Mbukak Misteri: Kapasitas Teoritis Super ing Baterei Lithium-Ion

Napa baterei lithium ana fenomena kapasitas super teoritis

Ing baterei lithium-ion (LIB), akeh elektroda basis oksida logam transisi nuduhake kapasitas panyimpenan sing luar biasa ngluwihi nilai teoritis. Sanajan fénoména iki wis umum dilapurake, mekanisme fisikokimia sing ndasari ing bahan kasebut tetep angel dipahami lan tetep dadi perdebatan.

Profil asil

Bubar, Profesor Miao Guoxing saka Universitas Waterloo, Kanada, Profesor Yu Guihua saka Universitas Texas ing Austin, lan Li Hongsen lan Li Qiang saka Universitas Qingdao bebarengan nerbitake makalah riset babagan Bahan Alam kanthi judhul "Kapasitas panyimpenan ekstra ing baterei lithium-ion oksida logam transisi sing dicethakaké dening magnetometry in situ". Ing karya iki, penulis digunakake ngawasi Magnetik in situ kanggo nduduhake anané kapasitansi lumahing kuwat ing nanopartikel logam lan sing nomer akeh elektron spin-polarized bisa disimpen ing nanopartikel logam wis suda, kang konsisten karo mekanisme daya spasial. Kajaba iku, mekanisme pangisian daya spasial sing dicethakaké bisa ditambahake menyang senyawa logam transisi liyane, nyedhiyakake panuntun dhasar kanggo panyiapan sistem panyimpenan energi sing canggih.

Riset highlights

(1) Fe khas diteliti kanthi nggunakake teknik pemantauan magnetik in-situ3O4/ Evolusi struktur elektronik ing njero baterei Li;

(2) marang sing Fe3O4In sistem / Li, kapasitas daya lumahing sumber utama kapasitas ekstra;

(3) Mekanisme kapasitansi permukaan nanopartikel logam bisa ditambahake menyang macem-macem senyawa logam transisi.

Pandhuan teks lan teks

1. Karakterisasi struktur lan sifat elektrokimia

Monodisperse hollow Fe disintesis kanthi metode hidrotermal konvensional3O4Nanospheres, lan banjur dileksanakake ing 100 mAg−1Charge lan discharge ing Kapadhetan saiki (Gambar 1a), kapasitas discharge pisanan 1718 mAh g−1, 1370 mAhg ing kaping pindho lan katelu, mungguh. 1Lan 1,364 mAhg−1, Luwih saka 926 mAhg−1Teori pangarepan. Gambar BF-STEM saka produk sing dibuwang kanthi lengkap (Gambar 1b-c) nuduhake yen sawise reduksi lithium, Fe3O4Nanospheres diowahi dadi nanopartikel Fe sing luwih cilik kanthi ukuran 1 - 3 nm, disebarake ing pusat Li2O.

Kanggo nduduhake owah-owahan magnetisme sajrone siklus elektrokimia, kurva magnetisasi sawise discharge lengkap nganti 0.01 V dipikolehi (Gambar 1d), nuduhake prilaku superparamagnetik amarga pembentukan nanopartikel.

Gambar 1 (a) ing 100 mAg−1Fe saka muter ing Kapadhetan saiki3O4 / Pangisian daya saiki konstan lan kurva discharge baterei Li; (b) kanthi lithium Fe3O4Gambar BF-STEM saka elektroda; (c) anané Li ing gambar aggregate2High-resolusi BF-STEM saka O lan Fe; (d) Fe3O4The hysteresis kurva elektroda sadurunge (ireng) lan sawise (biru), lan Langevin dipasang kurva pungkasan (ungu).

2. Deteksi nyata-wektu evolusi struktural lan magnetik

Kanggo nggabungake elektrokimia karo Fe3O4Of owah-owahan struktural lan magnetik sing disambungake menyang Fe3O4Elektroda kasebut ngalami difraksi sinar-X in situ (XRD) lan pemantauan magnetik in situ. Fe ing seri pola difraksi XRD nalika discharge awal saka voltase sirkuit mbukak (OCV) nganti 1.2V3O4Puncak difraksi ora owah sacara signifikan ing intensitas utawa posisi (Gambar 2a), nuduhake yen Fe3O4Only ngalami proses interkalasi Li. Nalika diisi menyang 3V, struktur anti-spinel Fe3O4The tetep utuh, nuduhake yen proses ing jendhela voltase iki bisa dibalik. Pemantauan magnetik in-situ luwih dikombinasikake karo tes muatan-munggah saiki sing terus-terusan ditindakake kanggo neliti kepiye magnetisasi berkembang ing wektu nyata (Gambar 2b).

