Membongkar Misteri: Kapasiti Super Teori dalam Bateri Litium-Ion

Mengapa bateri litium wujud fenomena kapasiti super teori

Dalam bateri lithium-ion (LIB), banyak elektrod berasaskan oksida logam peralihan mempamerkan kapasiti penyimpanan yang luar biasa tinggi melebihi nilai teorinya. Walaupun fenomena ini telah dilaporkan secara meluas, mekanisme fizikokimia yang mendasari dalam bahan-bahan ini kekal sukar difahami dan masih menjadi perdebatan.

Profil keputusan

Baru-baru ini, Profesor Miao Guoxing dari Universiti Waterloo, Kanada, Profesor Yu Guihua dari Universiti Texas di Austin, dan Li Hongsen dan Li Qiang dari Universiti Qingdao bersama-sama menerbitkan kertas penyelidikan mengenai Bahan Alam Semulajadi di bawah tajuk "Kapasiti penyimpanan tambahan dalam Bateri litium-ion oksida logam peralihan yang didedahkan oleh magnetometri in situ". Dalam kerja ini, pengarang menggunakan pemantauan magnetik in situ untuk menunjukkan kehadiran kapasitans permukaan yang kuat pada nanozarah logam dan bahawa sejumlah besar elektron terpolarisasi putaran boleh disimpan dalam nanozarah logam yang telah berkurangan, yang konsisten dengan mekanisme caj spatial. Di samping itu, mekanisme cas spatial yang didedahkan boleh diperluaskan kepada sebatian logam peralihan lain, menyediakan panduan utama untuk penubuhan sistem penyimpanan tenaga termaju.

Sorotan penyelidikan

(1) Fe tipikal dikaji dengan menggunakan teknik pemantauan magnet in-situ3O4/ Evolusi struktur elektronik di dalam bateri Li;

(2) mendedahkan bahawa Fe3O4Dalam sistem / Li, kapasiti caj permukaan adalah sumber utama kapasiti tambahan;

(3) Mekanisme kemuatan permukaan nanozarah logam boleh diperluaskan kepada pelbagai sebatian logam peralihan.

Teks dan panduan teks

1. Pencirian struktur dan sifat elektrokimia

Monodisperse hollow Fe telah disintesis oleh kaedah hidroterma konvensional3O4Nanospheres, dan kemudian dilakukan pada 100 mAg−1Cas dan nyahcas pada ketumpatan arus (Rajah 1a), kapasiti nyahcas pertama ialah 1718 mAh g−1, 1370 mAhg masing-masing pada kali kedua dan ketiga. 1Dan 1,364 mAhg−1, Jauh melebihi 926 mAhg−1Teori jangkaan. Imej BF-STEM bagi produk yang dinyahcas sepenuhnya (Rajah 1b-c) menunjukkan bahawa selepas pengurangan litium, Fe3O4Nanosfera telah ditukar kepada nanozarah Fe yang lebih kecil berukuran kira-kira 1 – 3 nm, tersebar di pusat Li2O.

Untuk menunjukkan perubahan dalam kemagnetan semasa kitaran elektrokimia, lengkung kemagnetan selepas nyahcas penuh kepada 0.01 V telah diperolehi (Rajah 1d), menunjukkan kelakuan superparamagnet akibat pembentukan nanozarah.

Rajah 1 (a) pada 100 mAg−1Fe berbasikal pada ketumpatan semasa3O4/ keluk cas dan nyahcas arus malar bagi bateri Li; (b) litium sepenuhnya Fe3O4Imej BF-STEM elektrod; (c) kehadiran Li dalam imej BF-STEM agregat2High-resolusi kedua-dua O dan Fe; (d) Fe3O4Lengkung histerisis elektrod sebelum (hitam) dan selepas (biru), dan lengkung dipasang Langevin bagi elektrod (ungu).

2. Pengesanan masa nyata evolusi struktur dan magnetik

Untuk menggabungkan elektrokimia dengan Fe3O4Of perubahan struktur dan magnet yang dikaitkan dengan Fe3O4Elektrod telah tertakluk kepada pembelauan sinar-X in situ (XRD) dan pemantauan magnetik in situ. Fe dalam satu siri corak pembelauan XRD semasa nyahcas awal daripada voltan litar terbuka (OCV) kepada 1.2V3O4Puncak pembelauan tidak berubah dengan ketara dalam sama ada keamatan atau kedudukan (Rajah 2a), menunjukkan bahawa Fe3O4Only mengalami proses interkalasi Li. Apabila dicas ke 3V, Fe3O4The struktur anti-spinel kekal utuh, menunjukkan bahawa proses dalam tetingkap voltan ini sangat boleh diterbalikkan. Pemantauan magnet in-situ selanjutnya digabungkan dengan ujian caj-caj semasa berterusan telah dilakukan untuk menyiasat bagaimana kemagnetan berkembang dalam masa nyata (Rajah 2b).

