Разкриване на мистерията: Супер теоретичен капацитет в литиево-йонни батерии

Защо литиевата батерия съществува феномен на супер теоретичен капацитет

В литиево-йонните батерии (LIB) много електроди, базирани на оксид на преходен метал, показват необичайно висок капацитет за съхранение над теоретичната им стойност. Въпреки че това явление е широко докладвано, основните физикохимични механизми в тези материали остават неуловими и остават въпрос на дебат.

Профил на резултатите

Наскоро професор Miao Guoxing от университета Ватерло, Канада, професор Yu Guihua от университета на Тексас в Остин и Li Hongsen и Li Qiang от университета Qingdao публикуваха съвместно изследователска статия за Nature Materials под заглавието „Допълнителен капацитет за съхранение в литиево-йонни батерии с преходен метален оксид, открити чрез in situ магнитометрия". В тази работа авторите са използвали in situ магнитен мониторинг, за да демонстрират наличието на силен повърхностен капацитет върху метални наночастици и че голям брой спин-поляризирани електрони могат да се съхраняват във вече редуцирани метални наночастици, което е в съответствие с механизма на пространствения заряд. В допълнение, разкритият механизъм за пространствен заряд може да бъде разширен до други съединения на преходни метали, осигурявайки ключово ръководство за създаването на усъвършенствани системи за съхранение на енергия.

Акценти на научните изследвания

(1) Типично Fe е изследвано чрез използване на in situ техника за магнитно наблюдение3O4/ Еволюция на електронната структура вътре в Li батерията;

(2) разкрива, че Fe3O4 В системата / Li капацитетът на повърхностния заряд е основният източник на допълнителен капацитет;

(3) Механизмът на повърхностния капацитет на металните наночастици може да бъде разширен до широк спектър от съединения на преходни метали.

Текст и текстово ръководство

1. Структурна характеристика и електрохимични свойства

Монодисперсното кухо Fe се синтезира чрез конвенционални хидротермални методи3O4Nanospheres и след това се извършва при 100 mAg−1 Зареждане и разреждане при плътност на тока (Фигура 1а), първият капацитет на разреждане е 1718 mAh g−1, 1370 mAhg съответно за втория и третия път− 1 И 1,364 mAhg−1, много над 926 mAhg−1 Теорията на очакванията. BF-STEM изображения на напълно разредения продукт (Фигура 1b-c) показват, че след редукция на лития, Fe3O4The наносферите са превърнати в по-малки Fe наночастици с размери около 1 – 3 nm, диспергирани в Li2O център.

За да се демонстрира промяната в магнетизма по време на електрохимичния цикъл, беше получена крива на намагнитване след пълно разреждане до 0.01 V (Фигура 1d), показваща суперпарамагнитното поведение, дължащо се на образуването на наночастици.

Фигура 1 (a) при 100 mAg−1Fe на цикъла при плътност на тока3O4/ Крива на зареждане и разреждане на постоянен ток на Li батерия; (b) изцяло литиев Fe3O4. BF-STEM изображението на електрода; (c) наличието на Li в съвкупните 2 BF-STEM изображения с висока разделителна способност на O и Fe; (d) Fe3O4 Хистерезисните криви на електрода преди (черно) и след (синьо) и монтираната крива на Langevin на последния (лилаво).

2. Откриване в реално време на структурна и магнитна еволюция

За да се комбинират електрохимията с Fe3O4O на структурни и магнитни промени, свързани с Fe3O4, електродите бяха подложени на in situ рентгенова дифракция (XRD) и in situ магнитно наблюдение. Fe в серия от XRD дифракционни модели по време на първоначалното разреждане от напрежението на отворена верига (OCV) до 1.2 V3O4 Дифракционните пикове не се променят значително нито в интензитета, нито в позицията (Фигура 2а), което показва, че Fe3O4Only е претърпял процеса на интеркалиране на Li. Когато се зареди до 3V, Fe3O4The антишпинелната структура остава непокътната, което предполага, че процесът в този прозорец на напрежението е силно обратим. По-нататъшно магнитно наблюдение на място, комбинирано с тестове за зареждане и разреждане с постоянен ток, беше извършено, за да се изследва как намагнитването се развива в реално време (Фигура 2b).

Фигура 2 Характеризиране на in situ XRD и магнитен мониторинг. (A) in situ XRD; (b) Fe3O4Електрохимична крива на заряд-разряд под 3 T приложено магнитно поле и съответния обратим in situ магнитен отговор.

