulátor szuper elméleti kapacitás jelenség

A lítium-ion akkumulátorokban (LIB) sok átmenetifém-oxid alapú elektróda szokatlanul nagy tárolókapacitást mutat elméleti értékén túl. Bár erről a jelenségről széles körben beszámoltak, ezekben az anyagokban a mögöttes fizikai-kémiai mechanizmusok továbbra is megfoghatatlanok, és továbbra is vita tárgyát képezik.

Az eredmények profilja

A közelmúltban Miao Guoxing professzor a Waterloo Egyetemről (Kanada), Yu Guihua professzor a Texasi Egyetemről Austinban, valamint Li Hongsen és Li Qiang a Qingdao Egyetemről közösen publikált egy kutatási tanulmányt a természeti anyagokról „Extra tárolási kapacitás átmenetifém-oxid lítium-ion akkumulátorok, amelyeket in situ magnetometria mutatott ki". Ebben a munkában a szerzők in situ mágneses monitorozást alkalmaztak annak bizonyítására, hogy erős felületi kapacitás van fém nanorészecskéken, és hogy nagyszámú spin-polarizált elektron tárolható a már redukált fém nanorészecskékben, ami összhangban van a térbeli töltési mechanizmussal. Ezenkívül a feltárt térbeli töltési mechanizmus kiterjeszthető más átmenetifém-vegyületekre is, kulcsfontosságú útmutatást adva a fejlett energiatároló rendszerek létrehozásához.

Kutatási eredmények

(1) Egy tipikus vasat az in situ mágneses megfigyelési technikával tanulmányoztak3O4/ Az elektronikus szerkezet kialakulása a Li akkumulátoron belül;

(2) feltárja, hogy a Fe3O4 / Li rendszerben a felületi töltéskapacitás a többletkapacitás fő forrása;

(3) A fém nanorészecskék felületi kapacitásmechanizmusa az átmenetifém-vegyületek széles körére kiterjeszthető.

Szöveg és szöveges útmutató

1. Szerkezeti jellemzés és elektrokémiai tulajdonságok

A monodiszperz üreges Fe-t hagyományos hidrotermikus módszerekkel állítottuk elő3O4Nanosférák, majd 100 mAg−1-nél hajtottuk végre. Töltés és kisütés áramsűrűség mellett (1a. ábra), az első kisülési kapacitás 1718 mAh g−1, a másodiknál ​​1370 mAhg. 1És 1,364 mAhg−1, messze több mint 926 mAhg−1A várakozások elmélete. A teljesen kisütt termékről készült BF-STEM felvételek (1b-c ábra) azt mutatják, hogy a lítium redukciója után Fe3O4A nanogömbök kisebb, körülbelül 1-3 nm-es Fe nanorészecskékké alakultak, amelyek a Li2O központban diszpergáltak.

Az elektrokémiai ciklus során a mágnesesség változásának bemutatására egy mágnesezési görbét kaptunk a 0.01, 1 V-ra való teljes kisütés után (XNUMXd ábra), amely a nanorészecskék képződéséből adódó szuperparamágneses viselkedést mutatja.

1. ábra (a) a ciklus 100 mAg−1Fe mellett áramsűrűségnél3O4/ Li-akkumulátor állandó áram töltési és kisütési görbéje; (b) teljesen lítium Fe3O4Az elektróda BF-STEM képe; (c) Li jelenléte az O és Fe aggregált2 nagyfelbontású BF-STEM képeiben; (d) Fe3O4 Az elektróda hiszterézis görbéi előtte (fekete) és utána (kék), és az utóbbi Langevin-illesztett görbéje (lila).

2. Szerkezeti és mágneses evolúció valós idejű észlelése

Annak érdekében, hogy az elektrokémiát a Fe3O4-hez kapcsolódó szerkezeti és mágneses változásokkal kombinálják, az elektródákat in situ röntgendiffrakciónak (XRD) és in situ mágneses monitorozásnak vetettük alá. Fe XRD diffrakciós minták sorozatában a kezdeti kisülés során a nyitott feszültségről (OCV) 3V4O1.2-ra A diffrakciós csúcsok sem intenzitásban, sem pozícióban nem változtak jelentősen (3a ábra), ami azt jelzi, hogy a Fe4O2Csak a Li interkalációs folyamatot tapasztalta. 3V-ra töltve a Fe4O3Az anti-spinel szerkezet érintetlen marad, ami arra utal, hogy a folyamat ebben a feszültségablakban nagymértékben visszafordítható. További in situ mágneses monitorozást végeztünk állandó áramú töltés-kisülési tesztekkel kombinálva, hogy megvizsgáljuk, hogyan alakul a mágnesezettség valós időben (3b. ábra).