Rajah 2 Pencirian XRD in-situ dan pemantauan magnetik.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4Keluk nyahcas-cas elektrokimia di bawah medan magnet terpakai 3 T dan tindak balas magnet in situ boleh balik yang sepadan.

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih asas tentang proses penukaran ini dari segi perubahan kemagnetan, tindak balas magnet dikumpul dalam masa nyata dan peralihan fasa yang sepadan mengiringi tindak balas yang didorong secara elektrokimia (Rajah 3). Agak jelas bahawa semasa nyahcas pertama, Fe3O4Tindak balas kemagnetan elektrod berbeza daripada kitaran lain disebabkan oleh Fe semasa lithalisasi pertama3O4Disebabkan peralihan fasa tak boleh balik berlaku. Apabila potensi menurun kepada 0.78V, fasa antispinel Fe3O4The ditukar kepada mengandungi Li2The kelas FeO struktur halit O, Fe3O4Fasa tidak boleh dipulihkan selepas dicas. Sejajar dengan itu, kemagnetan menurun dengan cepat kepada 0.482 μ b Fe−1. Semasa proses penlitiaan, tiada fasa baharu terbentuk, dan keamatan (200) dan (220) kelas puncak pembelauan FeO mula lemah. Fe3O4 yang samaTiada puncak XRD ketara yang dikekalkan apabila elektrod diliial sepenuhnya (Rajah 3a). Ambil perhatian bahawa apabila elektrod Fe3O4 nyahcas daripada 0.78V kepada 0.45V, kemagnetan (dari 0.482 μ b Fe−1Meningkat kepada 1.266 μ bFe−1), Ini dikaitkan dengan tindak balas penukaran daripada FeO kepada Fe. Kemudian, pada penghujung nyahcas, kemagnetan perlahan-lahan menurun kepada 1.132 μ B Fe−1. Dapatan ini menunjukkan bahawa logam Fe0Nanopartikel yang dikurangkan sepenuhnya mungkin masih mengambil bahagian dalam tindak balas penyimpanan litium, dengan itu mengurangkan kemagnetan elektrod.

Rajah 3 Pemerhatian in situ peralihan fasa dan tindak balas magnet.（a）Fe3O4Peta XRD in situ dikumpul semasa nyahcas pertama elektrod; (b) Fe3O4In situ pengukuran daya magnet bagi kitaran elektrokimia sel / Li pada medan magnet yang digunakan sebanyak 3 T.

3. Fe0/Li2Kapasitans permukaan sistem O

Fe3O4Perubahan magnet elektrod berlaku pada voltan rendah, di mana kapasiti elektrokimia tambahan kemungkinan besar dihasilkan, mencadangkan kehadiran pembawa cas yang belum ditemui dalam sel. Untuk meneroka mekanisme penyimpanan litium yang berpotensi, Fe telah dikaji dengan menggunakan XPS, STEM dan spektrum prestasi magnetik3O4Elektrod puncak kemagnetan pada 0.01V,0.45V dan 1.4V untuk menentukan punca perubahan magnet. Keputusan menunjukkan bahawa momen magnet adalah faktor utama yang mempengaruhi perubahan magnet, kerana Fe0/Li2The Ms sistem O yang diukur tidak dipengaruhi oleh anisotropi magnetik dan gandingan antara zarah.

Untuk memahami lebih lanjut Fe3O4Sifat kinetik elektrod pada voltan rendah, voltammetri kitaran pada kadar imbasan yang berbeza. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4a, lengkung voltammogram kitaran segi empat tepat muncul dalam julat voltan antara 0.01V dan 1V (Rajah 4a). Rajah 4b menunjukkan bahawa tindak balas kapasitif Fe3O4A berlaku pada elektrod. Dengan tindak balas magnet yang sangat boleh balik bagi proses cas dan nyahcas semasa malar (Rajah 4c), kemagnetan elektrod berkurangan daripada 1V kepada 0.01V semasa proses nyahcas, dan meningkat semula semasa proses pengecasan, menunjukkan bahawa Fe0Of kapasitor seperti tindak balas permukaan sangat boleh diterbalikkan.