Gambar 2 Karakterisasi XRD in-situ lan pemantauan magnetik.(A) XRD in situ; (b) Fe3O4Electrochemical charge-discharge curve ing ngisor 3 T sing ditrapake medan magnet lan respon magnetik in situ sing bisa dibalik.

Kanggo entuk pangerten sing luwih dhasar babagan proses konversi iki babagan owah-owahan magnetisasi, respon magnetik diklumpukake ing wektu nyata lan transisi fase sing cocog karo reaksi sing didorong kanthi elektrokimia (Gambar 3). Cetha yen nalika discharge pisanan, reaksi magnetisasi Fe3O4 saka elektroda beda karo siklus liyane amarga Fe sajrone lithalisasi3O4 pisanan amarga transisi fase sing ora bisa dibatalake. Nalika potensial mudhun dadi 0.78V, fase antispinel Fe3O4The diowahi kanggo ngemot Li2The kelas FeO struktur halit O, Fe3O4Fase ora bisa dibalèkaké sawise ngisi daya. Kajaba iku, magnetisasi mudhun kanthi cepet dadi 0.482 μ b Fe−1. Nalika lithialization nerusake, ora phase anyar kawangun, lan kakiyatan saka (200) lan (220) kelas FeO puncak difraksi wiwit weakened. Fe3O4 padha Ora ana puncak XRD pinunjul ditahan nalika elektroda wis rampung liialized (Figure 3a). Elinga yen nalika elektroda Fe3O4 discharges saka 0.78V kanggo 0.45V, magnetization (saka 0.482 μ b Fe−1Meningkat kanggo 1.266 μ bFe−1), Iki amarga reaksi konversi saka FeO kanggo Fe. Banjur, ing pungkasan discharge, magnetisasi alon-alon mudhun dadi 1.132 μ B Fe−1. Panemuan iki nuduhake yen Fe0Nanopartikel logam sing wis dikurangi bisa isih melu reaksi panyimpenan lithium, saéngga nyuda magnetisasi elektroda.

Gambar 3. Pengamatan in situ saka transisi fase lan respon magnetik. (a) Fe3O4In situ XRD map diklumpukake sak discharge pisanan saka elektroda; (b) Fe3O4In situ pangukuran gaya magnetik siklus elektrokimia sel / Li ing medan magnet sing ditrapake 3 T.

3. Fe0/Li2Kapasitansi permukaan sistem O

Fe3O4Owah-owahan magnetik saka elektrods dumadi ing voltase kurang, ing ngendi kapasitas elektrokimia tambahan sing paling kamungkinan kui, nuduhake anané operator daya durung ditemokaké ing sel. Kanggo njelajah mekanisme panyimpenan lithium potensial, Fe ditliti kanthi XPS, STEM lan spektrum kinerja magnetik3O4Electrodes puncak magnetisasi ing 0.01V, 0.45V lan 1.4V kanggo nemtokake sumber owah-owahan magnetik. Asil nuduhake manawa momen magnetik minangka faktor kunci sing mengaruhi owah-owahan magnetik, amarga Fe0 / Li2Ms sing diukur saka sistem O ora kena pengaruh anisotropi magnetik lan kopling antarpartikel.

Kanggo luwih ngerti Fe3O4Sipat kinetik saka elektroda ing voltase kurang, cyclic voltammetry ing tingkat scan beda. Minangka ditampilake ing Figure 4a, kurva voltammogram siklik persegi dowo katon ing sawetara voltase antarane 0.01V lan 1V (Figure 4a). Gambar 4b nuduhake yen respon kapasitif Fe3O4A dumadi ing elektroda. Kanthi respon Magnetik Highly bisa dibalèkaké saka daya saiki pancet lan proses discharge (Figure 4c), ing magnetization saka elektroda melorot saka 1V kanggo 0.01V sak proses discharge, lan tambah maneh sak proses daya, nuduhake yen Fe0Of kapasitor-kaya. reaksi lumahing Highly bisa dibalèkaké.

