Razkritje skrivnosti: super teoretična zmogljivost litij-ionskih baterij

Zakaj obstaja fenomen super teoretične zmogljivosti litijeve baterije

V litij-ionskih baterijah (LIB) veliko elektrod na osnovi prehodnih kovinskih oksidov kaže nenavadno visoko zmogljivost shranjevanja, ki presega njihovo teoretično vrednost. Čeprav so o tem pojavu veliko poročali, osnovni fizikalno-kemijski mehanizmi v teh materialih ostajajo nedosegljivi in ​​ostajajo predmet razprave.

Profil rezultatov

Pred kratkim so profesor Miao Guoxing z univerze Waterloo v Kanadi, profesor Yu Guihua s teksaške univerze v Austinu ter Li Hongsen in Li Qiang z univerze Qingdao skupaj objavili raziskovalni članek o naravnih materialih pod naslovom "Dodatna zmogljivost shranjevanja v litij-ionske baterije s prehodnim kovinskim oksidom, razkrite z in situ magnetometrijo". V tem delu so avtorji uporabili in situ magnetno spremljanje, da bi dokazali prisotnost močne površinske kapacitivnosti na kovinskih nanodelcih in da se lahko veliko število spin-polariziranih elektronov shrani v že reduciranih kovinskih nanodelcih, kar je skladno z mehanizmom prostorskega naboja. Poleg tega je razkriti mehanizem prostorskega naboja mogoče razširiti na druge spojine prehodnih kovin, kar je ključno vodilo za vzpostavitev naprednih sistemov za shranjevanje energije.

Najpomembnejše raziskave

(1) Tipičen Fe je bil preučen z uporabo in situ tehnike magnetnega spremljanja3O4/ Razvoj elektronske strukture znotraj Li baterije;

(2) razkriva, da je Fe3O4 v sistemu / Li površinska zmogljivost naboja glavni vir dodatne zmogljivosti;

(3) Mehanizem površinske kapacitivnosti kovinskih nanodelcev se lahko razširi na široko paleto spojin prehodnih kovin.

Besedilo in besedilni vodnik

1. Strukturna karakterizacija in elektrokemijske lastnosti

Monodisperzno votlo Fe je bilo sintetizirano s konvencionalnimi hidrotermalnimi metodami3O4Nanosfere in nato izvedeno pri 100 mAg−1 Polnjenje in praznjenje pri tokovni gostoti (slika 1a), prva zmogljivost praznjenja je 1718 mAh g−1, 1370 mAhg v drugem oziroma tretjem času− 1In 1,364 mAhg−1, Daleč več kot 926 mAhg−1Teorija pričakovanj. Slike BF-STEM popolnoma izpraznjenega produkta (slika 1b-c) kažejo, da so bile po redukciji litija nanosfere Fe3O4The pretvorjene v manjše nanodelce Fe, ki merijo približno 1–3 nm, razpršene v središču Li2O.

Za prikaz spremembe magnetizma med elektrokemičnim ciklom je bila pridobljena krivulja magnetizacije po polni razelektritvi na 0.01 V (slika 1d), ki prikazuje superparamagnetno obnašanje zaradi tvorbe nanodelcev.

Slika 1 (a) pri 100 mAg−1Fe kroženja pri gostoti toka3O4/Krivulja polnjenja in praznjenja Litijeve baterije s konstantnim tokom; (b) popolnoma litijev Fe3O4 Slika elektrode BF-STEM; (c) prisotnost Li v agregatnih 2 slikah BF-STEM z visoko ločljivostjo O in Fe; (d) Fe3O4 Histerezne krivulje elektrode pred (črno) in za (modro) ter Langevinova prilagojena krivulja slednje (vijolična).