Rajah 4 sifat elektrokimia dan pencirian magnet in situ pada 0.011 V.(A) Lengkung voltammetrik kitaran.(B) nilai b ditentukan menggunakan korelasi antara arus puncak dan kadar imbasan; (c) perubahan boleh balik kemagnetan berbanding keluk cas-nyahcas di bawah medan magnet terpakai 5 T.

Fe3O4 yang disebutkan di atas Ciri-ciri elektrokimia, struktur dan magnet bagi elektrod menunjukkan bahawa kapasiti bateri tambahan ditentukan oleh Fe0Kapasitans permukaan terpolarisasi putaran nanozarah disebabkan oleh perubahan magnet yang disertakan. Kapasiti terkutub putaran adalah hasil pengumpulan cas terkutub putaran pada antara muka dan boleh memaparkan tindak balas magnet semasa cas dan nyahcas.kepada Fe3O4Elektrod asas, semasa proses nyahcas pertama, telah tersebar dalam zarah nano Li2Fine Fe dalam substrat O mempunyai nisbah permukaan-ke-isipadu yang besar dan merealisasikan kepadatan keadaan yang tinggi pada tahap Fermi disebabkan oleh orbital d yang sangat setempat. Menurut model teoretikal penyimpanan caj spatial Maier, penulis mencadangkan bahawa sejumlah besar elektron boleh disimpan dalam jalur pemisah putaran nanozarah Fe logam, yang mungkin terdapat dalam Fe / Li2Mencipta kapasitor permukaan terpolarisasi putaran dalam nanokomposit O ( Rajah 5).

graf 5Fe/Li2A Perwakilan skematik kemuatan permukaan elektron terkutub putaran pada antara muka O.(A) gambarajah skema ketumpatan keadaan pengutuban putaran permukaan zarah logam feromagnetik (sebelum dan selepas nyahcas), bertentangan dengan polarisasi putaran pukal besi; (b) pembentukan kawasan cas ruang dalam model kapasitor permukaan litium yang terlebih disimpan.

Ringkasan dan Tinjauan

TM / Li telah disiasat oleh pemantauan magnetik in-situ lanjutan2Evolusi struktur elektronik dalaman nanokomposit O untuk mendedahkan sumber kapasiti storan tambahan untuk bateri litium-ion ini. Keputusan menunjukkan bahawa, kedua-dua dalam sistem sel model Fe3O4/Li, nanopartikel Fe yang dikurangkan secara elektrokimia boleh menyimpan sejumlah besar elektron terkutub putaran, yang terhasil disebabkan oleh kapasiti sel yang berlebihan dan kemagnetan antara muka yang berubah dengan ketara. Eksperimen mengesahkan lagi CoO, NiO, dan FeF2Dan Fe2Kehadiran kapasitansi sedemikian dalam bahan elektrod N menunjukkan kewujudan kapasitans permukaan terpolarisasi putaran nanozarah logam dalam bateri ion litium dan meletakkan asas untuk aplikasi mekanisme penyimpanan caj spatial ini dalam peralihan lain. bahan elektrod berasaskan sebatian logam.

Pautan sastera

Kapasiti penyimpanan tambahan dalam bateri litium-ion oksida logam peralihan yang didedahkan oleh magnetometri in situ (Bahan Alam Semula Jadi, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Pengaruh formula reka bentuk wafer elektrod litium dan kecacatan wafer elektrod terhadap prestasi

1. Artikel asas reka bentuk filem tiang

Elektrod bateri litium adalah salutan yang terdiri daripada zarah, digunakan secara sama rata pada cecair logam. Salutan elektrod bateri ion litium boleh dianggap sebagai bahan komposit, terutamanya terdiri daripada tiga bahagian:

(1) Zarah bahan aktif;

(2) fasa konstituen agen pengalir dan agen (fasa pelekat karbon);

(3) Liang, isi dengan elektrolit.

Hubungan isipadu setiap fasa dinyatakan sebagai:

Keliangan + pecahan isipadu bahan hidup + pecahan isipadu fasa pelekat karbon =1

Reka bentuk reka bentuk elektrod bateri litium adalah sangat penting, dan kini pengetahuan asas reka bentuk elektrod bateri litium diperkenalkan secara ringkas.

