Paslapties atskleidimas: super teorinė ličio jonų baterijų talpa

Kodėl ličio baterija egzistuoja super teorinės talpos reiškinys

Ličio jonų baterijose (LIB) daugelis pereinamojo metalo oksido elektrodų turi neįprastai didelę talpą, viršijančią jų teorinę vertę. Nors apie šį reiškinį buvo pranešta plačiai, pagrindiniai fizikiniai ir cheminiai mechanizmai šiose medžiagose lieka sunkiai suprantami ir tebėra diskusijų objektas.

Rezultatų profilis

Neseniai profesorius Miao Guoxingas iš Vaterlo universiteto (Kanada), profesorius Yu Guihua iš Teksaso universiteto Ostine ir Li Hongsenas ir Li Qiang iš Čingdao universiteto kartu paskelbė mokslinį darbą apie gamtos medžiagas pavadinimu „Papildomi saugojimo pajėgumai pereinamojo metalo oksido ličio jonų baterijos, atskleistos naudojant in situ magnetometriją". Šiame darbe autoriai naudojo in situ magnetinį stebėjimą, norėdami parodyti, kad metalo nanodalelės yra stiprios paviršiaus talpos ir kad daug sukimosi poliarizuotų elektronų gali būti saugomi jau sumažintose metalo nanodalelėse, o tai atitinka erdvinio krūvio mechanizmą. Be to, atskleistas erdvinio įkrovimo mechanizmas gali būti išplėstas, įtraukiant kitus pereinamųjų metalų junginius, suteikiant pagrindinį vadovą kuriant pažangias energijos kaupimo sistemas.

Svarbiausi tyrimų duomenys

(1) Tipiškas Fe buvo tiriamas naudojant in situ magnetinio stebėjimo techniką3O4/ Elektroninės struktūros raida Li baterijos viduje;

(2) atskleidžia, kad Fe3O4 / Li sistemoje paviršiaus įkrovos talpa yra pagrindinis papildomos talpos šaltinis;

(3) Metalo nanodalelių paviršiaus talpos mechanizmas gali būti išplėstas iki įvairių pereinamųjų metalų junginių.

Tekstas ir teksto vadovas

1. Struktūrinis apibūdinimas ir elektrocheminės savybės

Monodispersinis tuščiaviduris Fe buvo susintetintas įprastais hidroterminiais metodais3O4Nanosferos, o po to atliktas esant 100 mAg-1 Įkrovimas ir iškrovimas esant srovės tankiui (1a pav.), pirmoji iškrovimo talpa yra 1718 mAh g-1, 1370 mAhg atitinkamai antrą ir trečią kartą. 1Ir 1,364 mAhg−1, daug daugiau nei 926 mAhg−1Lūkesčių teorija. Visiškai išsikrovusio produkto BF-STEM vaizdai (1b-c paveikslai) rodo, kad po ličio redukavimo Fe3O4Nanosferos buvo paverstos mažesnėmis Fe nanodalelėmis, kurių matmenys yra apie 1–3 nm, išsklaidytas Li2O centre.

Norint parodyti magnetizmo pokytį elektrocheminio ciklo metu, buvo gauta įmagnetinimo kreivė po visiško iškrovimo iki 0.01, 1 V (XNUMXd pav.), Parodanti superparamagnetinį elgesį dėl nanodalelių susidarymo.

1 paveikslas (a) esant 100 mAg−1Fe ciklui esant srovės tankiui3O4/ Ličio akumuliatoriaus pastovios srovės įkrovimo ir iškrovimo kreivė; b) visiškai ličio Fe3O4 Elektrodo BF-STEM vaizdas; c) Li buvimas suvestiniuose 2 didelės raiškos O ir Fe BF-STEM vaizduose; (d) Fe3O4 Elektrodo histerezės kreivės prieš (juoda) ir po (mėlyna), o pastarojo Langevin pritaikyta kreivė (violetinė).

2. Struktūrinės ir magnetinės evoliucijos aptikimas realiuoju laiku

Norint sujungti elektrochemiją su Fe3O4O struktūriniais ir magnetiniais pokyčiais, susijusiais su Fe3O4, elektrodams buvo taikoma in situ rentgeno difrakcija (XRD) ir in situ magnetinis stebėjimas. Fe XRD difrakcijos modelių serijoje pradinio iškrovimo metu nuo atviros grandinės įtampos (OCV) iki 1.2, 3V4O2 Difrakcijos smailės reikšmingai nepasikeitė nei intensyvumu, nei padėtimi (3a pav.), o tai rodo, kad Fe4O3 patyrė tik Li interkaliacijos procesą. Kai įkraunama 3V, Fe4O2The anti-spinel struktūra išlieka nepakitusi, o tai rodo, kad procesas šiame įtampos lange yra labai grįžtamas. Tolesnis in situ magnetinis stebėjimas kartu su nuolatinės srovės įkrovimo ir iškrovimo bandymais buvo atliktas siekiant ištirti, kaip įmagnetinimas vystosi realiuoju laiku (XNUMXb pav.).