2. ábra Az in situ XRD és a mágneses monitorozás jellemzése.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4Elektrokémiai töltés-kisülés görbe 3 T alkalmazott mágneses tér mellett és a megfelelő in situ reverzibilis mágneses válasz.

Ennek az átalakítási folyamatnak a mágnesezési változások tekintetében történő alaposabb megértéséhez valós időben gyűjtjük a mágneses választ és az elektrokémiailag vezérelt reakciókat kísérő megfelelő fázisátalakulást (3. ábra). Teljesen világos, hogy az első kisülés során a Fe3O4Az elektródák mágnesezési reakciója eltér a többi ciklustól a vas miatt az első litalizáció során3O4A visszafordíthatatlan fázisátalakulás miatt. Amikor a potenciál 0.78 V-ra csökkent, a Fe3O4Az antispinel fázis Li2-t tartalmazott. Az O osztályú FeO halit szerkezete, Fe3O4A fázis nem állítható vissza töltés után. Ennek megfelelően a mágnesezettség gyorsan 0.482 μb Fe−1-re csökken. A litializáció előrehaladtával nem alakult ki új fázis, és a (200) és (220) osztályú FeO diffrakciós csúcsok intenzitása gyengülni kezdett.egyenlő Fe3O4 Az elektróda teljes liializálása esetén nem marad meg jelentős XRD csúcs (3a. ábra). Vegye figyelembe, hogy amikor a Fe3O4 elektróda 0.78 V-ról 0.45 V-ra kisül, a mágnesezettség (0.482 μb Fe-1-ről 1.266 μbFe-1-re nőtt), Ez a FeO-ról Fe-re való konverziós reakciónak tulajdonítható. Ezután a kisülés végén a mágnesezettséget lassan 1.132 μB Fe-1-re csökkentettük. Ez a megállapítás arra utal, hogy a teljesen redukált fém Fe0Nanorészecskék továbbra is részt vehetnek a lítium tárolási reakciójában, így csökkentve az elektródák mágnesezettségét.

3. ábra A fázisátalakulás és a mágneses válasz in situ megfigyelései.（a）Fe3O4In situ XRD térkép, amelyet az elektróda első kisütésekor gyűjtöttünk; (b) Fe3O4 In situ mágneses erő mérése / Li cellák elektrokémiai ciklusaiban 3 T alkalmazott mágneses tér mellett.

3. Fe0/Li2 Az O rendszer felületi kapacitása

Fe3O4Az elektródák mágneses változásai alacsony feszültségen mennek végbe, amelynél nagy valószínűséggel további elektrokémiai kapacitás keletkezik, ami a sejtben fel nem fedezett töltéshordozók jelenlétére utal. A potenciális lítiumtároló mechanizmus feltárása érdekében a Fe-t XPS, STEM és mágneses teljesítményspektrum3O4 segítségével tanulmányozták 0.01 V, 0.45 V és 1.4 V feszültségű mágnesezési csúcsok elektródáival, hogy meghatározzuk a mágneses változás forrását. Az eredmények azt mutatják, hogy a mágneses momentum kulcsfontosságú tényező a mágneses változásban, mivel az O rendszer mért Fe0/Li2The Ms-ét nem befolyásolja a mágneses anizotrópia és a részecskék közötti csatolás.

A Fe3O4 további megértéséhez Az elektródák kinetikai tulajdonságai alacsony feszültségen, ciklikus voltammetria különböző pásztázási sebességeknél. A 4a. ábrán látható módon a téglalap alakú ciklikus voltammogram görbe a 0.01V és 1V közötti feszültségtartományon belül jelenik meg (4a. ábra). A 4b. ábra azt mutatja, hogy a Fe3O4A kapacitív válasz az elektródán történt. Az állandó áramú töltési és kisütési folyamat nagymértékben reverzibilis mágneses válaszával (4c. ábra) az elektróda mágnesezettsége 1 V-ról 0.01 V-ra csökkent a kisülési folyamat során, majd ismét megnőtt a töltési folyamat során, jelezve, hogy a Fe0Of kondenzátorszerű A felületi reakció erősen reverzibilis.