(1) Kapasiti teori bahan elektrod Kapasiti teori bahan elektrod, iaitu kapasiti yang disediakan oleh semua ion litium dalam bahan yang terlibat dalam tindak balas elektrokimia, nilainya dikira dengan persamaan berikut:

Sebagai contoh, LiFePO4Jisim molar ialah 157.756 g/mol, dan kapasiti teorinya ialah:

Nilai yang dikira ini hanyalah kapasiti gram teori. Untuk memastikan struktur bahan yang boleh diterbalikkan, pekali penyingkiran ion litium sebenar adalah kurang daripada 1, dan kapasiti gram sebenar bahan ialah:

Kapasiti gram sebenar bahan = kapasiti teori pekali cabut plag ion litium

(2) Kapasiti reka bentuk bateri dan ketumpatan sangat berat sebelah Kapasiti reka bentuk bateri boleh dikira dengan formula berikut: kapasiti reka bentuk bateri = ketumpatan permukaan salutan nisbah bahan aktif bahan aktif kapasiti gram kawasan salutan kepingan tiang

Antaranya, ketumpatan permukaan salutan adalah parameter reka bentuk utama. Apabila ketumpatan pemadatan tidak berubah, peningkatan ketumpatan permukaan salutan bermakna ketebalan kepingan kutub meningkat, jarak penghantaran elektron meningkat, dan rintangan elektron meningkat, tetapi tahap peningkatan adalah terhad. Dalam lembaran elektrod tebal, peningkatan impedans penghijrahan ion litium dalam elektrolit adalah sebab utama yang mempengaruhi ciri nisbah. Memandangkan keliangan dan lilitan liang, jarak penghijrahan ion dalam liang adalah berkali-kali lebih banyak daripada ketebalan kepingan tiang.

(3) Nisbah nisbah kapasiti negatif-positif N / P kapasiti negatif kepada kapasiti positif ditakrifkan sebagai:

N / P harus lebih besar daripada 1.0, secara amnya 1.04~1.20, yang terutamanya dalam reka bentuk keselamatan, untuk mengelakkan ion litium sisi negatif daripada pemendakan tanpa sumber penerimaan, reka bentuk untuk mempertimbangkan kapasiti proses, seperti sisihan salutan. Walau bagaimanapun, apabila N/P terlalu besar, bateri akan kehilangan kapasiti tidak boleh balik, mengakibatkan kapasiti bateri rendah dan ketumpatan tenaga bateri yang lebih rendah.

Untuk anod litium titanat, reka bentuk lebihan elektrod positif diterima pakai, dan kapasiti bateri ditentukan oleh kapasiti anod litium titanat. Reka bentuk lebihan positif adalah kondusif untuk meningkatkan prestasi suhu tinggi bateri: gas suhu tinggi terutamanya berasal dari elektrod negatif. Dalam reka bentuk lebihan positif, potensi negatif adalah rendah, dan lebih mudah untuk membentuk filem SEI pada permukaan litium titanat.

(4) Ketumpatan pemadatan dan keliangan salutan Dalam proses pengeluaran, ketumpatan pemadatan salutan elektrod bateri dikira dengan formula berikut. Memandangkan apabila kepingan tiang digulung, kerajang logam dilanjutkan, ketumpatan permukaan salutan selepas penggelek dikira dengan formula berikut.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, salutan terdiri daripada fasa bahan hidup, fasa pelekat karbon dan liang, dan keliangan boleh dikira dengan persamaan berikut.

Antaranya, ketumpatan purata salutan ialah: elektrod bateri litium adalah sejenis zarah serbuk salutan, kerana permukaan zarah serbuk kasar, bentuk tidak teratur, apabila pengumpulan, zarah antara zarah dan zarah, dan beberapa zarah itu sendiri mempunyai retak dan liang, jadi isipadu serbuk termasuk isipadu serbuk, liang antara zarah serbuk dan zarah, oleh itu, pelbagai sepadan ketumpatan salutan elektrod dan perwakilan keliangan. Ketumpatan zarah serbuk merujuk kepada jisim serbuk per unit isipadu. Mengikut jumlah serbuk, ia dibahagikan kepada tiga jenis: ketumpatan sebenar, ketumpatan zarah dan ketumpatan pengumpulan. Pelbagai ketumpatan ditakrifkan seperti berikut:

1. Ketumpatan sebenar merujuk kepada ketumpatan yang diperoleh dengan membahagikan jisim serbuk dengan isipadu (isipadu nyata) tidak termasuk jurang dalaman dan luaran zarah. Iaitu, ketumpatan bahan itu sendiri diperolehi selepas mengecualikan isipadu semua lompang.
2. Ketumpatan zarah merujuk kepada ketumpatan zarah yang diperoleh dengan membahagikan jisim serbuk dibahagikan dengan isipadu zarah termasuk lubang terbuka dan lubang tertutup. Iaitu, jurang antara zarah, tetapi bukan liang halus di dalam zarah, ketumpatan zarah itu sendiri.
3. Ketumpatan pengumpulan, iaitu, ketumpatan salutan, merujuk kepada ketumpatan yang diperolehi oleh jisim serbuk dibahagikan dengan isipadu salutan yang dibentuk oleh serbuk. Isipadu yang digunakan termasuk liang zarah itu sendiri dan lompang antara zarah.

Untuk serbuk yang sama, ketumpatan sebenar> ketumpatan zarah> ketumpatan pembungkusan. Keliangan serbuk ialah nisbah liang dalam salutan zarah serbuk, iaitu nisbah isipadu lompang antara zarah serbuk dan liang zarah kepada jumlah isipadu salutan, yang biasanya dinyatakan. sebagai peratusan. Keliangan serbuk adalah sifat komprehensif yang berkaitan dengan morfologi zarah, keadaan permukaan, saiz zarah dan taburan saiz zarah. Keliangannya secara langsung memberi kesan kepada penyusupan elektrolit dan penghantaran ion litium. Secara umum, lebih besar keliangan, lebih mudah penyusupan elektrolit, dan lebih cepat penghantaran ion litium. Oleh itu, dalam reka bentuk bateri litium, kadang-kadang untuk menentukan keliangan, kaedah tekanan merkuri yang biasa digunakan, kaedah penjerapan gas, dll. Juga boleh diperoleh dengan menggunakan pengiraan ketumpatan. Keliangan juga boleh mempunyai implikasi yang berbeza apabila menggunakan ketumpatan yang berbeza untuk pengiraan. Apabila ketumpatan keliangan bahan hidup, agen konduktif dan pengikat dikira dengan ketumpatan sebenar, keliangan yang dikira termasuk jurang antara zarah dan jurang di dalam zarah. Apabila keliangan bahan hidup, agen konduktif dan pengikat dikira oleh ketumpatan zarah, keliangan yang dikira termasuk jurang antara zarah, tetapi bukan jurang di dalam zarah. Oleh itu, saiz liang lembaran elektrod bateri litium juga berskala berbilang, secara amnya jurang antara zarah adalah dalam saiz skala mikron, manakala jurang di dalam zarah adalah dalam skala nanometer kepada sub-submikron. Dalam elektrod berliang, hubungan sifat pengangkutan seperti difusi dan kekonduksian berkesan boleh dinyatakan dengan persamaan berikut:

Di mana D0 mewakili kadar resapan (konduksi) intrinsik bahan itu sendiri, ε ialah pecahan isipadu fasa yang sepadan, dan τ ialah kelengkungan litar fasa yang sepadan. Dalam model homogen makroskopik, hubungan Bruggeman biasanya digunakan, mengambil pekali ɑ =1.5 untuk menganggarkan positif berkesan elektrod berliang.

Elektrolit diisi dalam liang elektrod berliang, di mana ion litium dijalankan melalui elektrolit, dan ciri pengaliran ion litium berkait rapat dengan keliangan. Lebih besar keliangan, lebih tinggi pecahan isipadu fasa elektrolit, dan lebih besar kekonduksian berkesan ion litium. Dalam helaian elektrod positif, elektron dihantar melalui fasa pelekat karbon, pecahan volum fasa pelekat karbon dan lencongan fasa pelekat karbon secara langsung menentukan kekonduksian elektron yang berkesan.

Keliangan dan pecahan isipadu fasa pelekat karbon adalah bercanggah, dan keliangan yang besar tidak dapat dielakkan membawa kepada pecahan volum fasa pelekat karbon, oleh itu, sifat pengaliran berkesan ion litium dan elektron juga bercanggah, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2 Apabila keliangan berkurangan, kekonduksian berkesan ion litium berkurangan manakala kekonduksian berkesan elektron meningkat. Cara mengimbangi kedua-duanya juga penting dalam reka bentuk elektrod.