2. Zaznavanje strukturnega in magnetnega razvoja v realnem času

Da bi združili elektrokemijo s strukturnimi in magnetnimi spremembami Fe3O4O, povezanimi z Fe3O4, so bile elektrode izpostavljene in situ rentgenski difrakciji (XRD) in in situ magnetnemu nadzoru. Fe v nizu uklonskih vzorcev XRD med začetnim praznjenjem od napetosti odprtega tokokroga (OCV) do 1.2 V3O4. Uklonski vrhovi se niso bistveno spremenili niti v intenziteti niti v položaju (slika 2a), kar kaže, da je Fe3O4Only doživel postopek interkalacije Li. Pri polnjenju na 3 V ostane antispinelna struktura Fe3O4 nedotaknjena, kar nakazuje, da je proces v tem napetostnem oknu zelo reverzibilen. Izveden je bil nadaljnji magnetni nadzor in situ v kombinaciji s preskusi polnjenja in praznjenja s konstantnim tokom, da bi raziskali, kako se magnetizacija razvija v realnem času (slika 2b).

Slika 2 Karakterizacija in situ XRD in magnetnega spremljanja. (A) in situ XRD; (b) Fe3O4Elektrokemična krivulja naboja in praznjenja pod uporabljenim magnetnim poljem 3 T in ustreznim reverzibilnim in situ magnetnim odzivom.

Da bi pridobili bolj osnovno razumevanje tega procesa pretvorbe v smislu sprememb magnetizacije, se magnetni odziv zbira v realnem času in ustrezen fazni prehod, ki spremlja elektrokemično poganjane reakcije (slika 3). Povsem jasno je, da se med prvo razelektritvijo Fe3O4. Odziv magnetizacije elektrod razlikuje od drugih ciklov zaradi Fe med prvo litalizacijo3O4Zaradi ireverzibilnega faznega prehoda. Ko je potencial padel na 0.78 V, je bila antispinelna faza Fe3O4The pretvorjena tako, da vsebuje Li2Halitno strukturo razreda FeO O, Fe3O4Faze po polnjenju ni mogoče obnoviti. Temu primerno magnetizacija hitro pade na 0.482 μb Fe−1. Ko se litializacija nadaljuje, ni nastala nobena nova faza in intenzivnost difrakcijskih vrhov FeO razreda (200) in (220) je začela slabeti. enako Fe3O4 Ko je elektroda popolnoma lializirana, ni pomembnega XRD vrha (slika 3a). Upoštevajte, da ko se elektroda Fe3O4 razelektri z 0.78 V na 0.45 V, se je magnetizacija (z 0.482 μ b Fe−1 povečala na 1.266 μ bFe−1), to je bilo pripisano reakciji pretvorbe iz FeO v Fe. Nato se je ob koncu razelektritve magnetizacija počasi zmanjšala na 1.132 μ B Fe−1. Ta ugotovitev nakazuje, da lahko popolnoma reducirani kovinski nanodelci Fe0 še vedno sodelujejo v reakciji shranjevanja litija in tako zmanjšajo magnetizacijo elektrod.

Slika 3 In situ opazovanja faznega prehoda in magnetnega odziva.（a）Fe3O4In situ XRD zemljevid, zbran med prvo razelektritvijo elektrode; (b) Fe3O4 Merjenje magnetne sile in situ elektrokemičnih ciklov /Li celic pri uporabljenem magnetnem polju 3 T.

3. Fe0/Li2 Površinska kapacitivnost sistema O

Fe3O4 Magnetne spremembe elektrod se pojavijo pri nizkih napetostih, pri katerih se najverjetneje ustvari dodatna elektrokemična kapaciteta, kar kaže na prisotnost neodkritih nosilcev naboja v celici. Da bi raziskali potencialni mehanizem za shranjevanje litija, so preučevali Fe s pomočjo XPS, STEM in magnetnega spektra3O4Electrodes vrhov magnetizacije pri 0.01 V, 0.45 V in 1.4 V, da bi določili vir magnetne spremembe. Rezultati kažejo, da je magnetni moment ključni dejavnik, ki vpliva na magnetno spremembo, ker magnetna anizotropija in sklopitev med delci ne vplivata na izmerjene Fe0/Li2The Ms sistema O.