4. ábra Elektrokémiai tulajdonságok és in situ mágneses jellemzés 0.011 V-on.(A) A ciklikus voltammetriás görbe.(B) a b értéket a csúcsáram és a pásztázási sebesség közötti korreláció alapján határozzuk meg; (c) a mágnesezettség reverzibilis változása a töltés-kisülés görbéhez képest 5 T mágneses tér mellett.

Fe3O4A fent említett Fe0O3Az elektródák elektrokémiai, szerkezeti és mágneses jellemzői arra utalnak, hogy az akkumulátor többletkapacitását a Fe4 határozza meg. A nanorészecskék spin-polarizált felületi kapacitását az ezzel járó mágneses változások okozzák. A spin-polarizált kapacitás az interfészen lévő spin-polarizált töltés felhalmozódásának eredménye, és mágneses választ képes megjeleníteni a töltés és kisütés során. Fe2O2-hez Az alapelektródát az első kisülési folyamat során Li5Fine Fe nanorészecskékben diszpergálták az O szubsztrátban. nagy felület-térfogat arányokat és nagy állapotsűrűséget valósítanak meg Fermi szinten az erősen lokalizált d pályák miatt. Maier térbeli töltéstárolás elméleti modellje szerint a szerzők azt javasolják, hogy a fémes Fe nanorészecskék spin-hasító sávjaiban nagy mennyiségű elektron tárolható, ami megtalálható a Fe / LiXNUMX-ben. XNUMX. ábra).

grafikon 5Fe/Li2A A spin-polarizált elektronok felületi kapacitásának sematikus ábrázolása az O-felületen.(A) a ferromágneses fémrészecskék felületének spinpolarizációs állapotsűrűségének sematikus diagramja (kisütés előtt és után), ellentétben a a vas tömeges spin-polarizációja; (b) a tértöltési régió kialakulása a túltárolt lítium felületi kondenzátor modelljében.

Összefoglaló és Outlook

A TM/Li-t fejlett in-situ mágneses monitorozással vizsgálták.2 Az O nanokompozit belső elektronikus szerkezetének fejlődése, hogy felfedje a lítium-ion akkumulátor további tárolókapacitásának forrását. Az eredmények azt mutatják, hogy mind a Fe3O4/Li modell cellarendszerben az elektrokémiailag redukált Fe nanorészecskék nagy mennyiségű spin-polarizált elektront képesek tárolni, ami a túlzott cellakapacitás és a jelentősen megváltozott határfelületi mágnesesség következtében. A kísérletek tovább igazolták a CoO, NiO és FeF2És Fe2-t. Az ilyen kapacitás jelenléte az N elektród anyagában a fém nanorészecskék spin-polarizált felületi kapacitásának meglétét jelzi a lítium-ion akkumulátorokban, és megalapozza e térbeli töltéstároló mechanizmus alkalmazását más átmenetekben. fémvegyület alapú elektródaanyagok.

Irodalom link

Extra tárolókapacitás az átmenetifém-oxid lítium-ion akkumulátorokban, amelyet in situ magnetometria mutatott ki (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

A lítium elektróda lapka tervezési képlete és az elektróda lapka hibáinak hatása a teljesítményre

1. Pólusfilm tervezés alapozó cikk

A lítium akkumulátor elektróda részecskékből álló bevonat, amelyet egyenletesen visznek fel a fémfolyadékra. A lítium-ion akkumulátor elektróda bevonat kompozit anyagnak tekinthető, amely főként három részből áll:

(1) Hatóanyag-részecskék;

(2) a vezetőképes ágens és a szer alkotó fázisa (szénragasztó fázis);

(3) A pórusokat töltse fel elektrolittal.

Az egyes fázisok térfogatviszonyát a következőképpen fejezzük ki:

Porozitás + élőanyag térfogathányad + szénragasztó fázis térfogathányada =1

A lítium akkumulátor elektróda tervezésének tervezése nagyon fontos, és most röviden bemutatjuk a lítium akkumulátor elektróda tervezésének alapvető ismereteit.