2 pav. In situ XRD ir magnetinio stebėjimo apibūdinimas. (A) in situ XRD; b) Fe3O4 elektrocheminė įkrovimo ir iškrovos kreivė veikiant 3 T magnetiniam laukui ir atitinkamas grįžtamasis in situ magnetinis atsakas.

Norint geriau suprasti šį konversijos procesą, atsižvelgiant į įmagnetinimo pokyčius, realiuoju laiku renkamas magnetinis atsakas ir atitinkamas fazės perėjimas, lydimas elektrochemiškai valdomų reakcijų (3 pav.). Visiškai aišku, kad pirmojo iškrovimo metu Fe3O4Elektrodų įmagnetinimo reakcija skiriasi nuo kitų ciklų dėl Fe pirmojo litalizavimo metu3O4Dėl negrįžtamo fazinio virsmo. Kai potencialas sumažėjo iki 0.78 V, Fe3O4The antispinel fazė buvo konvertuota į Li2. Klasės FeO halito struktūra O, Fe3O4. Fazė negali būti atkurta po įkrovimo. Atitinkamai, įmagnetinimas greitai krenta iki 0.482 μb Fe−1. Vykstant litializacijai, nesusidarė nauja fazė, o (200) ir (220) klasės FeO difrakcijos smailių intensyvumas ėmė silpti.vienodas Fe3O4. Kai elektrodas yra visiškai liializuotas, reikšmingos XRD smailės nepasilieka (3a pav.). Atkreipkite dėmesį, kad kai Fe3O4 elektrodas išsikrauna nuo 0.78 V iki 0.45 V, įmagnetinimas (nuo 0.482 μb Fe-1 padidėjo iki 1.266 μbFe-1), Tai buvo priskirta konversijos reakcijai iš FeO į Fe. Tada, pasibaigus iškrovimui, įmagnetinimas buvo lėtai sumažintas iki 1.132, 1 μB Fe-0. Šis atradimas rodo, kad visiškai sumažintos metalo FeXNUMX Nano dalelės vis tiek gali dalyvauti ličio saugojimo reakcijoje, taip sumažindamos elektrodų įmagnetinimą.

3 pav. Fazinio perėjimo ir magnetinio atsako stebėjimai in situ. (a) Fe3O4In situ XRD žemėlapis, surinktas pirmojo elektrodo iškrovimo metu; b) Fe3O4/Li elementų elektrocheminių ciklų magnetinės jėgos matavimas in situ esant 3 T magnetiniam laukui.

3. Fe0/Li2 O sistemos paviršiaus talpa

Fe3O4 Magnetiniai elektrodų pokyčiai vyksta esant žemai įtampai, kuriai esant greičiausiai susidaro papildomas elektrocheminis pajėgumas, o tai rodo, kad ląstelėje yra neatrastų krūvininkų. Norint ištirti galimą ličio kaupimo mechanizmą, Fe buvo tiriamas naudojant XPS, STEM ir magnetinio veikimo spektrą3O4 įmagnetinimo smailių elektrodus esant 0.01V, 0.45V ir 1.4V, siekiant nustatyti magnetinio pokyčio šaltinį. Rezultatai rodo, kad magnetinis momentas yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos magnetiniams pokyčiams, nes išmatuotiems O sistemos Fe0/Li2The Ms neturi įtakos magnetinė anizotropija ir tarpdalelių jungtis.

Norint geriau suprasti Fe3O4Kinetinės elektrodų savybės esant žemai įtampai, ciklinė voltamperometrija esant įvairiems nuskaitymo dažniams. Kaip parodyta 4a paveiksle, stačiakampė ciklinė voltamperogramos kreivė rodoma įtampos diapazone nuo 0.01 V iki 1 V (4a pav.). 4b paveiksle parodyta, kad Fe3O4A talpinis atsakas įvyko ant elektrodo. Esant labai grįžtamam nuolatinės srovės įkrovimo ir iškrovimo proceso magnetiniam atsakui (4c pav.), elektrodo įmagnetinimas sumažėjo nuo 1V iki 0.01V iškrovimo proceso metu ir vėl padidėjo įkrovimo proceso metu, o tai rodo, kad Fe0Of panašus į kondensatorių. paviršiaus reakcija yra labai grįžtama.