Za nadaljnje razumevanje Fe3O4 kinetičnih lastnosti elektrod pri nizki napetosti, ciklična voltametrija pri različnih hitrostih skeniranja. Kot je prikazano na sliki 4a, se pravokotna krivulja cikličnega voltamograma pojavi v območju napetosti med 0.01 V in 1 V (slika 4a). Slika 4b prikazuje, da se je na elektrodi pojavil kapacitivni odziv Fe3O4A. Z visoko reverzibilnim magnetnim odzivom procesa polnjenja in praznjenja s konstantnim tokom (slika 4c) se je magnetizacija elektrode med postopkom praznjenja zmanjšala z 1 V na 0.01 V in se med postopkom polnjenja spet povečala, kar kaže, da je Fe0Of kondenzatorju podobnega površinska reakcija je zelo reverzibilna.

Slika 4 elektrokemijske lastnosti in in situ magnetna karakterizacija pri 0.011 V. (A) Ciklična voltametrična krivulja. (B) vrednost b je določena z uporabo korelacije med vršnim tokom in hitrostjo skeniranja; (c) reverzibilna sprememba magnetizacije glede na krivuljo naboja in praznjenja pod uporabljenim magnetnim poljem 5 T.

zgoraj omenjeni Fe3O4Elektrokemične, strukturne in magnetne lastnosti elektrod kažejo, da dodatno kapaciteto baterije določa Fe0Spin-polarizirana površinska kapacitivnost nanodelcev je posledica spremljajočih magnetnih sprememb. Spin-polarizirana kapacitivnost je posledica spin-polariziranega kopičenja naboja na vmesniku in lahko prikaže magnetni odziv med polnjenjem in praznjenjem. To Fe3O4 Osnovna elektroda je bila med prvim postopkom praznjenja razpršena v Li2Fine nanodelcih Fe v O substratu. velika razmerja med površino in volumnom ter realizirajo visoko gostoto stanj na Fermijevem nivoju zaradi visoko lokaliziranih d orbital. V skladu z Maierjevim teoretičnim modelom prostorskega shranjevanja naboja avtorji predlagajo, da se lahko velike količine elektronov shranijo v spin-cepitvenih pasovih kovinskih nanodelcev Fe, ki jih lahko najdemo v Fe / Li2 Ustvarjanje spin-polariziranih površinskih kondenzatorjev v nanokompozitih O ( Slika 5).

graf 5Fe/Li2A Shematski prikaz površinske kapacitivnosti spin-polariziranih elektronov na O-vmesnici. (A) shematski diagram gostote stanja spinske polarizacije površine feromagnetnih kovinskih delcev (pred in po razelektritvi), v nasprotju z množična spinska polarizacija železa; (b) nastanek območja prostorskega naboja v modelu površinskega kondenzatorja prekomerno shranjenega litija.

Povzetek in Outlook

TM / Li je bil raziskan z naprednim in situ magnetnim nadzorom2Razvoj notranje elektronske strukture nanokompozita O, da bi razkrili vir dodatne zmogljivosti za shranjevanje te litij-ionske baterije. Rezultati kažejo, da lahko tako v celičnem sistemu modela Fe3O4/Li elektrokemično reducirani nanodelci Fe shranijo velike količine spin-polariziranih elektronov, kar je posledica prevelike kapacitete celice in bistveno spremenjenega medfaznega magnetizma. Eksperimenti so dodatno potrdili CoO, NiO in FeF2In Fe2. Prisotnost takšne kapacitivnosti v materialu N elektrode kaže na obstoj spin-polarizirane površinske kapacitivnosti kovinskih nanodelcev v litij-ionskih baterijah in postavlja temelje za uporabo tega mehanizma za shranjevanje prostorskega naboja v drugih prehodih elektrodni materiali na osnovi kovinskih spojin.

Povezava za literaturo

Dodatna zmogljivost shranjevanja v litij-ionskih baterijah s prehodnim kovinskim oksidom, razkrita z in situ magnetometrijo (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Vpliv formule zasnove rezin litijeve elektrode in napak elektrodnih rezin na delovanje

1. Temeljni članek o oblikovanju filma Pole

Elektroda litijeve baterije je prevleka, sestavljena iz delcev, enakomerno nanesenih na kovinsko tekočino. Prevleko elektrode litij-ionske baterije lahko obravnavamo kot kompozitni material, ki je v glavnem sestavljen iz treh delov:

(1) delci zdravilne učinkovine;

(2) sestavna faza prevodnega sredstva in sredstva (ogljikova adhezivna faza);

(3) Pore, napolnite z elektrolitom.