(1) Az elektróda anyagának elméleti kapacitása Az elektróda anyagának elméleti kapacitása, azaz az elektrokémiai reakcióban részt vevő anyagban lévő összes lítium-ion kapacitása, értéke az alábbi egyenlettel számítható ki:

Például a LiFePO4A moláris tömege 157.756 g/mol, elméleti kapacitása pedig:

Ez a számított érték csak az elméleti grammkapacitás. Az anyag reverzibilis szerkezetének biztosítása érdekében a tényleges lítium-ion eltávolítási együttható kisebb, mint 1, és az anyag tényleges gramm kapacitása:

Az anyag tényleges grammkapacitása = a lítium-ion leválasztási együttható elméleti kapacitása

(2) Az akkumulátor tervezési kapacitása és rendkívül egyoldalú sűrűség Az akkumulátor tervezési kapacitása a következő képlettel számítható ki: akkumulátor tervezési kapacitás = bevonat felületi sűrűsége aktív anyag arány aktív anyag gramm kapacitás pólus lap bevonat területe

Ezek közül a bevonat felületi sűrűsége kulcsfontosságú tervezési paraméter. Ha a tömörítési sűrűség változatlan, a bevonat felületi sűrűségének növekedése azt jelenti, hogy nő a póluslap vastagsága, nő az elektronátbocsátási távolság és nő az elektronellenállás, de a növekedés mértéke korlátozott. A vastag elektródalemezben az elektrolitban lévő lítium-ionok migrációs impedanciájának növekedése a fő oka, amely befolyásolja az arány jellemzőit. A porozitást és a póruscsavarodást figyelembe véve az ionok vándorlási távolsága a pórusban sokszorosa a póluslemez vastagságának.

(3) A negatív-pozitív kapacitásarány N/P negatív kapacitás és a pozitív kapacitás arányát a következőképpen határozzuk meg:

Az N / P-nek nagyobbnak kell lennie, mint 1.0, általában 1.04 ~ 1.20, ami főként a biztonsági tervezésben van, hogy megakadályozza a negatív oldali lítium-ion kicsapódását elfogadási forrás nélkül, a tervezésnél figyelembe kell venni a folyamat kapacitását, például a bevonat eltérését. Ha azonban az N / P túl nagy, az akkumulátor visszafordíthatatlanul elveszíti kapacitását, ami alacsony akkumulátorkapacitást és alacsonyabb energiasűrűséget eredményez.

A lítium-titanát anód esetében a pozitív elektróda felesleget alkalmazzák, és az akkumulátor kapacitását a lítium-titanát anód kapacitása határozza meg. A pozitív többletkialakítás elősegíti az akkumulátor magas hőmérsékletű teljesítményének javítását: a magas hőmérsékletű gáz főként a negatív elektródából származik. A pozitív feleslegben a negatív potenciál alacsony, és könnyebben lehet SEI filmet képezni a lítium-titanát felületén.

(4) A bevonat tömörítési sűrűsége és porozitása A gyártási folyamat során az akkumulátorelektróda bevonat tömörítési sűrűségét a következő képlettel számítjuk ki. Figyelembe véve, hogy a póluslemez hengerlésekor a fémfólia megnyúlik, a henger utáni bevonat felületi sűrűségét a következő képlettel számítjuk ki.

Mint korábban említettük, a bevonat élő anyag fázisból, széntapadó fázisból és pórusokból áll, és a porozitás a következő egyenlettel számítható ki.

Ezek közül a bevonat átlagos sűrűsége: a lítium akkumulátor elektróda egyfajta bevonat por részecskék, mivel a porszemcsék felülete durva, szabálytalan alakú, felhalmozódáskor részecskék a részecskék és részecskék között, és néhány részecskén is repedések és pórusok vannak, így a por térfogata, beleértve a por térfogatát, a porrészecskék és a részecskék közötti pórusok, ezért az elektróda bevonat sűrűségének és porozitásának megfelelő változata. A porszemcsék sűrűsége a por térfogategységenkénti tömegére vonatkozik. A por térfogata szerint három típusra osztható: valódi sűrűségre, részecskesűrűségre és felhalmozódási sűrűségre. A különböző sűrűségeket a következőképpen határozzuk meg:

1. A valódi sűrűség azt a sűrűséget jelenti, amelyet a por tömegének a térfogattal (valós térfogattal) való osztásával kapunk, a részecskék belső és külső réseit figyelmen kívül hagyva. Vagyis magának az anyagnak az összes üreg térfogatának kizárása után kapott sűrűsége.
2. A részecskesűrűség a részecskék sűrűsége, amelyet úgy kapunk, hogy a por tömegét elosztjuk a részecske térfogatával, beleértve a nyitott lyukat és a zárt lyukat. Vagyis a részecskék közötti rés, de nem a részecskék belsejében lévő finom pórusok, maguk a részecskék sűrűsége.
3. A felhalmozódási sűrűség, vagyis a bevonat sűrűsége azt a sűrűséget jelenti, amelyet a por tömegének elosztva a por által képzett bevonat térfogatával kapunk. A felhasznált térfogat magában foglalja a részecskék pórusait és a részecskék közötti üregeket.

Ugyanazon por esetén valódi sűrűség> részecskesűrűség> csomagolási sűrűség. A por porozitása a porszemcsés bevonat pórusainak aránya, vagyis a porszemcsék és a részecskék pórusai közötti üreg térfogatának aránya a bevonat teljes térfogatához, amelyet általában kifejeznek. százalékban. A por porozitása a részecske morfológiájával, felületi állapotával, részecskeméretével és szemcseméret-eloszlásával kapcsolatos átfogó tulajdonság. Porozitása közvetlenül befolyásolja az elektrolit beszivárgását és a lítium-ion átvitelt. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a porozitás, annál könnyebb az elektrolit beszivárgása, és annál gyorsabb a lítium-ion transzmisszió. Ezért a tervezési lítium akkumulátor, néha a porozitás meghatározásához, általánosan használt higanynyomás módszer, gáz adszorpciós módszer, stb is beszerezhető a sűrűség számítás. A porozitásnak is különböző következményei lehetnek, ha különböző sűrűségeket használunk a számításokhoz. Ha az élő anyag, a vezetőanyag és a kötőanyag porozitásának sűrűségét a valós sűrűséggel számoljuk, akkor a számított porozitás magában foglalja a részecskék közötti rést és a részecskék belsejében lévő rést. Ha az élő anyag, a vezetőanyag és a kötőanyag porozitását a részecskesűrűség alapján számítjuk ki, akkor a számított porozitás tartalmazza a részecskék közötti rést, de a részecskék belsejében lévő rést nem. Ezért a lítium akkumulátor elektróda lapjának pórusmérete is többléptékű, általában a részecskék közötti rés mikronos léptékű, míg a részecskék belsejében a nanométertől szubmikronig terjedő méretű. Porózus elektródákban a transzport tulajdonságok, például az effektív diffúzió és a vezetőképesség kapcsolata a következő egyenlettel fejezhető ki:

Ahol D0 magának az anyagnak a belső diffúziós (vezetési) sebességét jelenti, ε a megfelelő fázis térfogathányada, τ pedig a megfelelő fázis körgörbülete. A makroszkopikus homogén modellben általában a Bruggeman-relációt használják, és az ɑ =1.5 együtthatót veszik fel a porózus elektródák effektív pozitivitásának becslésére.

Az elektrolitot a porózus elektródák pórusai töltik ki, amelyekben a lítium-ionok az elektroliton keresztül vezetnek, és a lítium-ionok vezetési jellemzői szorosan összefüggenek a porozitással. Minél nagyobb a porozitás, annál nagyobb az elektrolit fázis térfogati hányada, és annál nagyobb a lítium-ionok effektív vezetőképessége. A pozitív elektródalapban az elektronok a széntapadó fázison keresztül jutnak át, a szénragasztó fázis térfogati hányada és a szénragasztó fázis kitérése közvetlenül meghatározza az elektronok effektív vezetőképességét.

A széntapadó fázis porozitása és térfogathányada ellentmondásos, a nagy porozitás pedig elkerülhetetlenül a széntapadó fázis térfogati hányadához vezet, ezért a lítium-ionok és elektronok effektív vezetési tulajdonságai is ellentmondásosak, amint az a 2. ábrán látható. A porozitás csökkenésével a lítium ion effektív vezetőképessége csökken, míg az elektron effektív vezetőképesség nő. A kettő egyensúlyának módja szintén kritikus az elektróda kialakításában.

