Razotkrivanje misterije: Super teoretski kapacitet u litijum-jonskim baterijama

Zašto litijumska baterija postoji fenomen superteorijskog kapaciteta

U litijum-jonskim baterijama (LIB), mnoge elektrode na bazi oksida prelaznih metala pokazuju neobično visok kapacitet skladištenja iznad njihove teorijske vrednosti. Iako je ovaj fenomen naširoko izvještavan, osnovni fizičko-hemijski mehanizmi u ovim materijalima ostaju nedostižni i ostaju predmet rasprave.

Profil rezultata

Nedavno su profesor Miao Guoxing sa Univerziteta Waterloo, Kanada, profesor Yu Guihua sa Univerziteta Teksas u Austinu, te Li Hongsen i Li Qiang sa Univerziteta Qingdao zajedno objavili istraživački rad o prirodnim materijalima pod naslovom "Dodatni kapaciteti za skladištenje u litijum-jonske baterije sa prelaznim metalnim oksidom otkrivene in situ magnetometrijom". U ovom radu, autori su koristili in situ magnetni monitoring kako bi demonstrirali prisustvo jake površinske kapacitivnosti na metalnim nanočesticama i da se veliki broj spin-polarizovanih elektrona može pohraniti u već redukovane metalne nanočestice, što je u skladu sa mehanizmom prostornog naboja. Pored toga, otkriveni mehanizam prostornog naboja može se proširiti na druga jedinjenja prelaznih metala, pružajući ključni vodič za uspostavljanje naprednih sistema za skladištenje energije.

Istaknuta istraživanja

(1) Tipični Fe je proučavan upotrebom in-situ tehnike magnetnog praćenja3O4/ Evolucija elektronske strukture unutar Li baterije;

(2) otkriva da je Fe3O4U sistemu /Li, kapacitet površinskog punjenja glavni izvor dodatnog kapaciteta;

(3) Mehanizam površinske kapacitivnosti metalnih nanočestica može se proširiti na širok raspon spojeva prelaznih metala.

Tekst i tekstualni vodič

1. Karakterizacija strukture i elektrohemijska svojstva

Monodisperzno šuplje Fe je sintetizovano konvencionalnim hidrotermalnim metodama3O4Nanosfere, a zatim izvedeno pri 100 mAg−1Punjenje i pražnjenje pri gustini struje (slika 1a), prvi kapacitet pražnjenja je 1718 mAh g−1, 1370 mAhg, drugi put, respektivno. 1I 1,364 mAhg−1, daleko preko 926 mAhg−1Teorija očekivanja. BF-STEM slike potpuno ispražnjenog proizvoda (slika 1b-c) pokazuju da su nakon redukcije litijuma, Fe3O4 nanosfere pretvorene u manje nanočestice Fe veličine oko 1 – 3 nm, dispergovane u centru Li2O.

Da bi se demonstrirala promjena magnetizma tokom elektrohemijskog ciklusa, dobijena je kriva magnetizacije nakon punog pražnjenja do 0.01 V (slika 1d), koja pokazuje superparamagnetno ponašanje uslijed formiranja nanočestica.

Slika 1 (a) pri 100 mAg−1Fe ciklusa pri gustini struje3O4/ krivulja punjenja i pražnjenja sa konstantnom strujom Li baterije; (b) potpuno litijum Fe3O4 BF-STEM slika elektrode; (c) prisustvo Li u agregatnim2 BF-STEM slikama visoke rezolucije i O i Fe; (d) Fe3O4 Krivulja histereze elektrode prije (crna) i poslije (plava), i Langevinova postavljena krivulja potonje (ljubičasta).