За да се получи по-основно разбиране на този процес на преобразуване по отношение на промените в намагнитването, магнитният отговор се събира в реално време и съответният фазов преход, придружаващ електрохимично задвижвани реакции (Фигура 3). Съвсем ясно е, че по време на първия разряд Fe3O4Отговорът на намагнитване на електродите се различава от другите цикли, дължащи се на Fe по време на първата литализация3O4 Поради необратимия фазов преход. Когато потенциалът падне до 0.78 V, Fe3O4The антишпинелната фаза се преобразува да съдържа Li2The клас FeO халитна структура на O, Fe3O4The фазата не може да бъде възстановена след зареждане. Съответно намагнитването спада бързо до 0.482 μ b Fe−1. С протичането на литиализацията не се образува нова фаза и интензитетът на (200) и (220) дифракционните пикове на клас FeO започва да отслабва. равно на Fe3O4 Няма значителен XRD пик, който се запазва, когато електродът е напълно лиализиран (Фигура 3а). Имайте предвид, че когато Fe3O4 електродът се разрежда от 0.78 V до 0.45 V, намагнитването (от 0.482 μ b Fe−1 се увеличава до 1.266 μ bFe−1), това се дължи на реакцията на преобразуване от FeO в Fe. След това, в края на разряда, намагнитването бавно намалява до 1.132 μ B Fe−1. Това откритие предполага, че напълно редуцираните метални наночастици Fe0 все още могат да участват в реакцията на съхранение на литий, като по този начин намаляват намагнитването на електродите.

Фигура 3 In situ наблюдения на фазовия преход и магнитния отговор.（a）Fe3O4In situ XRD карта, събрана по време на първото разреждане на електрода; (b) Fe3O4In situ измерване на магнитна сила на електрохимични цикли на /Li клетки при приложено магнитно поле от 3 T.

3. Fe0/Li2 Повърхностен капацитет на O системата

Fe3O4 Магнитните промени на електродите възникват при ниски напрежения, при които най-вероятно се генерира допълнителен електрохимичен капацитет, което предполага наличието на неоткрити носители на заряд в клетката. За да се проучи потенциалният механизъм за съхранение на литий, Fe беше изследван с помощта на XPS, STEM и спектър на магнитни характеристики3O4Electrodes на пикове на намагнитване при 0.01 V, 0.45 V и 1.4 V, за да се определи източникът на магнитната промяна. Резултатите показват, че магнитният момент е ключов фактор, влияещ върху магнитната промяна, тъй като измерените Fe0/Li2The Ms на O системата не се влияят от магнитната анизотропия и междучастичното свързване.

За по-нататъшно разбиране на кинетичните свойства на Fe3O4 на електродите при ниско напрежение, циклична волтаметрия при различни скорости на сканиране. Както е показано на фигура 4а, правоъгълната циклична волтамограма се появява в диапазона на напрежението между 0.01 V и 1 V (фигура 4а). Фигура 4b показва, че капацитивният отговор на Fe3O4A е възникнал на електрода. С силно обратимия магнитен отговор на процеса на зареждане и разреждане с постоянен ток (Фигура 4c), намагнитването на електрода намалява от 1V до 0.01V по време на процеса на разреждане и отново се увеличава по време на процеса на зареждане, което показва, че Fe0Of кондензаторния повърхностната реакция е силно обратима.

Фигура 4 електрохимични свойства и in situ магнитна характеристика при 0.011 V. (A) Цикличната волтаметрична крива. (B) b стойността се определя с помощта на корелацията между пиковия ток и скоростта на сканиране; (c) обратимата промяна на намагнитването спрямо кривата на заряд-разряд при приложено магнитно поле от 5 T.

гореспоменатия Fe3O4. Електрохимичните, структурни и магнитни характеристики на електродите показват, че допълнителният капацитет на батерията се определя от Fe0. Спин-поляризираният повърхностен капацитет на наночастиците се причинява от съпътстващите магнитни промени. Спин-поляризираният капацитет е резултат от натрупване на спин-поляризиран заряд на интерфейса и може да покаже магнитна реакция по време на зареждане и разреждане. Към Fe3O4 Базовият електрод, по време на първия процес на разреждане, беше диспергиран в Li2Fine Fe наночастици в O субстрата големи съотношения повърхност към обем и реализират висока плътност на състоянията на нивото на Ферми поради силно локализираните d орбитали. Съгласно теоретичния модел на Майер за пространствено съхранение на заряд, авторите предлагат големи количества електрони да се съхраняват в спин-разделящите ленти на метални Fe наночастици, които могат да бъдат намерени в Fe / Li2 Създаване на спин-поляризирани повърхностни кондензатори в O нанокомпозитите ( Фигура 5).