Rajah 2 Diagram skematik keliangan dan ion litium dan kekonduksian elektron

2. Jenis dan pengesanan kecacatan tiang

 

Pada masa ini, dalam proses penyediaan tiang bateri, semakin banyak teknologi pengesanan dalam talian diterima pakai, untuk mengenal pasti kecacatan pembuatan produk dengan berkesan, menghapuskan produk yang rosak, dan maklum balas yang tepat pada masanya kepada barisan pengeluaran, pelarasan automatik atau manual pada pengeluaran proses, untuk mengurangkan kadar kecacatan.

Teknologi pengesanan dalam talian yang biasa digunakan dalam pembuatan kepingan tiang termasuk pengesanan ciri buburan, pengesanan kualiti kepingan tiang, pengesanan dimensi dan sebagainya, Contohnya: (1) meter kelikatan dalam talian dipasang terus dalam tangki simpanan salutan untuk mengesan reologi ciri buburan dalam masa nyata, Uji kestabilan buburan; (2) Menggunakan X-ray atau β-ray dalam proses salutan, Ketepatan pengukurannya yang tinggi, Tetapi sinaran yang besar, harga peralatan yang tinggi dan masalah penyelenggaraan; (3) Teknologi pengukuran ketebalan dalam talian laser digunakan untuk mengukur ketebalan kepingan tiang, Ketepatan pengukuran boleh mencapai ± 1. 0 μ m, Ia juga boleh memaparkan trend perubahan ketebalan dan ketebalan yang diukur dalam masa nyata, Memudahkan kebolehkesanan data dan analisis; (4) Teknologi penglihatan CCD, Iaitu, barisan garis CCD digunakan untuk mengimbas objek yang diukur, pemprosesan imej masa nyata dan analisis kategori kecacatan, Menyedari pengesanan dalam talian yang tidak merosakkan kecacatan permukaan kepingan tiang.

Sebagai alat untuk kawalan kualiti, teknologi ujian dalam talian juga penting untuk memahami korelasi antara kecacatan dan prestasi bateri, untuk menentukan kriteria yang layak / tidak layak untuk produk separuh siap.

Di bahagian akhir, kaedah baharu teknologi pengesanan kecacatan permukaan bateri litium-ion, teknologi pengimejan terma inframerah dan hubungan antara kecacatan berbeza dan prestasi elektrokimia ini diperkenalkan secara ringkas.rujuk D. Mohanty Kajian menyeluruh oleh Mohanty et al.

(1) Kecacatan biasa pada permukaan kepingan tiang

Rajah 3 menunjukkan kecacatan biasa pada permukaan elektrod bateri ion litium, dengan imej optik di sebelah kiri dan imej ditangkap oleh pengimej haba di sebelah kanan.

Rajah 3 Kecacatan biasa pada permukaan helaian tiang: (a, b) sampul bonjol / agregat; (c, d) bahan jatuh / lubang jarum; (e, f) bendasing logam; (g, h) salutan tidak sekata

 

(A, b) bonjolan / agregat timbul, kecacatan tersebut boleh berlaku jika buburan dikacau sama rata atau kelajuan salutan tidak stabil. Pengumpulan bahan pelekat dan agen pengalir hitam karbon membawa kepada kandungan bahan aktif yang rendah dan berat tablet polar yang ringan.

 

(c, d) jatuh / lubang jarum, kawasan yang rosak ini tidak bersalut dan biasanya dihasilkan oleh buih dalam buburan. Mereka mengurangkan jumlah bahan aktif dan mendedahkan pengumpul kepada elektrolit, sekali gus mengurangkan kapasiti elektrokimia.

 

(E, f) badan asing logam, buburan atau badan asing logam yang diperkenalkan dalam peralatan dan persekitaran, dan badan asing logam boleh menyebabkan kemudaratan besar kepada bateri litium. Zarah logam yang besar secara langsung menjejaskan diafragma, mengakibatkan litar pintas antara elektrod positif dan negatif, yang merupakan litar pintas fizikal. Di samping itu, apabila badan asing logam dicampurkan ke dalam elektrod positif, potensi positif meningkat selepas pengecasan, logam menyelesaikan, merebak melalui elektrolit, dan kemudian mendakan pada permukaan negatif, dan akhirnya menusuk diafragma, membentuk litar pintas, yang merupakan litar pintas pelarutan kimia. Benda asing logam yang paling biasa di tapak kilang bateri ialah Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, dll.