2. Detekcija strukturne i magnetne evolucije u realnom vremenu

U cilju kombinovanja elektrohemije sa Fe3O4O strukturnih i magnetnih promena povezanih sa Fe3O4, elektrode su podvrgnute in situ rendgenskoj difrakciji (XRD) i in situ magnetskom praćenju. Fe u seriji XRD difrakcijskih obrazaca tokom početnog pražnjenja od napona otvorenog kruga (OCV) do 1.2 V3O4 Difrakcijski vrhovi se nisu značajno promijenili ni u intenzitetu ni u položaju (slika 2a), što ukazuje da je Fe3O4 samo doživio proces interkalacije Li. Kada se napuni do 3V, Fe3O4 struktura protiv spinela ostaje netaknuta, što sugeriše da je proces u ovom naponskom prozoru veoma reverzibilan. Daljnji in-situ magnetni nadzor u kombinaciji sa testovima punjenja i pražnjenja konstantnom strujom izveden je kako bi se istražilo kako se magnetizacija razvija u realnom vremenu (Slika 2b).

Slika 2. Karakterizacija in situ XRD i magnetnog monitoringa. (A) in situ XRD; (b) Fe3O4Elektrohemijska kriva naelektrisanja i pražnjenja pod primenjenim magnetnim poljem od 3 T i odgovarajući reverzibilni in situ magnetni odgovor.

Da bi se steklo bazičnije razumijevanje ovog procesa konverzije u smislu promjena magnetizacije, magnetski odgovor se prikuplja u realnom vremenu i odgovarajući fazni prijelaz koji prati elektrohemijski vođene reakcije (slika 3). Sasvim je jasno da se tokom prvog pražnjenja Fe3O4Odziv magnetizacije elektroda razlikuje od ostalih ciklusa zbog Fe tokom prve litalizacije3O4Zbog ireverzibilnog faznog prelaza. Kada je potencijal pao na 0.78V, Fe3O4The antispinel faza je pretvorena da sadrži Li2. Klasa FeO halitne strukture O, Fe3O4Faza se ne može obnoviti nakon punjenja. Shodno tome, magnetizacija brzo opada na 0.482 μb Fe−1. Kako litijalizacija napreduje, nije se formirala nova faza, a intenzitet difrakcijskih pikova klase (200) i (220) FeO počeo je da slabi. jednak Fe3O4 Ne postoji značajan XRD pik koji se zadržava kada je elektroda potpuno lijalizirana (slika 3a). Imajte na umu da kada se Fe3O4 elektroda isprazni sa 0.78V na 0.45V, magnetizacija (sa 0.482 μb Fe−1 se povećala na 1.266 μbFe−1), to se pripisuje reakciji konverzije iz FeO u Fe. Zatim, na kraju pražnjenja, magnetizacija je polako smanjena na 1.132 μB Fe−1. Ovo otkriće sugerira da potpuno reducirane metalne Fe0Nanočestice još uvijek mogu sudjelovati u reakciji skladištenja litijuma, smanjujući tako magnetizaciju elektroda.

Slika 3 In situ posmatranja faznog prelaza i magnetnog odgovora.（a）Fe3O4In situ XRD mapa prikupljena tokom prvog pražnjenja elektrode; (b) Fe3O4 In situ mjerenje magnetske sile elektrohemijskih ciklusa / Li ćelija pri primijenjenom magnetnom polju od 3 T.

3. Fe0/Li2Površinski kapacitet O sistema

Fe3O4 Magnetne promjene elektroda nastaju pri niskim naponima, pri čemu se najvjerovatnije stvara dodatni elektrohemijski kapacitet, što ukazuje na prisustvo neotkrivenih nosilaca naboja unutar ćelije. Da bi se istražio potencijalni mehanizam skladištenja litijuma, Fe je proučavan uz pomoć XPS, STEM i spektra magnetnih performansi3O4Elektroda sa vrhovima magnetizacije na 0.01V, 0.45V i 1.4V kako bi se odredio izvor magnetske promjene. Rezultati pokazuju da je magnetni moment ključni faktor koji utiče na magnetnu promjenu, jer na izmjerene Fe0/Li2The Ms O sistema ne utiče magnetna anizotropija i međučestična sprega.