4 paveikslas elektrocheminės savybės ir in situ magnetinis apibūdinimas esant 0.011 V.(A) Ciklinė voltamperinė kreivė.(B) b vertė nustatoma naudojant didžiausios srovės ir skenavimo greičio koreliaciją; c) grįžtamasis įmagnetinimo pokytis, palyginti su įkrovimo-iškrovimo kreive, veikiant 5 T magnetiniam laukui.

aukščiau paminėtas Fe3O4Elektrodų elektrocheminės, struktūrinės ir magnetinės savybės rodo, kad papildomą baterijos talpą lemia Fe0Nanodalelių sukimosi poliarizuotą paviršiaus talpą lemia lydintys magnetiniai pokyčiai. Sukimosi poliarizuota talpa yra sukimosi poliarizuoto krūvio kaupimosi sąsajoje rezultatas ir gali rodyti magnetinį atsaką įkrovimo ir iškrovimo metu. Į Fe3O4 Pirmojo iškrovimo proceso metu bazinis elektrodas buvo išsklaidytas Li2Fe nanodalelėse O substrate. didelius paviršiaus ir tūrio santykius ir realizuoti didelį būsenų tankį Fermio lygyje dėl labai lokalizuotų d orbitalių. Remiantis Maierio teoriniu erdvinio krūvio saugojimo modeliu, autoriai siūlo, kad metalinių Fe nanodalelių sukimosi skaidymo juostose, kurias galima rasti Fe / Li2 Sukurti sukimosi poliarizuotus paviršiaus kondensatorius O nanokompozituose, būtų galima laikyti didelius elektronų kiekius. 5 pav.).

5Fe/Li2A grafikas Scheminis sukinio poliarizuotų elektronų paviršiaus talpos O sąsajoje vaizdas.(A) feromagnetinių metalo dalelių paviršiaus sukinio poliarizacijos būsenos tankio schema (prieš ir po iškrovos), priešingai nei masinė geležies sukimosi poliarizacija; b) erdvės krūvio srities susidarymas perteklinio ličio paviršiaus kondensatoriaus modelyje.

Santrauka ir perspektyva

TM / Li buvo tiriamas naudojant pažangų in situ magnetinį stebėjimą2. O nanokompozito vidinės elektroninės struktūros raida, siekiant atskleisti šios ličio jonų baterijos papildomos talpos šaltinį. Rezultatai rodo, kad tiek Fe3O4 / Li modelio ląstelių sistemoje, elektrochemiškai redukuotos Fe nanodalelės gali saugoti didelius sukinio poliarizuotų elektronų kiekius, atsirandančius dėl per didelio ląstelių talpos ir žymiai pakeisto sąsajos magnetizmo. Eksperimentai dar labiau patvirtino CoO, NiO ir FeF2Ir Fe2 Tokios talpos buvimas N elektrodo medžiagoje rodo, kad ličio jonų baterijose yra metalo nanodalelių paviršiaus poliarizuotos talpos, ir sudaro pagrindą šio erdvinio krūvio kaupimo mechanizmo taikymui kituose pereinamuose etapuose. metalo junginių pagrindu pagamintos elektrodų medžiagos.

Literatūros nuoroda

Papildoma saugojimo talpa pereinamojo metalo oksido ličio jonų akumuliatoriuose, atskleista naudojant in situ magnetometriją (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Ličio elektrodų plokštelės konstrukcijos formulės ir elektrodų plokštelių defektų įtaka veikimui

1. Stulpelio plėvelės dizaino pagrindo straipsnis

Ličio akumuliatoriaus elektrodas yra danga, sudaryta iš dalelių, tolygiai užteptų ant metalinio skysčio. Ličio jonų akumuliatoriaus elektrodų danga gali būti laikoma sudėtine medžiaga, kurią daugiausia sudaro trys dalys:

(1) Veikliosios medžiagos dalelės;

(2) laidžiojo agento ir agento sudedamoji fazė (anglies klijų fazė);

(3) Poras, užpildykite elektrolitu.

Kiekvienos fazės tūrio santykis išreiškiamas taip:

Akytumas + gyvosios medžiagos tūrio dalis + anglies klijų fazės tūrio dalis =1

Ličio akumuliatoriaus elektrodų konstrukcijos dizainas yra labai svarbus, o dabar trumpai pristatomos pagrindinės žinios apie ličio akumuliatoriaus elektrodų dizainą.