2. ábra A porozitás, valamint a lítium-ion és elektronvezetőképesség sematikus diagramja

2. A pólushibák típusa és észlelése

 

Jelenleg az akkumulátorpólus-előkészítés folyamatában egyre több online detektálási technológiát alkalmaznak a termékek gyártási hibáinak hatékony azonosítása, a hibás termékek kiküszöbölése, valamint a gyártósorra történő időben történő visszajelzés, a gyártás automatikus vagy kézi beállítása. folyamat, hogy csökkentse a hibás arányt.

A póluslemezek gyártásában általánosan használt on-line detektálási technológiák közé tartozik a hígtrágya karakterisztikája, a póluslemez minőségének detektálása, a méretérzékelés és így tovább. Például: (1) az online viszkozitásmérőt közvetlenül a bevonat tárolótartályába szerelik a reológiai szennyeződések kimutatására. a hígtrágya jellemzői valós időben, a hígtrágya stabilitásának tesztelése; (2) Röntgen vagy β-sugárzás használata a bevonási folyamatban, nagy mérési pontossága, de nagy sugárzás, magas berendezések ára és karbantartási problémák; (3) Lézeres online vastagságmérési technológiát alkalmaznak a póluslemez vastagságának mérésére, A mérési pontosság elérheti a ± 1 μm-t, Valós időben képes megjeleníteni a mért vastagság és vastagság változási trendjét is, megkönnyíti az adatok nyomon követhetőségét és elemzés; (0) CCD látástechnológia, vagyis a CCD vonaltömb a mért objektum átvizsgálására szolgál, Valós idejű képfeldolgozás és hibakategóriák elemzése, A póluslap felületi hibáinak roncsolásmentes online észlelése.

A minőség-ellenőrzés eszközeként az online tesztelési technológia is elengedhetetlen a hibák és az akkumulátor teljesítménye közötti összefüggés megértéséhez, hogy meghatározzuk a félkész termékek minősített/nem minősített kritériumait.

Az utóbbi részben röviden bemutatásra kerül a lítium-ion akkumulátor felületi hibadetektálási technológiájának új módszere, az infravörös hőképezési technológia, valamint ezeknek a különböző hibáknak és az elektrokémiai teljesítőképességnek a kapcsolata.konzultáljon Mohanty D.-vel. Mohanty et al. alapos tanulmánya.

(1) Gyakori hibák a póluslemez felületén

A 3. ábra a lítium-ion akkumulátor elektróda felületének gyakori hibáit mutatja, bal oldalon az optikai kép, a jobb oldalon pedig a hőkamerával rögzített kép.

3. ábra Gyakori hibák a póluslemez felületén: (a, b) kidudorodó burok / adalékanyag; (c, d) cseppanyag / lyuk; (e, f) fém idegen test; (g, h) egyenetlen bevonat

 

(A, b) megemelkedett dudor / aggregátum, ilyen hibák akkor fordulhatnak elő, ha a zagyot egyenletesen keverik, vagy a bevonat sebessége instabil. A ragasztóanyag és a koromvezető szerek gregációja alacsony hatóanyag-tartalomhoz és a poláris tabletták könnyű súlyához vezet.

 

(c, d) csepp / tűlyuk, ezek a hibás területek nincsenek bevonva, és általában a zagyban lévő buborékok miatt keletkeznek. Csökkentik az aktív anyag mennyiségét, és az elektrolit hatásának teszik ki a kollektort, így csökken az elektrokémiai kapacitás.

 

(E, f) a berendezésbe és a környezetbe került fémidegen testek, zagy vagy fémidegen testek, valamint fémidegen testek nagy károkat okozhatnak a lítium akkumulátorokban. A nagy fémrészecskék közvetlenül károsítják a membránt, ami rövidzárlatot eredményez a pozitív és negatív elektródák között, ami fizikai rövidzárlat. Ezen túlmenően, amikor a fém idegen testet a pozitív elektródába keverik, a pozitív potenciál a töltés után megnő, a fém feloldódik, szétterül az elektroliton, majd a negatív felületen kicsapódik, végül kilyukasztja a membránt, rövidzárlatot képezve, amely kémiai oldódási rövidzárlat. Az akkumulátorgyár területén a leggyakrabban előforduló fém idegen testek a Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS stb.