Da bi se dalje razumio Fe3O4, kinetička svojstva elektroda pri niskom naponu, ciklička voltametrija pri različitim brzinama skeniranja. Kao što je prikazano na slici 4a, kriva pravokutnog cikličkog voltamograma pojavljuje se u rasponu napona između 0.01 V i 1 V (Slika 4a). Slika 4b pokazuje da se Fe3O4A kapacitivni odziv pojavio na elektrodi. Sa visoko reverzibilnim magnetnim odzivom procesa punjenja i pražnjenja konstantnom strujom (slika 4c), magnetizacija elektrode se smanjila sa 1V na 0.01V tokom procesa pražnjenja, a ponovo se povećala tokom procesa punjenja, što ukazuje da je Fe0O kondenzatoru sličnom površinska reakcija je vrlo reverzibilna.

Slika 4. elektrohemijska svojstva i in situ magnetna karakterizacija na 0.011 V. (A) Ciklična voltametrijska kriva. (B) vrijednost b je određena korištenjem korelacije između vršne struje i brzine skeniranja; (c) reverzibilnu promjenu magnetizacije u odnosu na krivu naboj-pražnjenje pod primijenjenim magnetskim poljem od 5 T.

gore pomenuti Fe3O4 Elektrohemijske, strukturne i magnetske karakteristike elektroda ukazuju na to da je dodatni kapacitet baterije određen Fe0. Spin-polarizovan površinski kapacitet nanočestica uzrokovan je pratećim magnetskim promjenama. Spin-polarizirani kapacitet je rezultat akumulacije spin-polariziranog naboja na sučelju i može prikazati magnetni odgovor tokom punjenja i pražnjenja. do Fe3O4 Osnovna elektroda, tokom prvog procesa pražnjenja, bila je dispergirana u nanočesticama Li2Fine Fe u O supstratu. velike omjere površine i volumena i ostvaruju visoku gustoću stanja na Fermijevom nivou zbog visoko lokaliziranih d orbitala. Prema Maierovom teorijskom modelu prostornog skladištenja naboja, autori predlažu da se velike količine elektrona mogu pohraniti u trakama koje se cijepaju na metalnim Fe nanočesticama, koje se mogu naći u Fe / Li2 Stvarajući spin-polarizirane površinske kondenzatore u O nanokompozitima ( Slika 5).

graf 5Fe/Li2A Šematski prikaz površinske kapacitivnosti spin-polarizovanih elektrona na O-međusa. (A) šematski dijagram gustine stanja spinske polarizacije površine feromagnetnih metalnih čestica (prije i poslije pražnjenja), suprotno masovna spin polarizacija gvožđa; (b) formiranje područja prostornog naboja u modelu površinskog kondenzatora prekomjerno pohranjenog litijuma.

Sažetak i Outlook

TM / Li je istražen naprednim in-situ magnetnim praćenjem2. Evolucija unutrašnje elektronske strukture O nanokompozita kako bi se otkrio izvor dodatnog kapaciteta za skladištenje ove litijum-jonske baterije. Rezultati pokazuju da, kako u Fe3O4/Li modelskom ćelijskom sistemu, elektrohemijski redukovane nanočestice Fe mogu da pohranjuju velike količine spin-polarizovanih elektrona, što je rezultat prevelikog kapaciteta ćelije i značajno izmenjenog međufaznog magnetizma. Eksperimenti su dalje potvrdili CoO, NiO i FeF2I Fe2. Prisustvo takvog kapaciteta u materijalu N elektrode ukazuje na postojanje spin-polarizirane površinske kapacitivnosti metalnih nanočestica u litijum-jonskim baterijama i postavlja temelj za primjenu ovog mehanizma prostornog skladištenja naboja u drugim tranzicijama. elektrodni materijali na bazi metalnih spojeva.

Veza za literaturu

Dodatni kapacitet skladištenja u litijum-jonskim baterijama sa oksidom prelaznih metala otkriven in situ magnetometrijom (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Utjecaj formule dizajna pločice litij elektrode i defekta pločice elektrode na performanse

1. Temeljni članak za dizajn pole filma

Elektroda litijumske baterije je premaz sastavljen od čestica, ravnomerno nanesenih na metalnu tečnost. Premaz elektrode litij-ionske baterije može se smatrati kompozitnim materijalom, uglavnom sastavljenim od tri dijela:

(1) čestice aktivne supstance;

(2) sastavna faza provodnog agensa i agensa (ugljična adhezivna faza);

(3) Pore, napunite elektrolitom.