Gambar 4 sifat elektrokimia lan karakterisasi magnetik in situ ing 0.011 V. (A) Kurva voltammetri siklik. (B) Nilai b ditemtokake kanthi nggunakake korélasi antara arus puncak lan tingkat pindai; (c) owah-owahan malik saka magnetization relatif kanggo kurva daya-discharge ing 5 T Applied Magnetik kolom.

Fe3O4Kasebut ing ndhuwur Fitur elektrokimia, struktural lan Magnetik saka elektrods nuduhake yen kapasitas baterei tambahan ditemtokake dening Fe0Kapasitansi lumahing spin-polarisasi saka nanopartikel disababaké déning owah-owahan Magnetik gawan. Kapasitansi spin-polarisasi minangka asil saka akumulasi muatan spin-polarisasi ing antarmuka lan bisa nampilake respon magnetik sajrone ngisi daya lan discharge. rasio lumahing-kanggo-volume gedhe lan éling Kapadhetan dhuwur saka negara ing tingkat Fermi amarga orbital d Highly localized. Miturut model teoretis Maier babagan panyimpenan muatan spasial, penulis ngusulake manawa jumlah elektron sing akeh bisa disimpen ing pita spin-splitting saka nanopartikel Fe metalik, sing bisa ditemokake ing Fe / Li3Creating kapasitor permukaan polarisasi spin ing nanokomposit O ( Gambar 4).

grafik 5Fe / Li2A Perwakilan skematis saka kapasitansi permukaan elektron polarisasi spin ing antarmuka O. (A) diagram skematis saka kapadhetan negara polarisasi spin saka permukaan partikel logam ferromagnetik (sadurunge lan sawise discharge), bertentangan karo polarisasi spin akeh wesi; (b) tatanan wilayah pangisian daya spasi ing model kapasitor lumahing litium overstored.

Ringkesan lan Outlook

TM / Li diselidiki dening ngawasi magnetik in-situ majeng2Evolusi struktur elektronik internal nanokomposit O kanggo mbukak sumber kapasitas panyimpenan tambahan kanggo baterei lithium-ion iki. Asil nuduhake yen ing sistem sel model Fe3O4/Li, nanopartikel Fe sing dikurangi sacara elektrokimia bisa nyimpen jumlah elektron terpolarisasi sing akeh banget, amarga kapasitas sel sing gedhe banget lan magnetisme antar muka sing owah. Eksperimen luwih divalidasi CoO, NiO, lan FeF2Lan Fe2Anane kapasitansi kasebut ing materi elektroda N nuduhake anané kapasitansi permukaan spin-polarisasi nanopartikel logam ing baterei ion lithium lan nggawe dhasar kanggo aplikasi mekanisme panyimpenan muatan spasial iki ing transisi liyane. bahan elektroda adhedhasar senyawa logam.

Link sastra

Kapasitas panyimpenan ekstra ing baterei lithium-ion oksida logam transisi sing dicethakaké dening magnetometry in situ (Bahan Alam, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Pengaruh rumus desain wafer elektroda lithium lan cacat wafer elektroda ing kinerja

1. Artikel pondasi desain film pole

Elektroda baterei lithium minangka lapisan sing kasusun saka partikel, ditrapake kanthi rata ing cairan logam. Lapisan elektroda baterei lithium ion bisa dianggep minangka bahan komposit, utamane dumadi saka telung bagean:

(1) Partikel zat aktif;

(2) fase konstituen saka agen konduktif lan agen (fase adesif karbon);

(3) Pore, isi karo elektrolit.

Hubungan volume saben fase dituduhake minangka:

Porositas + fraksi volume materi urip + fraksi volume fase perekat karbon =1

Desain desain elektroda baterei lithium iku penting banget, lan saiki kawruh dhasar desain elektroda baterei lithium wis sedhela ngenalaken.