Volumsko razmerje vsake faze je izraženo kot:

Poroznost + prostorninski delež žive snovi + prostorninski delež ogljikove adhezivne faze =1

Zasnova elektrode litijeve baterije je zelo pomembna, zdaj pa je na kratko predstavljeno osnovno znanje o zasnovi elektrode litijeve baterije.

(1) Teoretična zmogljivost materiala elektrode. Teoretična zmogljivost materiala elektrode, to je zmogljivost, ki jo zagotavljajo vsi litijevi ioni v materialu, vključenem v elektrokemično reakcijo, se izračuna z naslednjo enačbo:

Na primer, molska masa LiFePO4 je 157.756 g/mol, njegova teoretična zmogljivost pa je:

Ta izračunana vrednost je le teoretična gramska prostornina. Da bi zagotovili reverzibilno strukturo materiala, je dejanski koeficient odstranitve litijevih ionov manjši od 1, dejanska gramska zmogljivost materiala pa je:

Dejanska gramska zmogljivost materiala = teoretična zmogljivost koeficienta odpiranja litijevih ionov

(2) Načrtovana zmogljivost baterije in izjemno enostranska gostota Načrtovana zmogljivost baterije se lahko izračuna z naslednjo formulo: konstrukcijska zmogljivost baterije = površinska gostota prevleke razmerje aktivnega materiala gram zmogljivost poli plošča površina prevleke

Med njimi je površinska gostota prevleke ključni konstrukcijski parameter. Ko je gostota zbijanja nespremenjena, povečanje površinske gostote prevleke pomeni, da se debelina polnega lista poveča, razdalja prenosa elektronov se poveča in upor elektronov se poveča, vendar je stopnja povečanja omejena. V debelem elektrodnem listu je povečanje migracijske impedance litijevih ionov v elektrolitu glavni razlog, ki vpliva na značilnosti razmerja. Če upoštevamo poroznost in zasuke por, je migracijska razdalja ionov v pori mnogokrat večja od debeline polne plošče.

(3) Razmerje razmerja med negativno in pozitivno zmogljivostjo N/P negativno zmogljivostjo in pozitivno zmogljivostjo je opredeljeno kot:

N / P mora biti večji od 1.0, na splošno 1.04 ~ 1.20, kar je predvsem v varnostni zasnovi, da se prepreči obarjanje negativne strani litijevega iona brez sprejemnega vira, pri načrtovanju pa se upošteva zmogljivost postopka, kot je odstopanje premaza. Ko pa je N/P prevelik, bo baterija nepovratno izgubila kapaciteto, kar bo povzročilo nizko kapaciteto baterije in manjšo gostoto energije baterije.

Za anodo iz litijevega titanata je sprejeta zasnova presežka pozitivne elektrode, zmogljivost baterije pa je določena z zmogljivostjo anode iz litijevega titanata. Zasnova pozitivnega presežka je ugodna za izboljšanje visokotemperaturne zmogljivosti baterije: visokotemperaturni plin prihaja predvsem iz negativne elektrode. Pri zasnovi s pozitivnim presežkom je negativni potencial nizek in na površini litijevega titanata je lažje oblikovati film SEI.

(4) Gostota zbijanja in poroznost prevleke V proizvodnem procesu se gostota zbijanja prevleke elektrode akumulatorja izračuna po naslednji formuli. Glede na to, da se kovinska folija pri valjanju droga raztegne, se površinska gostota prevleke po valju izračuna po naslednji formuli.

Kot smo že omenili, je premaz sestavljen iz faze živega materiala, faze ogljikovega lepila in por, poroznost pa je mogoče izračunati z naslednjo enačbo.