Odnos zapremine svake faze se izražava kao:

Poroznost + zapreminski udeo žive materije + zapreminski udeo faze ugljeničnog lepka =1

Dizajn elektrode litijumske baterije je veoma važan, a sada su ukratko predstavljena osnovna znanja o dizajnu elektroda litijumske baterije.

(1) Teoretski kapacitet materijala elektrode Teoretski kapacitet materijala elektrode, odnosno kapacitet koji obezbjeđuju svi litijevi joni u materijalu uključenom u elektrohemijsku reakciju, njegova vrijednost izračunava se sljedećom jednadžbom:

Na primjer, LiFePO4Molarna masa je 157.756 g/mol, a njegov teoretski kapacitet je:

Ova izračunata vrijednost je samo teoretski kapacitet grama. Da bi se osigurala reverzibilna struktura materijala, stvarni koeficijent uklanjanja litij-iona je manji od 1, a stvarni gramski kapacitet materijala je:

Stvarni gramski kapacitet materijala = teoretski kapacitet koeficijenta odvajanja litijum jona

(2) Projektovani kapacitet baterije i izuzetno jednostrana gustina Projektni kapacitet baterije može se izračunati sljedećom formulom: projektni kapacitet baterije = površinska gustina premaza omjer aktivnog materijala aktivni materijal gram kapacitet pol ploča površina premaza

Među njima, površinska gustoća premaza je ključni parametar dizajna. Kada je gustoća zbijanja nepromijenjena, povećanje površinske gustine premaza znači da se debljina polnog sloja povećava, udaljenost prijenosa elektrona se povećava i otpor elektrona se povećava, ali je stupanj povećanja ograničen. U debelom elektrodnom listu, povećanje impedanse migracije litijum jona u elektrolitu je glavni razlog koji utiče na karakteristike odnosa. Uzimajući u obzir poroznost i zaokrete pora, migraciona udaljenost jona u porama je višestruko veća od debljine polne ploče.

(3) Omjer negativnog pozitivnog kapaciteta N/P negativnog kapaciteta prema pozitivnom kapacitetu definira se kao:

N / P bi trebao biti veći od 1.0, općenito 1.04 ~ 1.20, što je uglavnom u sigurnosnom dizajnu, kako bi se spriječilo taloženje negativne strane litijum jona bez izvora prihvata, dizajn treba uzeti u obzir kapacitet procesa, kao što je odstupanje premaza. Međutim, kada je N/P prevelik, baterija će nepovratno izgubiti kapacitet, što će rezultirati niskim kapacitetom baterije i manjom gustinom energije baterije.

Za litij-titanatnu anodu, usvojen je dizajn viška pozitivne elektrode, a kapacitet baterije određen je kapacitetom anode litij-titanata. Dizajn pozitivnog viška pogodan je za poboljšanje performansi baterije na visokim temperaturama: visokotemperaturni plin uglavnom dolazi iz negativne elektrode. U dizajnu pozitivnog viška negativni potencijal je nizak i lakše je formirati SEI film na površini litij-titanata.

(4) Gustoća zbijanja i poroznost premaza U proizvodnom procesu, gustina zbijanja premaza na elektrodi baterije izračunava se po sljedećoj formuli. S obzirom na to da se prilikom valjanja stubnog lima produžava metalna folija, površinska gustina premaza nakon valjka se izračunava po sljedećoj formuli.

Kao što je ranije spomenuto, premaz se sastoji od faze živog materijala, karbonske adhezivne faze i pora, a poroznost se može izračunati sljedećom jednadžbom.