 

(g, h) egyenetlen bevonat, például a hígtrágya keverése nem elegendő, a részecskék finomsága könnyen csíkokat jelenít meg, ha a részecske nagy, ami egyenetlen bevonatot eredményez, ami befolyásolja az akkumulátor kapacitásának konzisztenciáját, sőt teljesen megjelenik nincs bevonócsík, hatással van a kapacitásra és a biztonságra.

(2) Póluschip felületi hibák észlelési technológia Az infravörös (IR) hőképalkotási technológia a száraz elektródák kisebb hibáinak észlelésére szolgál, amelyek károsíthatják a lítium-ion akkumulátorok teljesítményét. Az online észlelés során, ha az elektróda hibáját vagy szennyezőanyagát észlelik, jelölje meg a póluslapon, a következő folyamatban szüntesse meg, és adja vissza a gyártósorra, és időben állítsa be a folyamatot a hibák kiküszöbölésére. Az infravörös sugárzás egyfajta elektromágneses hullám, amely ugyanolyan természetű, mint a rádióhullámok és a látható fény. Egy speciális elektronikus eszközzel egy tárgy felületének hőmérséklet-eloszlását az emberi szem látható képévé alakítják, a tárgy felületének hőmérséklet-eloszlását pedig különböző színekben jelenítik meg infravörös hőképalkotási technológiának. Ezt az elektronikus eszközt infravörös hőkamerának nevezik. Minden abszolút nulla (-273 ℃) feletti tárgy infravörös sugárzást bocsát ki.
A 4. ábrán látható módon az infravörös hőközelítő (IR kamera) az infravörös detektort és az optikai képalkotó objektívet használja a mért céltárgy infravörös sugárzási energiaeloszlási mintázatának elfogadására és az infravörös detektor fényérzékeny elemére való visszaverésére, hogy megkapja a infravörös hőkép, amely az objektum felületén lévő hőeloszlási mezőnek felel meg. Ha egy tárgy felületén hiba van, a hőmérséklet eltolódik a területen. Ezért ez a technológia az objektum felületén lévő hibák kimutatására is használható, különösen alkalmas egyes olyan hibákra, amelyek optikai érzékelő eszközökkel nem különböztethetők meg. A lítium-ion akkumulátor száradó elektródájának online észlelésekor az elektróda elektródáját először a vaku besugározza, megváltozik a felületi hőmérséklet, majd hőkamerával érzékeli a felületi hőmérsékletet. A hőeloszlási kép láthatóvá válik, és a képet valós időben dolgozzák fel és elemzik a felületi hibák észlelése és időben történő megjelölése érdekében.D. Mohanty A tanulmány hőkamerát telepített a bevonó szárító kemence kimenetéhez, hogy érzékelje az elektródalap felületének hőmérséklet-eloszlási képét.

Az 5. (a) ábra a hőkamerával észlelt NMC pozitív póluslap bevonatfelületének hőmérséklet-eloszlási térképe, amely egy nagyon kis, szabad szemmel nem megkülönböztethető hibát tartalmaz. Az útvonalszakasznak megfelelő hőmérséklet-eloszlási görbe a belső betétben látható, a hibaponton egy hőmérsékletcsúcskal. Az 5(b) ábrán a hőmérséklet lokálisan növekszik a megfelelő dobozban, ami megfelel a póluslap felületének hibájának. ÁBRA. A 6. ábra a negatív elektródalap felületi hőmérséklet-eloszlási diagramja, amely a hibák meglétét mutatja, ahol a hőmérséklet-emelkedés csúcsa a buboréknak vagy aggregátumnak, a hőmérséklet-csökkenés területe pedig a tűlyuknak vagy cseppnek felel meg.

5. ábra A pozitív elektródalap felületének hőmérséklet-eloszlása

6. ábra A negatív elektróda felületének hőmérséklet-eloszlása

 

Látható, hogy a hőmérséklet-eloszlás hőképes detektálása jó eszköze a póluslemez felületi hibák észlelésének, amely felhasználható a póluslemezgyártás minőségellenőrzésére.3. A póluslap felületi hibáinak hatása az akkumulátor teljesítményére

 

(1) Hatás az akkumulátor szorzókapacitására és a Coulomb-hatékonyságra

A 7. ábra az aggregátum és a tűlyuk hatásgörbéjét mutatja az akkumulátor szorzóképességére és a coulen hatékonyságára. Az aggregátum valóban javíthatja az akkumulátor kapacitását, de csökkentheti a coulen hatékonyságát. A tűlyuk csökkenti az akkumulátor kapacitását és a Kulun hatékonyságát, és a Kulun hatékonysága nagymértékben csökken.