Med njimi je povprečna gostota prevleke: elektroda litijeve baterije je vrsta praškastih delcev prevleke, ker je površina delcev prahu groba, nepravilne oblike, ko se kopičijo, delci med delci in delci, nekateri delci pa imajo razpoke in pore, torej prostornina prahu, vključno s prostornino prahu, pore med praškastimi delci in delci, torej ustrezna raznolikost gostote prevleke elektrode in predstavitev poroznosti. Gostota delcev prahu se nanaša na maso prahu na enoto volumna. Glede na prostornino prahu je razdeljen na tri vrste: pravo gostoto, gostoto delcev in akumulacijsko gostoto. Različne gostote so opredeljene na naslednji način:

1. Prava gostota se nanaša na gostoto, dobljeno z deljenjem mase prahu z volumnom (dejanski volumen) brez notranjih in zunanjih rež delcev. To je gostota same snovi, dobljena po izključitvi volumna vseh praznin.
2. Gostota delcev se nanaša na gostoto delcev, dobljeno tako, da maso prahu delimo s prostornino delcev, vključno z odprto in zaprto luknjo. To je vrzel med delci, vendar ne drobne pore znotraj delcev, gostota samih delcev.
3. Gostota kopičenja, to je gostota prevleke, se nanaša na gostoto, ki jo dobimo z maso prahu, deljeno z volumnom prevleke, ki jo tvori prah. Uporabljena prostornina vključuje pore samih delcev in praznine med delci.

Za isti prah prava gostota> gostota delcev> gostota pakiranja. Poroznost prahu je razmerje med porami v premazu praškastih delcev, to je razmerje med prostornino praznine med delci prahu in porami delcev glede na celotno prostornino premaza, ki se običajno izraža kot odstotek. Poroznost prahu je celovita lastnost, povezana z morfologijo delcev, stanjem površine, velikostjo delcev in porazdelitvijo velikosti delcev. Njegova poroznost neposredno vpliva na infiltracijo elektrolita in prenos litijevih ionov. Na splošno velja, da večja kot je poroznost, lažja je infiltracija elektrolita in hitrejši je prenos litijevih ionov. Zato se pri načrtovanju litijeve baterije včasih za določitev poroznosti pogosto uporablja metoda tlaka živega srebra, metoda adsorpcije plina itd. Lahko se pridobi tudi z izračunom gostote. Poroznost ima lahko tudi različne posledice pri uporabi različnih gostot za izračune. Ko se gostota poroznosti žive snovi, prevodnega sredstva in veziva izračuna z resnično gostoto, izračunana poroznost vključuje režo med delci in režo znotraj delcev. Ko se poroznost žive snovi, prevodnika in veziva izračuna z gostoto delcev, izračunana poroznost vključuje režo med delci, ne pa tudi režo znotraj delcev. Zato je tudi velikost por plošče elektrode litijeve baterije večstopenjska, na splošno je reža med delci v mikronski lestvici, medtem ko je reža znotraj delcev v nanometrski do subsubmikronski lestvici. Pri poroznih elektrodah je razmerje transportnih lastnosti, kot sta efektivna difuzivnost in prevodnost, mogoče izraziti z naslednjo enačbo:

Kjer D0 predstavlja intrinzično hitrost difuzije (prevodnosti) samega materiala, ε je volumski delež ustrezne faze, τ pa krožna ukrivljenost ustrezne faze. V makroskopskem homogenem modelu se na splošno uporablja Bruggemanova relacija, pri čemer se upošteva koeficient ɑ =1.5 za oceno efektivne pozitivnosti poroznih elektrod.

Elektrolit je napolnjen v porah poroznih elektrod, v katerih se litijevi ioni prevajajo skozi elektrolit, prevodne značilnosti litijevih ionov pa so tesno povezane s poroznostjo. Večja kot je poroznost, večji je volumski delež elektrolitske faze in večja je učinkovita prevodnost litijevih ionov. V plošči pozitivne elektrode se elektroni prenašajo skozi ogljikovo adhezivno fazo, volumski delež ogljikove adhezivne faze in obvoz ogljikove adhezivne faze neposredno določata efektivno prevodnost elektronov.

Poroznost in volumski delež ogljikove adhezivne faze sta protislovna, velika poroznost pa neizogibno vodi do volumskega deleža ogljikove adhezivne faze, zato so tudi učinkovite prevodne lastnosti litijevih ionov in elektronov protislovne, kot je prikazano na sliki 2. Ko se poroznost zmanjša, se efektivna prevodnost litijevega iona zmanjša, medtem ko se efektivna prevodnost elektronov poveča. Kako uravnotežiti oboje, je prav tako ključnega pomena pri zasnovi elektrod.