Među njima, prosječna gustina premaza je: elektroda litij baterije je vrsta praškastih čestica premaza, jer je površina čestica praha gruba, nepravilnog oblika, kada se akumulira, čestice između čestica i čestica, a neke čestice same imaju pukotine i pore, tako zapremina praha uključujući zapreminu praha, pore između čestica praha i čestica, prema tome, odgovarajuća raznolikost gustine prevlake elektrode i reprezentacija poroznosti. Gustina čestica praha se odnosi na masu praha po jedinici zapremine. Prema zapremini praha deli se na tri vrste: prava gustina, gustina čestica i gustina akumulacije. Različite gustine su definirane na sljedeći način:

1. Prava gustina se odnosi na gustinu dobijenu dijeljenjem mase praha sa zapreminom (stvarnom zapreminom) isključujući unutrašnje i spoljašnje praznine čestica. To jest, gustina same materije dobijena nakon isključivanja zapremine svih praznina.
2. Gustoća čestica se odnosi na gustinu čestica dobijenih dijeljenjem mase praha podijeljene sa zapreminom čestica uključujući otvorenu i zatvorenu rupu. Odnosno, jaz između čestica, ali ne i fine pore unutar čestica, gustina samih čestica.
3. Gustoća akumulacije, odnosno gustina prevlake, odnosi se na gustinu dobijenu masom praha podeljenu sa zapreminom premaza formiranog od praha. Volumen koji se koristi uključuje pore samih čestica i praznine između čestica.

Za isti prah, prava gustina> gustina čestica> gustina pakovanja. Poroznost praha je omjer pora u premazu čestica praha, odnosno omjer volumena praznine između čestica praha i pora čestica prema ukupnom volumenu premaza, koji se uobičajeno izražava kao procenat. Poroznost praha je sveobuhvatno svojstvo vezano za morfologiju čestica, površinsko stanje, veličinu čestica i distribuciju veličine čestica. Njegova poroznost direktno utiče na infiltraciju elektrolita i prenos litijum jona. Općenito, što je veća poroznost, to je lakša infiltracija elektrolita i brži prijenos litijum jona. Stoga, u dizajnu litijumske baterije, ponekad za određivanje poroznosti, najčešće se koristi metoda pritiska žive, metoda adsorpcije gasa, itd. Može se dobiti i korištenjem proračuna gustoće. Poroznost takođe može imati različite implikacije kada se za proračune koriste različite gustine. Kada se gustina poroznosti žive supstance, provodnog agensa i veziva izračunava po pravoj gustini, izračunata poroznost uključuje razmak između čestica i jaz unutar čestica. Kada se poroznost žive supstance, provodnog sredstva i veziva izračunava prema gustini čestica, izračunata poroznost uključuje razmak između čestica, ali ne i jaz unutar čestica. Stoga je veličina pora elektrode litijumske baterije također višestruka, općenito je jaz između čestica u mikronskoj skali, dok je jaz unutar čestica u nanometarskoj do sub-submikronskoj skali. U poroznim elektrodama, odnos transportnih svojstava kao što su efektivna difuzivnost i provodljivost može se izraziti sljedećom jednadžbom:

Gdje D0 predstavlja intrinzičnu brzinu difuzije (provodljivosti) samog materijala, ε je volumenski udio odgovarajuće faze, a τ je kružna krivina odgovarajuće faze. U makroskopskom homogenom modelu općenito se koristi Bruggemanova relacija, uzimajući koeficijent ɑ =1.5 za procjenu efektivne pozitivnosti poroznih elektroda.

Elektrolit se puni u pore poroznih elektroda, u kojima se litijum ioni provode kroz elektrolit, a karakteristike provodljivosti litijum jona su usko povezane sa poroznošću. Što je veća poroznost, veći je volumenski udio elektrolitne faze i veća je efektivna provodljivost litijum jona. U sloju pozitivne elektrode, elektroni se prenose kroz ugljičnu adhezivnu fazu, volumenski udio ugljične adhezivne faze i zaobilaznica ugljične adhezivne faze direktno određuju efektivnu provodljivost elektrona.