A 7. ábra a katód aggregátum és a tűlyuk hatása az akkumulátor kapacitására és a 8. ábra hatékonyságára az egyenetlen bevonat, valamint a fém idegentest Co és Al az akkumulátor kapacitására és a hatékonysági görbe hatására, az egyenetlen bevonat 10%-kal csökkenti az akkumulátor egység tömegkapacitását - 20%-kal, de a teljes akkumulátorkapacitás 60%-kal csökkent, ez azt mutatja, hogy a sarki darab élőtömege jelentősen csökkent. Metal Co idegentest kapacitása és Coulomb-hatékonysága, még 2C és 5C nagy nagyításban is, egyáltalán nincs kapacitás, ami a lítium és a beágyazott lítium elektrokémiai reakciójában a fém Co képződéséből, vagy a fémrészecskékből adódhat. eltömődött a membrán pórusa mikrozárlatot okozott.

8. ábra A pozitív elektróda egyenetlen bevonatának és a fém idegen testeknek a Co és Al hatása az akkumulátor sokszorozó kapacitására és a coulen hatékonyságára

A katódlemez hibáinak összefoglalása: A katódlemez bevonatában lévő anyagok csökkentik az akkumulátor Coulomb-hatékonyságát. A pozitív bevonat tűlyukja csökkenti a Coulomb-hatékonyságot, ami rossz szorzóteljesítményt eredményez, különösen nagy áramsűrűség esetén. A heterogén bevonat gyenge nagyítási teljesítményt mutatott. A fémrészecskék szennyeződései mikro-rövidzárlatot okozhatnak, és ezért nagymértékben csökkenthetik az akkumulátor kapacitását.
A 9. ábra a negatív szivárgó fóliacsík hatását mutatja az akkumulátor szorzókapacitására és Kulun hatékonyságára. Ha a szivárgás a negatív elektródán történik, az akkumulátor kapacitása jelentősen csökken, de a gramm kapacitás nem nyilvánvaló, és a Kulun hatásfokára gyakorolt ​​​​hatás nem jelentős.

 

9. ábra A negatív elektródszivárgó fóliacsík hatása az akkumulátor sokszorozó kapacitására és a Kulun hatékonyságra (2) Az akkumulátor sokszorozó ciklus teljesítményére gyakorolt ​​hatás A 10. ábra az elektróda felületi hibájának az akkumulátor sokszorozó ciklusára gyakorolt ​​hatásának eredménye. A hatások eredményeit a következőképpen foglaljuk össze:
Egregáció: 2C-on 200 ciklus kapacitásfenntartási aránya 70%, a hibás akkumulátoré 12%, míg 5C ciklusban 200 ciklus kapacitásfenntartási aránya 50%, a hibás akkumulátoré 14%.
Tűlyuk: a kapacitás csillapítása nyilvánvaló, de az összesített hibacsillapítás nem gyors, és a 200 ciklus 2C és 5C kapacitás fenntartási aránya 47%, illetve 40%.
Fém idegen test: a fém Co idegentest kapacitása több ciklus után közel 0, a fém idegentest Al fólia 5C cikluskapacitása pedig jelentősen csökken.
Szivárgási csík: Ugyanazon szivárgási területen több kisebb csík akkumulátorkapacitása gyorsabban csökken, mint egy nagyobb csíké (47% 200 ciklus esetén 5 °C-on) (7% 200 ciklus esetén 5 °C-on). Ez azt jelzi, hogy minél nagyobb a csíkok száma, annál nagyobb a hatás az akkumulátor ciklusára.

10. ábra Az elektródalap felületi hibáinak hatása a cella sebességi ciklusára

 

Hiv.: [1] Résbevonatú lítium szekunder akkumulátorelektródák roncsolásmentes kiértékelése soros lézeres tolómérővel és IR termográfiás módszerekkel [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Hatás elektródák gyártási hibái a lítium-ion akkumulátorok elektrokémiai teljesítményén: Cognizance of the akkumulátor hibaforrások [J]. Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.