(1) Teorinė elektrodo medžiagos talpa Teorinė elektrodo medžiagos talpa, tai yra visų elektrocheminėje reakcijoje dalyvaujančių medžiagoje esančių ličio jonų talpa, jos vertė apskaičiuojama pagal šią lygtį:

Pavyzdžiui, LiFePO4 molinė masė yra 157.756 g/mol, o jo teorinė talpa yra:

Ši apskaičiuota vertė yra tik teorinė gramų talpa. Siekiant užtikrinti grįžtamąją medžiagos struktūrą, tikrasis ličio jonų pašalinimo koeficientas yra mažesnis nei 1, o faktinė medžiagos talpa gramais yra:

Faktinė medžiagos talpa gramais = teorinė ličio jonų atjungimo koeficiento talpa

(2) Baterijos projektinė talpa ir itin vienpusis tankis Baterijos projektinė talpa gali būti apskaičiuojama pagal šią formulę: akumuliatoriaus projektinė talpa = dangos paviršiaus tankio aktyviosios medžiagos santykis aktyviosios medžiagos gramų talpos poliaus lakšto dangos plotas.

Tarp jų pagrindinis dizaino parametras yra dangos paviršiaus tankis. Kai tankinimo tankis nesikeičia, dangos paviršiaus tankio padidėjimas reiškia, kad didėja poliaus lakšto storis, didėja elektronų perdavimo atstumas ir didėja elektronų varža, tačiau padidėjimo laipsnis yra ribotas. Storame elektrodo lakšte pagrindinė priežastis, daranti įtaką santykio charakteristikoms, yra padidėjusi ličio jonų migracijos varža elektrolite. Atsižvelgiant į poringumą ir porų posūkius, jonų migracijos atstumas porose yra daug kartų didesnis nei poliaus lakšto storis.

(3) Neigiamo ir teigiamo pajėgumo santykio N / P neigiamo pajėgumo ir teigiamo pajėgumo santykis apibrėžiamas taip:

N / P turėtų būti didesnis nei 1.0, paprastai 1.04–1.20, o tai daugiausia yra saugos projekte, kad būtų išvengta neigiamo ličio jonų nusodinimo be priėmimo šaltinio, projektuojant atsižvelgiama į proceso pajėgumą, pvz., dangos nuokrypį. Tačiau, kai N / P yra per didelis, akumuliatorius praranda negrįžtamą talpą, dėl to sumažėja akumuliatoriaus talpa ir sumažėja akumuliatoriaus energijos tankis.

Ličio titanato anodo atveju taikoma teigiamo elektrodo pertekliaus konstrukcija, o akumuliatoriaus talpa nustatoma pagal ličio titanato anodo talpą. Teigiamas perteklinis dizainas padeda pagerinti akumuliatoriaus veikimą aukštoje temperatūroje: aukštos temperatūros dujos daugiausia patenka iš neigiamo elektrodo. Teigiamo pertekliaus konstrukcijoje neigiamas potencialas yra mažas, o SEI plėvelę lengviau suformuoti ant ličio titanato paviršiaus.

(4) Dangos sutankinimo tankis ir poringumas Gamybos procese akumuliatoriaus elektrodo dangos tankinimo tankis apskaičiuojamas pagal šią formulę. Atsižvelgiant į tai, kad valcuojant stulpo lakštą, metalinė folija pailgėja, dangos paviršiaus tankis po voleliu apskaičiuojamas pagal šią formulę.

Kaip minėta anksčiau, dangą sudaro gyvosios medžiagos fazė, anglies klijų fazė ir poros, o poringumą galima apskaičiuoti pagal šią lygtį.

Tarp jų vidutinis dangos tankis yra: ličio akumuliatoriaus elektrodas yra tam tikros dangos miltelių dalelės, nes miltelių dalelių paviršius yra grubus, netaisyklingos formos, kaupimosi metu dalelės tarp dalelių ir dalelių, o kai kuriose dalelėse yra įtrūkimų ir porų, taigi miltelių tūris, įskaitant miltelių tūrį, poras tarp miltelių dalelių ir dalelių, todėl atitinkama elektrodo dangos tankio ir poringumo vaizdavimo įvairovė. Miltelių dalelių tankis reiškia miltelių masę tūrio vienete. Pagal miltelių tūrį jie skirstomi į tris rūšis: tikrasis tankis, dalelių tankis ir kaupimosi tankis. Įvairūs tankiai apibrėžiami taip:

1. Tikrasis tankis reiškia tankį, gautą padalijus miltelių masę iš tūrio (realaus tūrio), neįskaitant vidinių ir išorinių dalelių tarpų. Tai yra, pačios medžiagos tankis, gautas atmetus visų tuštumų tūrį.
2. Dalelių tankis reiškia dalelių tankį, gautą padalijus miltelių masę iš dalelių tūrio, įskaitant atvirą ir uždarą angą. Tai yra tarpas tarp dalelių, bet ne smulkios poros dalelių viduje, pačių dalelių tankis.
3. Kaupimosi tankis, tai yra dangos tankis, reiškia tankį, gautą miltelių masę padalijus iš miltelių suformuotos dangos tūrio. Naudojamas tūris apima pačių dalelių poras ir tuštumas tarp dalelių.

Tiems patiems milteliams tikrasis tankis> dalelių tankis> pakavimo tankis. Miltelių poringumas yra miltelių dalelių dangos porų santykis, ty tuštumos tarp miltelių dalelių ir dalelių porų tūrio santykis su bendru dangos tūriu, kuris paprastai išreiškiamas. procentais. Miltelių poringumas yra visapusiška savybė, susijusi su dalelių morfologija, paviršiaus būkle, dalelių dydžiu ir dalelių dydžio pasiskirstymu. Jo poringumas tiesiogiai veikia elektrolitų įsiskverbimą ir ličio jonų perdavimą. Apskritai, kuo didesnis poringumas, tuo lengviau prasiskverbia elektrolitas ir greitesnis ličio jonų perdavimas. Todėl, projektuojant ličio bateriją, kartais norint nustatyti poringumą, dažniausiai naudojamas gyvsidabrio slėgio metodas, dujų adsorbcijos metodas ir kt. Taip pat galima gauti naudojant tankio skaičiavimą. Akytumas taip pat gali turėti skirtingą reikšmę, kai skaičiavimams naudojamas skirtingas tankis. Kai gyvosios medžiagos, laidžiosios medžiagos ir rišiklio poringumo tankis apskaičiuojamas pagal tikrąjį tankį, į apskaičiuotą poringumą įeina tarpas tarp dalelių ir tarpas dalelių viduje. Kai gyvosios medžiagos, laidžiosios medžiagos ir rišiklio poringumas apskaičiuojamas pagal dalelių tankį, į apskaičiuotą poringumą įeina tarpas tarp dalelių, bet neįtraukiamas tarpas tarp dalelių. Todėl ličio akumuliatoriaus elektrodo lakšto porų dydis taip pat yra daugialypis, paprastai tarpas tarp dalelių yra mikronų skalėje, o dalelių viduje esantis tarpas yra nanometro ir submikrono skalėje. Poringuose elektroduose transportavimo savybių, tokių kaip efektyvusis difuziškumas ir laidumas, ryšį galima išreikšti šia lygtimi:

Kur D0 reiškia pačios medžiagos vidinę difuzijos (laidumo) greitį, ε yra atitinkamos fazės tūrio dalis, o τ yra atitinkamos fazės grandinės kreivumas. Makroskopiniame vienalyčiame modelyje paprastai naudojamas Bruggeman santykis, imant koeficientą ɑ = 1.5, kad būtų galima įvertinti efektyvų poringų elektrodų teigiamumą.

Elektrolitas užpildomas porėtųjų elektrodų porose, kuriose per elektrolitą praleidžiami ličio jonai, o ličio jonų laidumo charakteristikos yra glaudžiai susijusios su poringumu. Kuo didesnis poringumas, tuo didesnė elektrolito fazės tūrinė dalis ir tuo didesnis efektyvusis ličio jonų laidumas. Teigiamo elektrodo lakšte elektronai perduodami per anglies adhezijos fazę, anglies lipniosios fazės tūrio dalis ir anglies lipniosios fazės apvažiavimas tiesiogiai lemia efektyvų elektronų laidumą.

Anglies lipniosios fazės poringumas ir tūrinė dalis yra prieštaringi, o didelis poringumas neišvengiamai lemia anglies adhezijos fazės tūrio dalį, todėl ličio jonų ir elektronų efektyvios laidumo savybės taip pat yra prieštaringos, kaip parodyta 2 pav. Mažėjant poringumui, ličio jonų efektyvusis laidumas mažėja, o elektronų efektyvusis laidumas didėja. Elektrodų konstrukcijoje taip pat labai svarbu, kaip suderinti šiuos du dalykus.