Poroznost i zapreminski udio ugljične adhezivne faze su kontradiktorni, a velika poroznost neizbježno dovodi do volumnog udjela ugljične adhezivne faze, stoga su efikasna svojstva provodljivosti litijevih jona i elektrona također kontradiktorna, kao što je prikazano na slici 2. Kako se poroznost smanjuje, efektivna provodljivost litijum jona se smanjuje dok se efektivna provodljivost elektrona povećava. Kako uravnotežiti to dvoje je također kritično u dizajnu elektroda.

Slika 2 Šematski dijagram poroznosti i provodljivosti litijum jona i elektrona

2. Vrsta i detekcija defekta polova

 

Trenutno, u procesu pripreme polova baterije, sve više i više tehnologija za online detekciju se usvaja, kako bi se efikasno identifikovali proizvodni nedostaci proizvoda, eliminisali neispravni proizvodi i pravovremene povratne informacije na proizvodnu liniju, automatska ili ručna prilagođavanja proizvodnje proces, kako bi se smanjila stopa neispravnosti.

Tehnologije on-line detekcije koje se obično koriste u proizvodnji limova uključuju detekciju karakteristika suspenzije, detekciju kvaliteta lima, detekciju dimenzija i tako dalje. karakteristike kaše u realnom vremenu, Ispitivanje stabilnosti kaše; (1) Korištenje X-zraka ili β-zraka u procesu premazivanja, njegova visoka preciznost mjerenja, ali veliko zračenje, visoka cijena opreme i problemi s održavanjem; (2) Tehnologija laserskog mjerenja debljine na mreži se primjenjuje za mjerenje debljine stubnog lima, tačnost mjerenja može doseći ± 3 μm, također može prikazati trend promjene izmjerene debljine i debljine u realnom vremenu, olakšava sljedivost podataka i analiza; (1) CCD vision tehnologija, odnosno, linijski niz CCD se koristi za skeniranje mjerenog objekta, obrada slike u realnom vremenu i analiza kategorija defekata, realizacija nedestruktivne online detekcije defekta na površini lima.

Kao alat za kontrolu kvaliteta, tehnologija onlajn testiranja je takođe neophodna za razumevanje korelacije između nedostataka i performansi baterije, kako bi se odredili kvalifikovani/nekvalifikovani kriterijumi za poluproizvode.

U posljednjem dijelu, ukratko je predstavljena nova metoda tehnologije detekcije površinskih defekta litijum-jonske baterije, tehnologija infracrvenog termičkog snimanja i odnos između ovih različitih defekata i elektrohemijskih performansi. konsultujte D. Mohantyja. Temeljna studija Mohantyja et al.

(1) Uobičajeni defekti na površini lima

Slika 3 prikazuje uobičajene defekte na površini elektrode litijum-jonske baterije, sa optičkom slikom na lijevoj strani i slikom koju je uhvatio termovizir na desnoj strani.

Slika 3 Uobičajeni defekti na površini lima: (a, b) izbočeni omotač/agregat; (c, d) materijal pada / rupica; (e, f) metalno strano tijelo; (g, h) neravnomjeran premaz

 

(A, b) izbočenje/agregat, takvi defekti mogu nastati ako se kaša ravnomjerno miješa ili je brzina premaza nestabilna. Gregacija ljepila i provodljivih agenasa čađe dovodi do niskog sadržaja aktivnih sastojaka i male težine polarnih tableta.

 

(c, d) kap / rupica, ova defektna područja nisu obložena i obično su proizvedena mjehurićima u kaši. Oni smanjuju količinu aktivnog materijala i izlažu kolektor elektrolitu, smanjujući tako elektrohemijski kapacitet.

 

(E, f) metalna strana tijela, kaša ili metalna strana tijela unesena u opremu i okolinu i metalna strana tijela mogu uzrokovati veliku štetu litijumskim baterijama. Velike metalne čestice direktno oštećuju dijafragmu, što dovodi do kratkog spoja između pozitivne i negativne elektrode, što je fizički kratki spoj. Osim toga, kada se metalno strano tijelo umiješa u pozitivnu elektrodu, pozitivni potencijal se povećava nakon punjenja, metal se otapa, širi se kroz elektrolit, a zatim taloži na negativnoj površini i na kraju probuši dijafragmu, stvarajući kratki spoj, što je kratki spoj hemijskog rastvaranja. Najčešća metalna strana tela na lokaciji fabrike baterija su Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, itd.