 

(g, h) salutan tidak sekata, seperti pencampuran buburan tidak mencukupi, kehalusan zarah mudah kelihatan jalur apabila zarah besar, mengakibatkan salutan tidak sekata, yang akan menjejaskan konsistensi kapasiti bateri, dan juga kelihatan sepenuhnya. tiada jalur salutan, mempunyai kesan ke atas kapasiti dan keselamatan.

(2) Teknologi pengesanan kecacatan permukaan cip kutub Teknologi pengimejan terma inframerah (IR) digunakan untuk mengesan kecacatan kecil pada elektrod kering yang boleh merosakkan prestasi bateri litium-ion. Semasa pengesanan dalam talian, jika kecacatan elektrod atau bahan pencemar dikesan, tandakannya pada helaian tiang, hapuskannya dalam proses seterusnya, dan maklumkan kepada barisan pengeluaran, dan laraskan proses tepat pada masanya untuk menghapuskan kecacatan. Sinar inframerah ialah sejenis gelombang elektromagnet yang mempunyai sifat yang sama seperti gelombang radio dan cahaya nampak. Peranti elektronik khas digunakan untuk menukar taburan suhu permukaan objek kepada imej mata manusia yang boleh dilihat, dan untuk memaparkan taburan suhu permukaan objek dalam warna yang berbeza dipanggil teknologi pengimejan terma inframerah. Peranti elektronik ini dipanggil pengimej haba inframerah. Semua objek di atas sifar mutlak (-273 ℃) memancarkan sinaran inframerah.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4, penghampir terma inframerah (Kamera IR) menggunakan pengesan inframerah dan objektif pengimejan optik untuk menerima corak pengagihan tenaga sinaran inframerah objek sasaran yang diukur dan mencerminkannya pada elemen fotosensitif pengesan inframerah untuk mendapatkan imej terma inframerah, yang sepadan dengan medan pengedaran haba pada permukaan objek. Apabila terdapat kecacatan pada permukaan objek, suhu di kawasan itu berubah. Oleh itu, teknologi ini juga boleh digunakan untuk mengesan kecacatan pada permukaan objek, terutamanya sesuai untuk beberapa kecacatan yang tidak dapat dibezakan dengan cara pengesanan optik. Apabila elektrod pengeringan bateri ion litium dikesan dalam talian, elektrod elektrod pertama kali disinari oleh denyar, suhu permukaan berubah, dan kemudian suhu permukaan dikesan dengan pengimejan terma. Imej taburan haba divisualisasikan, dan imej diproses dan dianalisis dalam masa nyata untuk mengesan kecacatan permukaan dan menandakannya dalam masa.D. Mohanty Kajian itu memasang pengimej terma pada alur keluar ketuhar pengeringan pelapis untuk mengesan imej taburan suhu permukaan kepingan elektrod.

Rajah 5 (a) ialah peta taburan suhu permukaan salutan helaian kutub positif NMC yang dikesan oleh pengimej haba, yang mengandungi kecacatan yang sangat kecil yang tidak dapat dibezakan dengan mata kasar. Lengkung pengedaran suhu sepadan dengan segmen laluan ditunjukkan dalam sisipan dalaman, dengan lonjakan suhu pada titik kecacatan. Dalam Rajah 5 (b), suhu meningkat secara tempatan dalam kotak yang sepadan, sepadan dengan kecacatan permukaan kepingan tiang. Gbr. 6 ialah gambar rajah taburan suhu permukaan lembaran elektrod negatif yang menunjukkan kewujudan kecacatan, di mana puncak kenaikan suhu sepadan dengan gelembung atau agregat, dan kawasan penurunan suhu sepadan dengan lubang jarum atau penurunan.

Rajah 5 Taburan suhu permukaan kepingan elektrod positif

Rajah 6 Taburan suhu permukaan elektrod negatif

 

Ia boleh dilihat bahawa pengesanan pengimejan terma taburan suhu adalah cara yang baik untuk pengesanan kecacatan permukaan kepingan tiang, yang boleh digunakan untuk kawalan kualiti pembuatan kepingan tiang.3. Kesan kecacatan permukaan kepingan tiang pada prestasi bateri

 

(1) Kesan ke atas kapasiti pengganda bateri dan kecekapan Coulomb

Rajah 7 menunjukkan lengkung pengaruh agregat dan lubang jarum pada kapasiti pengganda bateri dan kecekapan coulen. Agregat sebenarnya boleh meningkatkan kapasiti bateri, tetapi mengurangkan kecekapan coulen. Lubang jarum mengurangkan kapasiti bateri dan kecekapan Kulun, dan kecekapan Kulun berkurangan dengan ketara pada kadar yang tinggi.