2 pav. Akytumo ir ličio jonų bei elektronų laidumo schema

2. Stulpų defektų tipas ir aptikimas

 

Šiuo metu baterijos polių paruošimo procese imamasi vis daugiau internetinių aptikimo technologijų, kad būtų galima efektyviai nustatyti gaminių gamybos defektus, pašalinti nekokybiškus gaminius ir laiku pateikti grįžtamąjį ryšį į gamybos liniją, automatinį ar rankinį gamybos reguliavimą. procesas, siekiant sumažinti defektų skaičių.

Internetinės aptikimo technologijos, dažniausiai naudojamos polių lakštų gamyboje, apima srutos charakteristikų aptikimą, polių lakštų kokybės aptikimą, matmenų aptikimą ir pan., Pavyzdžiui: (1) internetinis klampumo matuoklis yra tiesiogiai sumontuotas dangos laikymo rezervuare, kad būtų galima nustatyti reologinius pažeidimus. srutų charakteristikos realiu laiku, patikrinkite srutų stabilumą; (2) Rentgeno arba β spindulių naudojimas dengimo procese, didelis matavimo tikslumas, tačiau didelė spinduliuotė, didelė įrangos kaina ir priežiūros problemos; (3) Stulpelio lakšto storiui matuoti taikoma lazerinio internetinio storio matavimo technologija, matavimo tikslumas gali siekti ± 1 μm, ji taip pat gali rodyti išmatuoto storio ir storio kitimo tendenciją realiuoju laiku, palengvinti duomenų atsekamumą ir analizė; (0) CCD matymo technologija, tai yra, linijų matrica CCD naudojama išmatuotam objektui nuskaityti, realaus laiko vaizdo apdorojimui ir defektų kategorijų analizei, realizuoti neardomąjį stulpo lapo paviršiaus defektų aptikimą internete.

Kaip kokybės kontrolės priemonė, internetinio testavimo technologija taip pat yra būtina norint suprasti ryšį tarp defektų ir akumuliatoriaus veikimo, kad būtų galima nustatyti pusgaminių kvalifikuotus / nekvalifikuotus kriterijus.

Pastarojoje dalyje trumpai pristatomas naujas ličio jonų akumuliatoriaus paviršiaus defektų aptikimo metodas, infraraudonųjų spindulių šiluminio vaizdo technologija ir šių skirtingų defektų bei elektrocheminių charakteristikų ryšys.konsultuoti D. Mohanty Nuodugnus Mohanty et al.

(1) Dažni polių lakšto paviršiaus defektai

3 paveiksle pavaizduoti bendri ličio jonų akumuliatoriaus elektrodo paviršiaus defektai, optinis vaizdas kairėje, o termovizoriumi užfiksuotas vaizdas dešinėje.

3 pav. Dažni polių lakšto paviršiaus defektai: (a, b) išsipūtęs apvalkalas / užpildas; (c, d) nuleidžiama medžiaga / skylutė; e, f) metalinis svetimkūnis; (g, h) netolygi danga

 

(A, b) iškilęs iškilimas / užpildas, tokie defektai gali atsirasti, jei suspensija tolygiai maišoma arba dengimo greitis nestabilus. Dėl klijų ir suodžių laidžių medžiagų susikaupimo sumažėja veikliųjų medžiagų kiekis ir poliarinės tabletės yra lengvos.

 

(c, d) lašas / skylutė, šios defektinės vietos nėra padengtos ir dažniausiai susidaro dėl srutoje esančių burbuliukų. Jie sumažina aktyviosios medžiagos kiekį ir į kolektorių patenka elektrolitas, todėl sumažėja elektrocheminė talpa.

 

(E, f) metaliniai svetimkūniai, srutos ar metaliniai svetimkūniai, patekę į įrangą ir aplinką, ir metaliniai svetimkūniai gali padaryti didelę žalą ličio akumuliatoriams. Didelės metalo dalelės tiesiogiai pažeidžia diafragmą, todėl tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų susidaro trumpasis jungimas, o tai yra fizinis trumpasis jungimas. Be to, kai metalinis svetimkūnis įmaišomas į teigiamą elektrodą, teigiamas potencialas padidėja po įkrovimo, metalas ištirpsta, pasklinda per elektrolitą, o po to nusėda ant neigiamo paviršiaus ir galiausiai pramuša diafragmą, sudarydamas trumpąjį jungimą. kuris yra cheminio tirpimo trumpasis jungimas. Baterijų gamyklos vietoje dažniausiai pasitaikantys metaliniai svetimkūniai yra Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS ir kt.