 

(g, h) neujednačen premaz, kao što je miješanje suspenzije nije dovoljno, finoća čestica lako se pojavljuju pruge kada je čestica velika, što rezultira neujednačenim premazom, što će utjecati na konzistenciju kapaciteta baterije, pa čak i izgledati potpuno nema trake premaza, utiče na kapacitet i sigurnost.

(2) Tehnologija detekcije površinskih defekata na polnom čipu Infracrvena (IR) termalna tehnologija se koristi za otkrivanje manjih defekata na suhim elektrodama koji mogu oštetiti performanse litijum-jonskih baterija. Tokom onlajn detekcije, ako se detektuje defekt elektrode ili zagađivač, označite ga na pločici stuba, eliminišite ga u naknadnom procesu i pošaljite proizvodnu liniju i prilagodite proces na vreme kako biste eliminisali defekte. Infracrveno zračenje je vrsta elektromagnetnog talasa koji ima istu prirodu kao i radio talasi i vidljiva svetlost. Za pretvaranje raspodjele temperature površine predmeta u vidljivu sliku ljudskog oka koristi se poseban elektronički uređaj, a za prikaz raspodjele temperature površine predmeta u različitim bojama naziva se infracrvena termovizijska tehnologija. Ovaj elektronski uređaj se zove infracrveni termovizir. Svi objekti iznad apsolutne nule (-273℃) emituju infracrveno zračenje.
Kao što je prikazano na slici 4, infracrveni termalni aproksimator (IR kamera) koristi infracrveni detektor i optički objektiv za snimanje da prihvati obrazac raspodjele energije infracrvenog zračenja mjerenog ciljanog objekta i odrazi ga na fotoosjetljivi element infracrvenog detektora kako bi se dobio infracrvena termalna slika, koja odgovara polju distribucije toplote na površini objekta. Kada postoji defekt na površini objekta, temperatura se pomera u tom području. Stoga se ova tehnologija može koristiti i za otkrivanje nedostataka na površini objekta, posebno pogodna za neke nedostatke koji se ne mogu razlikovati optičkim sredstvima detekcije. Kada se elektroda za sušenje litijum-jonske baterije detektuje na mreži, elektroda elektrode se prvo ozrači blicevom, temperatura površine se menja, a zatim se temperatura površine detektuje pomoću termovizije. Slika raspodjele topline se vizualizira, a slika se obrađuje i analizira u realnom vremenu kako bi se otkrili površinski nedostaci i na vrijeme ih označili.D. Mohanty Studija je instalirala termovizir na izlazu iz peći za sušenje premaza za detekciju slike raspodjele temperature na površini elektrodnog lista.

Slika 5 (a) je mapa raspodjele temperature površine prevlake NMC ploče pozitivnog pola koju je detektirao termovizir, a koja sadrži vrlo mali defekt koji se ne može razlikovati golim okom. Kriva raspodjele temperature koja odgovara segmentu trase prikazana je na unutrašnjem umetku, sa temperaturnim skokom na tački defekta. Na slici 5 (b), temperatura raste lokalno u odgovarajućoj kutiji, što odgovara defektu površine lima. Fig. Slika 6 je dijagram raspodjele površinske temperature sloja negativne elektrode koji pokazuje postojanje defekata, gdje vrh povećanja temperature odgovara mjehuriću ili agregatu, a područje smanjenja temperature odgovara rupici ili padu.

Slika 5 Raspodjela temperature površine ploče pozitivne elektrode

Slika 6 Raspodjela temperature površine negativne elektrode

 

Može se vidjeti da je termovizijska detekcija raspodjele temperature dobro sredstvo za detekciju defekta na površini limova koji se može koristiti za kontrolu kvaliteta proizvodnje stubnih limova.3. Utjecaj defekta površine polova na performanse baterije

 

(1) Uticaj na kapacitet množenja baterije i kulonovsku efikasnost

Na slici 7 prikazana je kriva utjecaja agregata i rupice na kapacitet množenja akumulatora i efikasnost kulena. Agregat zapravo može poboljšati kapacitet baterije, ali smanjiti efikasnost coulena. Rupa smanjuje kapacitet baterije i Kulun efikasnost, a Kulun efikasnost se značajno smanjuje velikom brzinom.