Slika 2 Shematski diagram poroznosti ter prevodnosti litijevih ionov in elektronov

2. Vrsta in odkrivanje napak polov

 

Trenutno se v procesu priprave polov akumulatorja uporablja vedno več tehnologij za spletno odkrivanje, da bi učinkovito prepoznali proizvodne napake izdelkov, odpravili pokvarjene izdelke in pravočasno posredovali povratne informacije proizvodni liniji, avtomatske ali ročne prilagoditve proizvodnje postopek, da se zmanjša stopnja napak.

Tehnologije sprotnega zaznavanja, ki se običajno uporabljajo pri izdelavi polovičnih plošč, vključujejo zaznavanje značilnosti gošče, zaznavanje kakovosti polovnih plošč, zaznavanje dimenzij itd. Na primer: (1) spletni merilnik viskoznosti je neposredno nameščen v rezervoarju za shranjevanje premaza za zaznavanje reoloških značilnosti gnojevke v realnem času, Test stabilnosti gnojevke; (2) Uporaba rentgenskih žarkov ali β-žarkov v procesu premazovanja, visoka merilna natančnost, vendar veliko sevanje, visoka cena opreme in težave pri vzdrževanju; (3) Tehnologija laserskega spletnega merjenja debeline se uporablja za merjenje debeline paličaste pločevine. Natančnost meritev lahko doseže ± 1 μ m. Prav tako lahko prikaže trend spremembe izmerjene debeline in debeline v realnem času, olajša sledljivost podatkov in analiza; (0) Tehnologija vida CCD, kar pomeni, da se linijski niz CCD uporablja za skeniranje izmerjenega predmeta, obdelavo slike v realnem času in analizo kategorij napak, realizacijo nedestruktivnega spletnega odkrivanja površinskih napak polov.

Kot orodje za nadzor kakovosti je tehnologija spletnega testiranja bistvenega pomena tudi za razumevanje korelacije med napakami in delovanjem baterije, da se določijo kvalificirani/nekvalificirani kriteriji za polizdelke.

V zadnjem delu je na kratko predstavljena nova metoda tehnologije odkrivanja površinskih napak litij-ionske baterije, tehnologija infrardečega termičnega slikanja in razmerje med temi različnimi napakami in elektrokemičnim delovanjem. Posvetujte se z D. Mohantyjem. Temeljita študija Mohantyja et al.

(1) Pogoste napake na površini droga

Slika 3 prikazuje običajne napake na površini elektrode litij-ionske baterije z optično sliko na levi in ​​sliko, ki jo je posnela termovizijska kamera, na desni.

Slika 3 Pogoste napake na površini droga: (a, b) izboklina / agregat; (c, d) padec materiala/luknjica; (e, f) kovinski tujek; (g, h) neenakomeren premaz

 

(A, b) dvignjena izboklina/agregat, takšne napake lahko nastanejo, če je gnojevka enakomerno mešana ali je hitrost nanašanja premaza nestabilna. Združevanje lepila in prevodnih sredstev saj vodi do nizke vsebnosti aktivnih sestavin in majhne teže polarnih tablet.

 

(c, d) kapljica/luknjica, ta okvarjena območja niso prevlečena in jih običajno povzročijo mehurčki v gnojevki. Zmanjšajo količino aktivnega materiala in kolektor izpostavijo elektrolitu ter tako zmanjšajo elektrokemijsko kapaciteto.

 

(E, f) kovinski tujki, gnojevka ali kovinski tujki, vneseni v opremo in okolje, ter kovinski tujki lahko povzročijo veliko škodo litijevim baterijam. Veliki kovinski delci neposredno poškodujejo diafragmo, kar povzroči kratek stik med pozitivno in negativno elektrodo, kar je fizični kratek stik. Poleg tega, ko se kovinski tujek vmeša v pozitivno elektrodo, se pozitivni potencial po polnjenju poveča, kovina se raztopi, razširi skozi elektrolit in se nato obori na negativni površini ter končno predre diafragmo in povzroči kratek stik, ki je kemično raztapljanje kratkega stika. Najpogostejši kovinski tujki v tovarni baterij so Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS itd.