 

(g, h) netolygi danga, pvz., srutų maišymas nėra pakankamas, dalelių smulkumas lengvai atsiranda juostelėmis, kai dalelė yra didelė, todėl danga yra netolygi, o tai turės įtakos akumuliatoriaus talpos konsistencijai ir netgi visiškai atrodys nėra dangos juostelės, turi įtakos talpai ir saugumui.

(2) Stulpelio lusto paviršiaus defektų aptikimo technologija Infraraudonųjų spindulių (IR) terminio vaizdo technologija naudojama nedideliems sausų elektrodų defektams, kurie gali pakenkti ličio jonų akumuliatorių veikimui, aptikti. Internetinio aptikimo metu, jei aptinkamas elektrodo defektas ar teršalas, pažymėkite jį ant polių lapo, pašalinkite jį tolesniame procese ir grąžinkite jį į gamybos liniją ir laiku sureguliuokite procesą, kad defektai būtų pašalinti. Infraraudonieji spinduliai yra tam tikra elektromagnetinė banga, kurios prigimtis yra tokia pati kaip radijo bangos ir matoma šviesa. Objekto paviršiaus temperatūros pasiskirstymui paversti matomu žmogaus akies vaizdu, o objekto paviršiaus temperatūros pasiskirstymui įvairiomis spalvomis atvaizduoti naudojamas specialus elektroninis prietaisas, vadinamas infraraudonųjų spindulių šiluminio vaizdo technologija. Šis elektroninis prietaisas vadinamas infraraudonųjų spindulių termovizoriumi. Visi objektai, esantys virš absoliutaus nulio (-273 ℃), skleidžia infraraudonąją spinduliuotę.
Kaip parodyta 4 paveiksle, infraraudonųjų spindulių šiluminis aproksimatorius (IR kamera) naudoja infraraudonųjų spindulių detektorių ir optinio vaizdo objektyvą, kad priimtų išmatuoto objekto infraraudonosios spinduliuotės energijos pasiskirstymo modelį ir atspindėtų jį ant šviesai jautraus infraraudonųjų spindulių detektoriaus elemento, kad gautų infraraudonųjų spindulių šiluminis vaizdas, atitinkantis šilumos pasiskirstymo lauką objekto paviršiuje. Kai objekto paviršiuje yra defektas, toje vietoje pasislenka temperatūra. Todėl ši technologija gali būti naudojama ir objekto paviršiaus defektams aptikti, ypač tinka kai kuriems defektams, kurių negalima atskirti optinėmis aptikimo priemonėmis. Kai internete aptinkamas ličio jonų akumuliatoriaus džiūstantis elektrodas, elektrodo elektrodas pirmiausia apšvitinamas blykste, keičiasi paviršiaus temperatūra, o vėliau paviršiaus temperatūra aptinkama termovizoriumi. Šilumos pasiskirstymo vaizdas vizualizuojamas, o vaizdas apdorojamas ir analizuojamas realiu laiku, siekiant aptikti paviršiaus defektus ir laiku juos pažymėti.D. Mohanty Tyrimo metu prie dengimo džiovinimo krosnies išėjimo buvo įrengtas termovizorius, skirtas aptikti elektrodo lakšto paviršiaus temperatūros pasiskirstymo vaizdą.

5 (a) paveikslas yra termovizoriumi aptikto NMC teigiamo poliaus lakšto dangos paviršiaus temperatūros pasiskirstymo žemėlapis, kuriame yra labai mažas defektas, kurio negalima atskirti plika akimi. Temperatūros pasiskirstymo kreivė, atitinkanti maršruto atkarpą, parodyta vidiniame įdėkle su temperatūros šuoliu defekto taške. 5 paveiksle (b) temperatūra pakyla vietiškai atitinkamoje dėžutėje, atsižvelgiant į poliaus lakšto paviršiaus defektą. Fig. 6 yra neigiamo elektrodo lakšto paviršiaus temperatūros pasiskirstymo diagrama, rodanti defektų buvimą, kur temperatūros padidėjimo pikas atitinka burbulą arba agregatą, o temperatūros sumažėjimo plotas atitinka skylę arba lašą.