Slika 7 katodni agregat i efekat rupice na kapacitet baterije i efikasnost sa slike 8 je neujednačen premaz, a metalno strano tijelo Co i Al na kapacitet baterije i efekat krivulje efikasnosti, neravnomjeran premaz smanjuje kapacitet jedinice baterije za 10% - 20%, ali se cijeli kapacitet baterije smanjio za 60%, što pokazuje da je živa masa u polarnom komadu značajno smanjena. Metal Co strano tijelo smanjen kapacitet i Coulomb efikasnost, čak i pri velikom povećanju od 2C i 5C, uopće nema kapaciteta, što može biti posljedica stvaranja metalnog Co u elektrohemijskoj reakciji litijuma i litijuma ugrađenih, ili mogu biti metalne čestice blokirao pore dijafragme uzrokovao mikro kratki spoj.

Slika 8. Utjecaj neravnomjernog premaza pozitivne elektrode i metalnih stranih tijela Co i Al na kapacitet množenja baterije i efikasnost coulena

Sažetak defekata katodnog lima: Nagrizanje u sloju katodnog lista smanjuje Kulonovsku efikasnost baterije. Rupa pozitivnog premaza smanjuje Coulombovu efikasnost, što rezultira lošim performansama množitelja, posebno pri visokoj gustoći struje. Heterogeni premaz pokazao je slab učinak uvećanja. Zagađivači metalnih čestica mogu uzrokovati mikrokratke spojeve i stoga mogu značajno smanjiti kapacitet baterije.
Slika 9 prikazuje uticaj negativne trake folije za curenje na kapacitet multiplikatora i Kulun efikasnost baterije. Kada dođe do curenja na negativnoj elektrodi, kapacitet baterije je značajno smanjen, ali gramski kapacitet nije očigledan, a uticaj na efikasnost Kuluna nije značajan.

 

Slika 9. Utjecaj folijske trake za propuštanje negativne elektrode na kapacitet množenja baterije i Kulun efikasnost (2) Utjecaj na performanse ciklusa množenja baterije Slika 10. je rezultat utjecaja defekta površine elektrode na ciklus množenja baterije. Rezultati uticaja su sažeti kako slijedi:
Egregacija: na 2C, stopa održavanja kapaciteta od 200 ciklusa je 70%, a neispravna baterija je 12%, dok je u 5C ciklusu stopa održavanja kapaciteta od 200 ciklusa 50%, a neispravna baterija je 14%.
Rupa za iglu: slabljenje kapaciteta je očigledno, ali slabljenje agregatnog defekta nije brzo, a stopa održavanja kapaciteta od 200 ciklusa 2C i 5C iznosi 47% odnosno 40%.
Metalno strano tijelo: kapacitet metalnog Co stranog tijela je skoro 0 nakon nekoliko ciklusa, a kapacitet 5C ciklusa metalnog stranog tijela Al folije značajno se smanjuje.
Traka za curenje: Za isto područje curenja, kapacitet baterije više manjih traka opada brže od veće trake (47% za 200 ciklusa u 5C) (7% za 200 ciklusa u 5C). Ovo ukazuje da što je veći broj pruga, to je veći uticaj na ciklus baterije.

Slika 10. Utjecaj defekta površine elektrode na ciklus brzine ćelije

 

Ref.: [1] Nedestruktivna procjena litijumskih sekundarnih baterijskih elektroda obloženih utorima pomoću in-line laserske čeljusti i IR termografske metode [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Efekat. grešaka u proizvodnji elektroda na elektrohemijske performanse litijum-jonskih baterija: Poznavanje izvora kvara baterije [J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.