Rajah 7 agregat katod dan kesan lubang jarum pada kapasiti bateri dan kecekapan angka 8 adalah salutan tidak sekata, dan badan asing logam Co dan Al pada kapasiti bateri dan kesan lengkung kecekapan, salutan tidak sekata mengurangkan kapasiti jisim unit bateri 10% - 20%, tetapi keseluruhan kapasiti bateri berkurangan sebanyak 60%, ini menunjukkan bahawa jisim hidup di bahagian kutub berkurangan dengan ketara. Badan asing Metal Co mengurangkan kapasiti dan kecekapan Coulomb, walaupun dalam pembesaran tinggi 2C dan 5C, tiada kapasiti sama sekali, yang mungkin disebabkan oleh pembentukan logam Co dalam tindak balas elektrokimia litium dan litium yang tertanam, atau mungkin zarah logam tersumbat liang diafragma menyebabkan litar pintas mikro.

Rajah 8 Kesan salutan elektrod positif tidak sekata dan bendasing logam Co dan Al pada kapasiti pengganda bateri dan kecekapan coulen

Ringkasan kecacatan kepingan katod: Ates dalam salutan kepingan katod mengurangkan kecekapan Coulomb bateri. Lubang jarum salutan positif mengurangkan kecekapan Coulomb, mengakibatkan prestasi pengganda yang lemah, terutamanya pada ketumpatan arus tinggi. Salutan heterogen menunjukkan prestasi pembesaran yang lemah. Bahan pencemar zarah logam boleh menyebabkan litar pintas mikro, dan oleh itu boleh mengurangkan kapasiti bateri dengan banyak.
Rajah 9 menunjukkan kesan jalur kerajang kebocoran negatif pada kapasiti pengganda dan kecekapan Kulun bateri. Apabila kebocoran berlaku pada elektrod negatif, kapasiti bateri berkurangan dengan ketara, tetapi kapasiti gram tidak jelas, dan kesan ke atas kecekapan Kulun tidak ketara.

 

Rajah 9 Pengaruh jalur foil kebocoran elektrod negatif terhadap kapasiti pengganda bateri dan kecekapan Kulun (2) Pengaruh ke atas prestasi kitaran pengganda bateri Rajah 10 adalah hasil daripada pengaruh kecacatan permukaan elektrod pada kitaran pengganda bateri. Keputusan pengaruh diringkaskan seperti berikut:
Egregation: pada 2C, kadar penyelenggaraan kapasiti 200 kitaran ialah 70% dan bateri yang rosak ialah 12%, manakala dalam kitaran 5C, kadar penyelenggaraan kapasiti 200 kitaran ialah 50% dan bateri yang rosak ialah 14%.
Lubang Jarum: pengecilan kapasiti adalah jelas, tetapi tiada pengecilan kecacatan agregat adalah pantas, dan kadar penyelenggaraan kapasiti 200 kitaran 2C dan 5C masing-masing adalah 47% dan 40%.
Badan asing logam: kapasiti badan asing logam Co hampir 0 selepas beberapa kitaran, dan kapasiti kitaran 5C badan asing logam Al foil berkurangan dengan ketara.
Jalur bocor: Untuk kawasan kebocoran yang sama, kapasiti bateri berbilang jalur yang lebih kecil berkurangan lebih cepat daripada jalur yang lebih besar (47% untuk 200 kitaran dalam 5C) (7% untuk 200 kitaran dalam 5C). Ini menunjukkan bahawa lebih besar bilangan jalur, lebih besar kesan pada kitaran bateri.

Rajah 10 Kesan kecacatan permukaan kepingan elektrod pada kitaran kadar sel

 

Ruj.: [1] Penilaian tidak memusnahkan elektrod bateri sekunder litium bersalut slot-mati oleh angkup laser sebaris dan kaedah termografi IR [J].KAEDAH ANALITIK.2014, 6(3): 674-683.[2]Kesan kecacatan pembuatan elektrod pada prestasi elektrokimia bateri litium-ion: Mengetahui punca kegagalan bateri[J].Jurnal Sumber Kuasa.2016, 312: 70-79.