 

(g, h) neenakomerna prevleka, na primer mešanje gnojevke ni zadostno, drobnost delcev se lahko pojavi na črtah, ko je delec velik, kar povzroči neenakomerno prevleko, kar bo vplivalo na doslednost zmogljivosti baterije in se bo celo pojavilo v celoti brez prevleke, vpliva na zmogljivost in varnost.

(2) Tehnologija zaznavanja napak na površini polov Infrardeča (IR) tehnologija toplotnega slikanja se uporablja za odkrivanje manjših napak na suhih elektrodah, ki lahko poškodujejo delovanje litij-ionskih baterij. Med spletnim odkrivanjem, če je zaznana napaka elektrode ali onesnaževalo, to označite na polovnem listu, odstranite v naslednjem postopku in pošljete povratno informacijo proizvodni liniji ter pravočasno prilagodite postopek, da odpravite napake. Infrardeči žarki so vrsta elektromagnetnega valovanja, ki ima enako naravo kot radijski valovi in ​​vidna svetloba. Posebna elektronska naprava se uporablja za pretvorbo temperaturne porazdelitve površine predmeta v vidno sliko človeškega očesa, za prikaz porazdelitve temperature površine predmeta v različnih barvah pa se imenuje infrardeča termovizijska tehnologija. Ta elektronska naprava se imenuje infrardeča toplotna slika. Vsi predmeti nad absolutno ničlo (-273 ℃) oddajajo infrardeče sevanje.
Kot je prikazano na sliki 4, infrardeči toplotni aproksimator (IR kamera) uporablja infrardeči detektor in optični slikovni objektiv, da sprejme vzorec porazdelitve energije infrardečega sevanja merjenega ciljnega predmeta in ga odbije na fotoobčutljivem elementu infrardečega detektorja, da dobi infrardeča toplotna slika, ki ustreza porazdelitvenemu polju toplote na površini predmeta. Ko je na površini predmeta napaka, se temperatura na tem območju premakne. Zato se ta tehnologija lahko uporablja tudi za zaznavanje napak na površini predmeta, še posebej primerna za nekatere napake, ki jih ni mogoče razločiti z optičnimi sredstvi za zaznavanje. Ko je sušilna elektroda litij-ionske baterije zaznana na spletu, je elektroda elektrode najprej obsevana z bliskavico, površinska temperatura se spremeni, nato pa površinsko temperaturo zazna toplotna kamera. Slika porazdelitve toplote se vizualizira, slika pa se obdeluje in analizira v realnem času, da se odkrijejo površinske napake in jih pravočasno označi.D. Mohanty Študija je namestila toplotno kamero na izhodu iz sušilne peči za premaze, da bi zaznala sliko porazdelitve temperature na površini plošče elektrod.

Slika 5 (a) je zemljevid temperaturne porazdelitve površine prevleke plošče s pozitivnim polom NMC, ki jo je zaznala toplotna slika, ki vsebuje zelo majhno napako, ki je ni mogoče razločiti s prostim očesom. Krivulja porazdelitve temperature, ki ustreza segmentu poti, je prikazana na notranjem vstavku, s temperaturnim skokom na mestu napake. Na sliki 5 (b) se temperatura lokalno poveča v ustreznem polju, kar ustreza napaki na površini pločevine. FIG. Slika 6 je diagram porazdelitve površinske temperature plošče negativne elektrode, ki prikazuje obstoj napak, kjer vrh povišanja temperature ustreza mehurčku ali agregatu, območje znižanja temperature pa ustreza luknjici ali padcu.

Slika 5 Porazdelitev temperature površine pozitivne elektrode

Slika 6 Porazdelitev temperature površine negativne elektrode

 

Vidimo lahko, da je toplotno slikovno zaznavanje porazdelitve temperature dobro sredstvo za odkrivanje napak na površini drogov, ki se lahko uporablja za nadzor kakovosti proizvodnje drogov.3. Vpliv površinskih napak polov na učinkovitost baterije

 

(1) Vpliv na kapaciteto množitelja baterije in Coulombovo učinkovitost

Na sliki 7 je prikazana krivulja vpliva agregata in luknjice na množilno zmogljivost baterije in coulenov izkoristek. Agregat lahko dejansko izboljša kapaciteto baterije, vendar zmanjša učinkovitost coulena. Luknjica zmanjša kapaciteto baterije in učinkovitost Kuluna, učinkovitost Kuluna pa se močno zmanjša pri visoki hitrosti.