(1) Kapasitas teoretis saka materi elektroda Kapasitas teoritis saka materi elektroda, yaiku, kapasitas sing diwenehake dening kabeh ion lithium ing materi sing melu reaksi elektrokimia, nilai kasebut diitung kanthi persamaan ing ngisor iki:

Contone, LiFePO4The massa molar punika 157.756 g / mol, lan kapasitas teori punika:

Nilai sing diwilang iki mung kapasitas gram teoritis. Supaya kanggo mesthekake struktur mbalikke saka materi, koefisien aman ion lithium nyata kurang saka 1, lan kapasitas gram nyata materi punika:

Kapasitas gram nyata materi = kapasitas teoritis koefisien unplugging ion lithium

(2) Kapasitas desain baterei lan Kapadhetan siji-sisi banget Kapasitas desain baterei bisa diwilang kanthi rumus ing ngisor iki: Kapasitas desain baterei = Kapadhetan permukaan lapisan rasio bahan aktif bahan aktif kapasitas gram area lapisan kutub.

Antarane wong-wong mau, Kapadhetan permukaan lapisan minangka parameter desain utama. Nalika Kapadhetan compaction panggah, Tambah Kapadhetan lumahing nutupi tegese kekandelan sheet kutub mundhak, jarak transmisi elektron mundhak, lan resistance elektron mundhak, nanging tingkat Tambah diwatesi. Ing lembaran elektroda sing kandel, paningkatan impedansi migrasi ion lithium ing elektrolit minangka alasan utama sing mengaruhi karakteristik rasio. Ngelingi porositas lan twists pori, jarak migrasi ion ing pori kaping pirang-pirang luwih saka kekandelan saka sheet kutub.

(3) Rasio rasio kapasitas negatif-positif N / P kapasitas negatif kanggo kapasitas positif ditetepake minangka:

N / P kudu luwih saka 1.0, umume 1.04 ~ 1.20, kang utamané ing desain safety, kanggo nyegah ion lithium sisih negatif saka udan tanpa sumber acceptance, desain kanggo nimbang kapasitas proses, kayata panyimpangan lapisan. Nanging, nalika N / P gedhe banget, baterei bakal kelangan kapasitas ora bisa dibalèkaké, asil kapasitas baterei kurang lan Kapadhetan energi baterei luwih murah.

Kanggo anoda lithium titanate, desain keluwihan elektroda positif diadopsi, lan kapasitas baterei ditemtokake dening kapasitas anoda lithium titanate. Desain keluwihan positif kondusif kanggo nambah kinerja suhu dhuwur saka baterei: gas suhu dhuwur utamané asalé saka elektroda negatif. Ing desain keluwihan positif, potensial negatif kurang, lan luwih gampang kanggo mbentuk film SEI ing lumahing lithium titanate.

(4) Kapadhetan kompaksi lan porositas lapisan Ing proses produksi, kapadhetan kompaksi lapisan elektroda baterei diitung kanthi rumus ing ngisor iki. Ngelingi sing nalika sheet kutub wis mbalek, foil logam wis lengkap, Kapadhetan lumahing lapisan sawise roller wis diwilang dening rumus ing ngisor iki.

Kaya sing kasebut sadurunge, lapisan kasebut kalebu fase materi urip, fase adesif karbon lan pori, lan porositas bisa diwilang kanthi persamaan ing ngisor iki.

Antarane wong-wong mau, Kapadhetan rata-rata lapisan punika: elektroda baterei lithium jenis partikel wêdakakêna nutupi, amarga lumahing partikel wêdakakêna atos, wangun ora duwe aturan baku, nalika klempakan, partikel antarane partikel lan partikel, lan sawetara partikel dhewe wis retak lan pori, dadi volume wêdakakêna kalebu volume wêdakakêna, pori-pori antarane partikel wêdakakêna lan partikel, mulane, macem-macem cocog saka Kapadhetan lapisan elektroda lan perwakilan porositas. Kapadhetan partikel bubuk nuduhake massa bubuk saben volume unit. Miturut volume bubuk, iku dipérang dadi telung jinis: Kapadhetan bener, Kapadhetan partikel lan Kapadhetan akumulasi. Kapadhetan macem-macem ditetepake kaya ing ngisor iki:

1. Kapadhetan sejati nuduhake kerapatan sing dipikolehi kanthi mbagi massa bubuk kanthi volume (volume nyata) ora kalebu celah internal lan njaba partikel. Sing, Kapadhetan saka prakara dhewe dijupuk sawise ora kalebu volume kabeh voids.
2. Kapadhetan partikel nuduhake Kapadhetan partikel sing dipikolehi kanthi mbagi massa bubuk dibagi volume partikel kalebu bolongan mbukak lan bolongan ditutup. Yaiku, celah ing antarane partikel, nanging ora pori-pori sing apik ing jero partikel, kapadhetan partikel kasebut dhewe.
3. Kapadhetan akumulasi, yaiku, kapadhetan lapisan, nuduhake kepadatan sing dipikolehi dening massa wêdakakêna dibagi karo volume lapisan sing dibentuk dening bubuk. Volume sing digunakake kalebu pori-pori partikel dhewe lan void antarane partikel.

Kanggo wêdakakêna padha, Kapadhetan bener> Kapadhetan partikel> Kapadhetan packing. Porositas bubuk yaiku rasio pori-pori ing lapisan partikel bubuk, yaiku rasio volume kekosongan antarane partikel bubuk lan pori-pori partikel kanggo volume total lapisan, sing umum digambarake. minangka persentasi. Porositas bubuk minangka sifat komprehensif sing ana gandhengane karo morfologi partikel, kahanan permukaan, ukuran partikel lan distribusi ukuran partikel. Porositas langsung mengaruhi infiltrasi elektrolit lan transmisi ion lithium. Umumé, luwih gedhe porositas, luwih gampang infiltrasi elektrolit, lan luwih cepet transmisi ion lithium. Mulane, ing desain baterei lithium, kadhangkala kanggo nemtokake porositas, cara meksa merkuri sing umum digunakake, cara adsorpsi gas, lan liya-liyane. Bisa uga dipikolehi kanthi nggunakake pitungan Kapadhetan. Porositas uga bisa duwe implikasi beda nalika nggunakake Kapadhetan beda kanggo petungan. Nalika kapadhetan porositas zat urip, agen konduktif lan pengikat diitung kanthi kapadhetan sing bener, porositas sing diwilang kalebu celah antarane partikel lan celah ing njero partikel. Nalika porositas zat urip, agen konduktif lan pengikat diitung kanthi kapadhetan partikel, porositas sing diwilang kalebu celah antarane partikel, nanging ora celah ing njero partikel. Mulane, ukuran pori saka lembaran elektroda baterei lithium uga multi-ukuran, umume longkangan antarane partikel ing ukuran ukuran micron, nalika longkangan nang partikel ing nanometer kanggo ukuran sub-submicron. Ing elektroda keropos, hubungan sifat transportasi kayata difusivitas efektif lan konduktivitas bisa digambarake kanthi persamaan ing ngisor iki:

Ing ngendi D0 nggambarake tingkat difusi (konduksi) intrinsik saka materi kasebut, ε minangka fraksi volume fase sing cocog, lan τ minangka lengkungan sirkuit saka fase sing cocog. Ing model homogen makroskopik, hubungan Bruggeman umume digunakake, njupuk koefisien ɑ =1.5 kanggo ngira positif efektif saka elektroda keropos.

Elektrolit diisi ing pori-pori elektroda keropos, ing ngendi ion litium ditindakake liwat elektrolit, lan karakteristik konduksi ion litium ana hubungane karo porositas. Sing luwih gedhe porositas, luwih akeh fraksi volume fase elektrolit, lan luwih gedhe konduktivitas efektif ion lithium. Ing lembaran elektroda positif, elektron ditularake liwat fase adesif karbon, fraksi volume fase adesif karbon lan detour fase adesif karbon langsung nemtokake konduktivitas elektron sing efektif.