5 pav. Teigiamo elektrodo lakšto paviršiaus temperatūros pasiskirstymas

6 pav. Neigiamojo elektrodo paviršiaus temperatūros pasiskirstymas

 

Matyti, kad termovizinis temperatūros pasiskirstymo aptikimas yra gera polių lakšto paviršiaus defektų nustatymo priemonė, kuri gali būti naudojama polių lakštų gamybos kokybės kontrolei.3. Stulpų lakšto paviršiaus defektų įtaka akumuliatoriaus veikimui

 

(1) Poveikis akumuliatoriaus daugiklio talpai ir Kulono efektyvumui

7 paveiksle parodyta agregato ir skylės įtakos akumuliatoriaus daugiklio talpai ir coulen efektyvumui kreivė. Agregatas iš tikrųjų gali pagerinti akumuliatoriaus talpą, bet sumažinti coulen efektyvumą. Smeigtukas sumažina akumuliatoriaus talpą ir Kulun efektyvumą, o Kulun efektyvumas labai mažėja dideliu greičiu.

7 paveikslas katodo agregatas ir skylės poveikis akumuliatoriaus talpai ir 8 pav. efektyvumui yra netolygi danga, o metalinis svetimkūnis Co ir Al akumuliatoriaus talpai ir efektyvumo kreivės įtaka, netolygi danga sumažina akumuliatoriaus vieneto masės talpą 10 % - 20%, bet visos baterijos talpa sumažėjo 60%, tai rodo, kad gyvoji masė poliariniame gabale žymiai sumažėjo. Metalo Co svetimkūnio talpa ir Kulono efektyvumas sumažėjo net esant 2C ir 5C dideliam padidinimui, iš viso nėra talpos, o tai gali būti dėl metalo Co susidarymo elektrocheminėje ličio ir įterpto ličio reakcijoje, arba tai gali būti metalo dalelės. užsikimšusios diafragmos poros sukėlė mikro trumpąjį jungimą.

8 pav. Teigiamo elektrodo netolygios dangos ir metalinių svetimkūnių Co ir Al poveikis akumuliatoriaus daugiklio talpai ir couleno efektyvumui

Katodo lakšto defektų santrauka: katodo lakšto dangoje esantys elementai sumažina baterijos Kulono efektyvumą. Teigiamos dangos skylutė sumažina Kulono efektyvumą, todėl daugiklio veikimas yra prastas, ypač esant dideliam srovės tankiui. Heterogeniška danga parodė prastą padidinimo našumą. Metalo dalelių teršalai gali sukelti mikrotrumpuosius jungimus, todėl gali labai sumažėti akumuliatoriaus talpa.
9 paveiksle parodyta neigiamo nuotėkio folijos juostos įtaka baterijos daugiklio talpai ir Kulun efektyvumui. Nutekėjus prie neigiamo elektrodo, akumuliatoriaus talpa žymiai sumažėja, tačiau gramų talpa nėra akivaizdi, o įtaka Kulun efektyvumui nėra didelė.

 

9 pav. Neigiamos elektrodo nuotėkio folijos juostelės įtaka akumuliatoriaus daugiklio talpai ir Kulun efektyvumui (2) Įtaka baterijos daugiklio ciklo veikimui 10 pav. parodytas elektrodo paviršiaus defekto įtakos akumuliatoriaus daugiklio ciklui. Poveikio rezultatai apibendrinami taip:
Atskyrimas: esant 2C, 200 ciklų talpos išlaikymo greitis yra 70%, o sugedusio akumuliatoriaus – 12%, o 5C ciklo metu 200 ciklų talpos išlaikymo greitis yra 50%, o sugedusio akumuliatoriaus – 14%.
Adatos skylutė: talpos slopinimas yra akivaizdus, ​​tačiau bendras defektų slopinimas nėra greitas, o 200 ciklų 2C ir 5C talpos išlaikymo rodiklis yra atitinkamai 47% ir 40%.
Metalinis svetimkūnis: metalinio Co svetimkūnio talpa po kelių ciklų yra beveik 0, o metalo svetimkūnio Al folijos 5C ciklo talpa žymiai sumažėja.
Nesandarumo juosta: toje pačioje nuotėkio srityje kelių mažesnių juostelių akumuliatoriaus talpa mažėja greičiau nei didesnės juostelės (47 % 200 ciklų esant 5C) (7 % 200 ciklų esant 5C). Tai rodo, kad kuo didesnis juostelių skaičius, tuo didesnis poveikis akumuliatoriaus veikimo ciklui.

10 pav. Elektrodų lakštų paviršiaus defektų įtaka elementų greičio ciklui

 

Nuoroda: [1] Neardomasis plyšiais dengtų ličio antrinių baterijų elektrodų įvertinimas linijinio lazerinio apkabos ir IR termografijos metodais [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Poveikis elektrodų gamybos defektų dėl ličio jonų akumuliatorių elektrocheminių savybių: Baterijos gedimo šaltinių pažinimas[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.