графика 5Fe/Li2A Схематично представяне на повърхностния капацитет на спин-поляризираните електрони на О-интерфейса. (A) схематичната диаграма на плътността на състоянието на спин-поляризация на повърхността на феромагнитни метални частици (преди и след разреждане), противно на основната спинова поляризация на желязото; (b) образуването на област на пространствения заряд в модела на повърхностния кондензатор на свръхсъхранен литий.

Резюме и Outlook

TM / Li беше изследван чрез усъвършенствано магнитно наблюдение на място2. Еволюцията на вътрешната електронна структура на O нанокомпозита, за да разкрие източника на допълнителен капацитет за съхранение за тази литиево-йонна батерия. Резултатите показват, че както в моделната клетъчна система Fe3O4/Li, електрохимично редуцираните Fe наночастици могат да съхраняват големи количества спин-поляризирани електрони, което се дължи на прекомерния капацитет на клетката и значително променения междинен магнетизъм. Експериментите допълнително потвърдиха CoO, NiO и FeF2и Fe2. Наличието на такъв капацитет в N електроден материал показва съществуването на спин-поляризиран повърхностен капацитет на метални наночастици в литиево-йонни батерии и полага основата за прилагането на този механизъм за съхранение на пространствен заряд в други преходни процеси електродни материали на основата на метални съединения.

Линк за литература

Допълнителен капацитет за съхранение в литиево-йонни батерии от преходен метален оксид, разкрит чрез in situ магнитометрия (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Влиянието на формулата за проектиране на пластина с литиев електрод и дефектите на пластината с електрод върху производителността

1. Основна статия за дизайн на полюс филм

Електродът на литиевата батерия е покритие, съставено от частици, равномерно нанесени върху металната течност. Покритието на електродите на литиево-йонната батерия може да се разглежда като композитен материал, съставен главно от три части:

(1) Частици от активно вещество;

(2) съставната фаза на проводимия агент и агента (въглеродна адхезивна фаза);

(3) Пори, напълнете с електролит.

Обемната връзка на всяка фаза се изразява като:

Порьозност + обемна част на живата материя + обемна част на въглеродната адхезивна фаза =1

Дизайнът на дизайна на електрода на литиевата батерия е много важен и сега накратко се представят основните познания за дизайна на електрода на литиевата батерия.

(1) Теоретичен капацитет на електродния материал Теоретичният капацитет на електродния материал, т.е. капацитетът, осигурен от всички литиеви йони в материала, участващ в електрохимичната реакция, неговата стойност се изчислява по следното уравнение:

Например, моларната маса на LiFePO4 е 157.756 g/mol, а теоретичният му капацитет е:

Тази изчислена стойност е само теоретичният капацитет в грамове. За да се осигури обратима структура на материала, действителният коефициент на отстраняване на литиеви йони е по-малък от 1, а действителният грам капацитет на материала е:

Действителен грам капацитет на материала = теоретичен капацитет на коефициента на отпушване на литиеви йони

(2) Проектен капацитет на батерията и изключително едностранна плътност Проектният капацитет на батерията може да се изчисли по следната формула: проектен капацитет на батерията = повърхностна плътност на покритието съотношение активен материал капацитет грам полюс лист покритие площ

Сред тях повърхностната плътност на покритието е ключов проектен параметър. Когато плътността на уплътняване е непроменена, увеличаването на повърхностната плътност на покритието означава, че дебелината на полюсния лист се увеличава, разстоянието за предаване на електрони се увеличава и съпротивлението на електроните се увеличава, но степента на увеличение е ограничена. В дебелия електроден лист увеличаването на импеданса на миграция на литиевите йони в електролита е основната причина, засягаща характеристиките на съотношението. Като се има предвид порьозността и усукванията на порите, разстоянието на миграция на йони в порите е многократно по-голямо от дебелината на полюсния лист.