Porositas lan fraksi volume fase adesif karbon kontradiktif, lan porositas gedhe mesthi ndadékaké fraksi volume fase adesif karbon, mula sifat konduksi efektif ion lithium lan elektron uga kontradiktif, kaya sing ditampilake ing Gambar 2 Minangka porositas sudo, ion lithium konduktivitas efektif sudo nalika elektron konduktivitas efektif mundhak. Cara ngimbangi loro uga kritis ing desain elektroda.

Gambar 2 Diagram skematis porositas lan ion lithium lan konduktivitas elektron

2. Jinis lan deteksi cacat cagak

 

Saiki, ing proses nyiapake kutub baterei, luwih akeh teknologi deteksi online sing diadopsi, supaya bisa ngenali cacat manufaktur produk kanthi efektif, ngilangi produk sing rusak, lan umpan balik sing pas kanggo garis produksi, pangaturan otomatis utawa manual kanggo produksi. proses, kanggo ngurangi tingkat risak.

Teknologi deteksi on-line sing umum digunakake ing manufaktur lembaran kutub kalebu deteksi karakteristik slurry, deteksi kualitas lembaran kutub, deteksi ukuran lan liya-liyane, Contone: (1) meter viskositas online langsung dipasang ing tangki panyimpenan lapisan kanggo ndeteksi rheologis. karakteristik slurry ing wektu nyata, Test stabilitas slurry ing; (2) Nggunakake sinar-X utawa β-ray ing proses lapisan, akurasi pangukuran dhuwur, Nanging radiation gedhe, rega dhuwur saka peralatan lan masalah pangopènan; (3) Laser teknologi pangukuran kekandelan online Applied kanggo ngukur kekandelan saka sheet kutub, akurasi pangukuran bisa tekan ± 1. 0 μm, uga bisa nampilake gaya owah-owahan saka kekandelan diukur lan kekandelan ing wektu nyata, Nggampangake traceability data lan analisis; (4) teknologi sesanti CCD, Yaiku, baris Uploaded CCD digunakake kanggo mindai obyek diukur, Real-wektu Processing gambar lan analisis kategori cacat, éling deteksi online non-cilaka saka cacat lumahing sheet kutub.

Minangka alat kanggo kontrol kualitas, teknologi tes online uga penting kanggo ngerti korélasi antarane cacat lan kinerja baterei, supaya bisa nemtokake kritéria qualified / unqualified kanggo produk setengah rampung.

Ing sisih pungkasan, cara anyar teknologi deteksi cacat lumahing baterei lithium-ion, teknologi imaging termal infrared lan hubungan antarane cacat beda lan kinerja elektrokimia sing sedhela ngenalaken.konsultasi D. Mohanty A sinau pepek dening Mohanty et al.

(1) Cacat umum ing permukaan sheet pole

Figure 3 nuduhake cacat umum ing lumahing elektroda baterei lithium ion, karo gambar optik ing sisih kiwa lan gambar dijupuk dening imager termal ing sisih tengen.

Gambar 3 Cacat umum ing lumahing cagak: (a, b) amplop bulge / agregat; (c, d) drop material/pinhole; (e, f) benda asing logam; (g, h) lapisan ora rata

 

(A, b) mundhak bulge / agrégat, cacat kuwi bisa kelakon yen slurry roto-roto diaduk utawa kacepetan lapisan ora stabil. Pengumpulan agen konduktif adesif lan karbon ireng ndadékaké isi kurang bahan aktif lan bobot entheng saka tablet polar.

 

(c, d) drop / pinhole, wilayah risak iki ora ditutupi lan biasane diprodhuksi dening umpluk ing slurry. Padha nyuda jumlah bahan aktif lan mbukak kolektor menyang elektrolit, saéngga ngurangi kapasitas elektrokimia.

 

(E, f) logam manca awak, slurry utawa logam awak manca ngenalaken ing peralatan lan lingkungan, lan logam badan manca bisa nimbulaké gawe piala gedhe kanggo baterei lithium. Partikel logam gedhe langsung ngrusak diafragma, nyebabake sirkuit cendhak antarane elektroda positif lan negatif, yaiku sirkuit cendhak fisik. Kajaba iku, nalika awak manca logam wis pipis menyang elektroda positif, mundhak potensial positif sawise ngisi daya, logam solves, nyebar liwat elektrolit, lan banjur precipitate ing lumahing negatif, lan pungkasanipun puncture diaphragm, mbentuk short circuit. yaiku sirkuit cendhak pembubaran kimia. Benda asing logam sing paling umum ing situs pabrik baterei yaiku Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, lsp.