Slika 7 katodni agregat in učinek luknjice na zmogljivost baterije in učinkovitost slike 8 je neenakomeren premaz, kovinski tujek Co in Al na zmogljivost baterije in učinek krivulje učinkovitosti, neenakomerna prevleka zmanjša maso zmogljivosti akumulatorske enote za 10 % - 20 %, celotna kapaciteta baterije pa se je zmanjšala za 60 %, kar kaže, da se je življenjska masa v polarnem kosu bistveno zmanjšala. Kovinski Co tujek zmanjša kapaciteto in Coulombov izkoristek, tudi pri veliki povečavi 2C in 5C, sploh ni kapacitete, kar je lahko posledica tvorbe kovinskega Co v elektrokemični reakciji litija in vgrajenega litija ali pa so to kovinski delci blokiral pore diafragme in povzročil mikro kratek stik.

Slika 8 Učinki neenakomerne prevleke pozitivne elektrode in kovinskih tujkov Co in Al na množilno zmogljivost baterije in coulenovo učinkovitost

Povzetek napak katodne plošče: Umazanije v prevleki katodne plošče zmanjšajo Coulombovo učinkovitost baterije. Luknjica pozitivne prevleke zmanjša Coulombovo učinkovitost, kar ima za posledico slabo delovanje množitelja, zlasti pri visoki gostoti toka. Heterogena prevleka je pokazala slabo učinkovitost povečave. Onesnaževalci kovinskih delcev lahko povzročijo mikro kratke stike in tako močno zmanjšajo kapaciteto baterije.
Slika 9 prikazuje vpliv traku folije z negativnim uhajanjem na množilno zmogljivost in učinkovitost baterije Kulun. Ko pride do puščanja na negativni elektrodi, se zmogljivost baterije znatno zmanjša, vendar zmogljivost v gramih ni očitna in vpliv na učinkovitost Kuluna ni pomemben.

 

Slika 9 Vpliv traku folije za uhajanje negativne elektrode na kapaciteto množitelja baterije in učinkovitost Kulun (2) Vpliv na delovanje cikla množitelja baterije Slika 10 je rezultat vpliva napake površine elektrode na cikel množitelja baterije. Rezultati vpliva so povzeti na naslednji način:
Egregacija: pri 2C je stopnja vzdrževanja zmogljivosti 200 ciklov 70 % in okvarjena baterija 12 %, medtem ko je v ciklu 5C stopnja vzdrževanja zmogljivosti 200 ciklov 50 % in okvarjena baterija 14 %.
Needlehole: zmanjšanje zmogljivosti je očitno, vendar nobena agregatna napaka ni hitra, stopnja vzdrževanja zmogljivosti 200 ciklov 2C in 5C pa je 47 % oziroma 40 %.
Kovinski tujek: zmogljivost kovinskega tujka Co je po več ciklih skoraj 0, zmogljivost cikla 5C kovinskega tujka Al folije pa se znatno zmanjša.
Trak za puščanje: Za isto območje puščanja se zmogljivost baterije več manjših trakov zmanjša hitreje kot za večji trak (47 % za 200 ciklov pri 5C) (7 % za 200 ciklov pri 5C). To pomeni, da večje kot je število črt, večji je vpliv na cikel baterije.

Slika 10 Vpliv površinskih napak pločevine elektrode na cikel celične hitrosti

 

Ref.: [1] Nedestruktivno vrednotenje sekundarnih elektrod litijevih baterij, prevlečenih z režami, z metodami linijskega laserskega merilnika in IR termografije [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Učinek napak pri izdelavi elektrod na elektrokemijsko delovanje litij-ionskih baterij: Poznavanje virov odpovedi baterije [J]. Journal of Power Sources. 2016, 312: 70-79.