(3) Съотношението на съотношението отрицателен/положителен капацитет N/P отрицателен капацитет към положителен капацитет се определя като:

N / P трябва да бъде по-голямо от 1.0, обикновено 1.04~1.20, което е главно в дизайна за безопасност, за да се предотврати утаяването на литиевите йони с отрицателна страна без източник на приемане, дизайнът да вземе предвид капацитета на процеса, като отклонение на покритието. Въпреки това, когато N/P е твърде голям, батерията ще загуби необратимо капацитет, което ще доведе до нисък капацитет на батерията и по-ниска енергийна плътност на батерията.

За литиево-титанатния анод е възприет дизайнът на излишния положителен електрод и капацитетът на батерията се определя от капацитета на литиево-титанатния анод. Дизайнът с положителен излишък е благоприятен за подобряване на характеристиките на батерията при висока температура: високотемпературният газ идва главно от отрицателния електрод. При дизайна с положителен излишък отрицателният потенциал е нисък и е по-лесно да се образува SEI филм върху повърхността на литиев титанат.

(4) Плътност на уплътняване и порьозност на покритието В производствения процес плътността на уплътняване на покритието на електрода на батерията се изчислява по следната формула. Като се има предвид, че когато стълбовият лист се валцува, металното фолио се удължава, повърхностната плътност на покритието след ролката се изчислява по следната формула.

Както бе споменато по-рано, покритието се състои от фаза на жив материал, въглеродна адхезивна фаза и пори, а порьозността може да се изчисли по следното уравнение.

Сред тях средната плътност на покритието е: електродът на литиевата батерия е вид прахообразни частици на покритието, тъй като повърхността на прахообразните частици е грапава, неправилна форма, когато се натрупват, частиците между частиците и частиците, а някои самите частици имат пукнатини и пори, така че обемът на праха, включително обемът на праха, порите между частиците на праха и частиците, следователно, съответното разнообразие от плътност на покритието на електрода и представяне на порьозността. Плътността на частиците на праха се отнася до масата на праха на единица обем. Според обема на праха той се разделя на три вида: истинска плътност, плътност на частиците и плътност на натрупване. Различните плътности се определят, както следва:

1. Истинската плътност се отнася до плътността, получена чрез разделяне на масата на праха на обема (реален обем), като се изключват вътрешните и външните междини на частиците. Тоест плътността на самата материя, получена след изключване на обема на всички кухини.
2. Плътността на частиците се отнася до плътността на частиците, получена чрез разделяне на масата на праха, разделена на обема на частиците, включително отворения отвор и затворения отвор. Тоест празнината между частиците, но не фините пори вътре в частиците, плътността на самите частици.
3. Плътността на натрупване, т.е. плътността на покритието, се отнася до плътността, получена от масата на праха, разделена на обема на покритието, образувано от праха. Използваният обем включва порите на самите частици и кухините между частиците.

За същия прах, истинска плътност> плътност на частиците> плътност на опаковката. Порьозността на праха е съотношението на порите в покритието от прахообразни частици, т.е. съотношението на обема на кухината между прахообразните частици и порите на частиците към общия обем на покритието, което обикновено се изразява като процент. Порьозността на праха е цялостно свойство, свързано с морфологията на частиците, състоянието на повърхността, размера на частиците и разпределението на размера на частиците. Неговата порьозност пряко влияе върху инфилтрацията на електролита и предаването на литиеви йони. Като цяло, колкото по-голяма е порьозността, толкова по-лесно е инфилтрацията на електролита и толкова по-бързо е предаването на литиеви йони. Ето защо, при проектирането на литиева батерия, понякога за определяне на порьозността, често използваният метод на живачно налягане, метод на адсорбция на газ и т.н. Може да се получи и чрез изчисляване на плътността. Порьозността също може да има различни последици, когато се използват различни плътности за изчисленията. Когато плътността на порьозността на живото вещество, проводящия агент и свързващото вещество се изчислява чрез истинската плътност, изчислената порьозност включва празнината между частиците и празнината вътре в частиците. Когато порьозността на живото вещество, проводимия агент и свързващото вещество се изчислява чрез плътността на частиците, изчислената порьозност включва празнината между частиците, но не и междината вътре в частиците. Следователно размерът на порите на електродния лист на литиевата батерия също е многомащабен, като цяло празнината между частиците е в микронна скала, докато празнината вътре в частиците е в нанометрова до суб-субмикронна скала. В порестите електроди връзката на транспортните свойства като ефективна дифузия и проводимост може да се изрази чрез следното уравнение:

Където D0 представлява присъщата скорост на дифузия (проводимост) на самия материал, ε е обемната част на съответната фаза, а τ е кръговата кривина на съответната фаза. В макроскопичния хомогенен модел обикновено се използва съотношението на Bruggeman, като се взема коефициентът ɑ =1.5 за оценка на ефективната положителност на порестите електроди.