 

(g, h) lapisan ora rata, kayata slurry nyawiji ora cukup, fineness partikel gampang katon loreng nalika partikel gedhe, asil ing lapisan ora rata, kang bakal mengaruhi konsistensi saka kapasitas baterei, lan malah katon rampung. ora belang nutupi, wis impact ing kapasitas lan safety.

(2) Teknologi deteksi cacat lumahing chip Pole Infrared (IR) teknologi imaging termal digunakake kanggo ndeteksi cacat cilik ing elektroda garing sing bisa ngrusak kinerja baterei lithium-ion. Sajrone deteksi online, yen cacat elektroda utawa polutan dideteksi, tandha ing sheet kutub, ngilangi ing proses sakteruse, lan menehi saran menyang baris produksi, lan nyetel proses ing wektu kanggo ngilangi cacat. Sinar inframerah minangka jinis gelombang elektromagnetik sing nduweni sifat sing padha karo gelombang radio lan cahya sing katon. Piranti elektronik khusus digunakake kanggo ngowahi distribusi suhu permukaan obyek dadi gambar sing katon ing mripat manungsa, lan kanggo nampilake distribusi suhu permukaan obyek kanthi warna sing beda diarani teknologi pencitraan termal inframerah. Piranti elektronik iki diarani imager termal inframerah. Kabeh obyek ing ndhuwur nol absolut (-273 ℃) ngetokake radiasi infra merah.
Kaya sing dituduhake ing Gambar 4, approximator termal infra merah (Kamera IR) nggunakake detektor infra merah lan tujuan pencitraan optik kanggo nampa pola distribusi energi radiasi infra merah saka obyek target sing diukur lan nggambarake unsur fotosensitif saka detektor infra merah kanggo entuk gambar termal infra merah, sing cocog karo lapangan distribusi termal ing permukaan obyek. Nalika ana cacat ing lumahing obyek, suhu owah-owahan ing wilayah kasebut. Mulane, teknologi iki uga bisa digunakake kanggo ndeteksi cacat ing permukaan obyek, utamané cocok kanggo sawetara cacat sing ora bisa dibedakake kanthi cara deteksi optik. Nalika elektroda pangatusan baterei lithium ion dideteksi online, elektroda elektroda pisanan disinari dening lampu kilat, owah-owahan suhu permukaan, banjur suhu permukaan dideteksi karo imager termal. Gambar distribusi panas wis visualized, lan gambar diproses lan analisa ing wektu nyata kanggo ndeteksi cacat lumahing lan menehi tandha ing wektu.D. Mohanty Sinau diinstal imager termal ing stopkontak saka open pangatusan coater kanggo ndeteksi gambar distribusi suhu saka lumahing sheet elektroda.

Figure 5 (a) punika map distribusi suhu saka lumahing nutupi saka sheet kutub positif NMC dideteksi dening imager termal, kang ngandhut cacat cilik banget sing ora bisa dibedakake dening mripat wuda. Kurva distribusi suhu sing cocog karo segmen rute ditampilake ing inset internal, kanthi lonjakan suhu ing titik cacat. Ing Figure 5 (b), suhu mundhak sacara lokal ing kothak sing cocog, cocog karo cacat lumahing sheet pole. Gbr. 6 minangka diagram distribusi suhu permukaan saka sheet elektroda negatif sing nuduhake anané cacat, ing ngendi puncak kenaikan suhu cocog karo gelembung utawa agregat, lan area suhu mudhun cocog karo pinhole utawa gulung.

Figure 5 Distribusi suhu saka lumahing sheet elektroda positif

Gambar 6 Distribusi suhu permukaan elektroda negatif

 

Bisa dideleng yen deteksi pencitraan termal distribusi suhu minangka sarana sing apik kanggo deteksi cacat permukaan kutub, sing bisa digunakake kanggo kontrol kualitas manufaktur lembaran kutub.3. Efek cacat lumahing pole sheet ing kinerja baterei

 

(1) Dampak ing kapasitas multiplier baterei lan efisiensi Coulomb

Figure 7 nuduhake kurva pengaruh agregat lan pinhole ing kapasitas multiplier baterei lan efficiency coulen. Agregat bisa nambah kapasitas baterei, nanging nyuda efisiensi coulen. Pinhole nyuda kapasitas baterei lan efficiency Kulun, lan efficiency Kulun sudo banget ing tingkat dhuwur.

Figure 7 cathode aggregate lan efek pinhole ing kapasitas baterei lan efficiency saka tokoh 8 lapisan ora rata, lan logam manca awak Co lan Al ing kapasitas baterei lan efek saka kurva efficiency, lapisan ora rata nyuda kapasitas massa unit baterei 10% - 20%, nanging kabeh kapasitas baterei melorot dening 60%, iki nuduhake yen massa urip ing Piece polar suda Ngartekno. Metal Co awak manca suda kapasitas lan Coulomb efficiency, malah ing 2C lan 5C magnification dhuwur, ora kapasitas ing kabeh, kang bisa amarga tatanan saka logam Co ing reaksi elektrokimia saka lithium lan lithium ditempelake, utawa bisa uga partikel logam diblokir pori diafragma nyebabake korsleting mikro.

Gambar 8 Efek saka lapisan elektroda positif sing ora rata lan benda asing logam Co lan Al ing kapasitas multiplier baterei lan efisiensi coulen

Ringkesan cacat sheet cathode: The ate ing lapisan sheet cathode nyuda efficiency Coulomb saka baterei. Pinhole saka lapisan positif nyuda efficiency Coulomb, asil ing kinerja multiplier miskin, utamané ing Kapadhetan saiki dhuwur. Lapisan heterogen nuduhake kinerja pembesaran sing kurang. Polutan partikel logam bisa nyebabake sirkuit cendhak mikro, mula bisa nyuda kapasitas baterei.
Figure 9 nuduhake impact saka strip foil bocor negatif ing kapasitas multiplier lan efficiency Kulun baterei. Nalika bocor ana ing elektroda negatif, kapasitas baterei wis suda Ngartekno, nanging kapasitas gram ora ketok, lan impact ing efficiency Kulun ora wujud.

 

Gambar 9 Pengaruh strip foil bocor elektroda negatif ing kapasitas multiplier baterei lan efisiensi Kulun (2) Pengaruh kinerja siklus multiplier baterei Gambar 10 minangka asil saka pengaruh cacat permukaan elektroda ing siklus multiplier baterei. Asil pengaruh diringkes kaya ing ngisor iki:
Egregasi: ing 2C, tingkat pangopènan kapasitas 200 siklus yaiku 70% lan baterei sing rusak yaiku 12%, nalika ing siklus 5C, tingkat pangopènan kapasitas 200 siklus yaiku 50% lan baterei sing rusak yaiku 14%.
Needlehole: atenuasi kapasitas ketok, nanging ora atenuasi cacat ongko cepet, lan tingkat pangopènan kapasitas 200 siklus 2C lan 5C sing 47% lan 40%, mungguh.
Awak manca logam: kapasitas awak manca logam Co meh 0 sawise sawetara siklus, lan kapasitas siklus 5C awak manca logam Al foil nyuda sacara signifikan.
Strip bocor: Kanggo area bocor sing padha, kapasitas baterei saka macem-macem garis cilik suda luwih cepet tinimbang garis sing luwih gedhe (47% kanggo 200 siklus ing 5C) (7% kanggo 200 siklus ing 5C). Iki nuduhake yen luwih gedhe nomer belang, luwih gedhe impact ing siklus baterei.

Gambar 10 Pengaruh cacat lumahing sheet elektroda ing siklus sel rate

 

Ref.: [1] Evaluasi non-destruktif saka elektroda baterei sekunder lithium sing dilapisi slot-mati kanthi cara in-line laser caliper lan termografi IR [J].METODE ANALITIK.2014, 6(3): 674-683. [2]Efek saka cacat Manufaktur elektroda ing kinerja elektrokimia saka baterei litium-ion: Ngerti sumber Gagal baterei [J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.