Електролитът се пълни в порите на порестите електроди, в които литиевите йони се провеждат през електролита, а характеристиките на проводимостта на литиевите йони са тясно свързани с порьозността. Колкото по-голяма е порьозността, толкова по-висока е обемната част на електролитната фаза и толкова по-голяма е ефективната проводимост на литиевите йони. В положителния електроден лист електроните се предават през въглеродната адхезивна фаза, обемната част на въглеродната адхезивна фаза и отклонението на въглеродната адхезивна фаза директно определят ефективната проводимост на електроните.

Порьозността и обемната част на въглеродната адхезивна фаза са противоречиви, а голямата порьозност неизбежно води до обемната фракция на въглеродната адхезивна фаза, следователно ефективните проводими свойства на литиевите йони и електроните също са противоречиви, както е показано на фигура 2 Тъй като порьозността намалява, ефективната проводимост на литиевите йони намалява, докато ефективната проводимост на електроните се увеличава. Как да балансирате двете също е от решаващо значение при дизайна на електрода.

Фигура 2 Схематична диаграма на порьозността и проводимостта на литиеви йони и електрони

2. Тип и откриване на полюсни дефекти

 

Понастоящем в процеса на подготовка на полюсите на батерията се възприемат все повече и повече онлайн технологии за откриване, така че ефективно да се идентифицират производствените дефекти на продуктите, да се елиминират дефектните продукти и навременна обратна връзка към производствената линия, автоматични или ръчни настройки на производството процес, за да се намали процентът на дефектите.

Технологиите за онлайн откриване, които обикновено се използват в производството на полюсни листове, включват откриване на характеристики на суспензия, откриване на качество на полюсни листове, откриване на размери и т.н. Например: (1) онлайн вискозитетът е директно инсталиран в резервоара за съхранение на покритието, за да открие реологичните характеристики на кашата в реално време, Тестване на стабилността на кашата; (2) Използване на рентгенови лъчи или β-лъчи в процеса на нанасяне на покритие, неговата висока точност на измерване, но голяма радиация, висока цена на оборудването и проблеми с поддръжката; (3) Технологията за лазерно онлайн измерване на дебелината се прилага за измерване на дебелината на стълбовия лист, точността на измерване може да достигне ± 1 μm, може също така да показва тенденцията на промяна на измерената дебелина и дебелината в реално време, улеснява проследяването на данните и анализ; (0) CCD визуална технология, т.е. линейната матрица CCD се използва за сканиране на измервания обект, обработка на изображения в реално време и анализ на категории дефекти, реализиране на безразрушителното онлайн откриване на повърхностните дефекти на полюсния лист.

Като инструмент за контрол на качеството, технологията за онлайн тестване също е от съществено значение за разбиране на връзката между дефектите и производителността на батерията, така че да се определят квалифицирани/неквалифицирани критерии за полуготови продукти.

В последната част накратко са представени новият метод за технология за откриване на повърхностни дефекти на литиево-йонна батерия, технологията за инфрачервено термично изображение и връзката между тези различни дефекти и електрохимичните характеристики. консултирайте се с D. Mohanty Задълбочено проучване от Mohanty et al.

(1) Често срещани дефекти по повърхността на полюсния лист

Фигура 3 показва често срещаните дефекти на повърхността на електрода на литиево-йонната батерия, като оптичното изображение е отляво, а изображението, заснето от термокамерата, е отдясно.

Фигура 3 Често срещани дефекти на повърхността на стълбовия лист: (a, b) изпъкнала обвивка / агрегат; (c, d) капка материал / дупка; д, е) метално чуждо тяло; (g, h) неравномерно покритие

 

(A, b) повдигната издутина/агрегат, такива дефекти могат да възникнат, ако суспензията се разбърква равномерно или скоростта на нанасяне на покритието е нестабилна. Агрегацията на адхезив и проводящи агенти на саждите води до ниско съдържание на активни съставки и леко тегло на полярните таблетки.

 

(c, d) капка/дупка, тези дефектни зони не са покрити и обикновено се получават от мехурчета в суспензията. Те намаляват количеството активен материал и излагат колектора на електролита, като по този начин намаляват електрохимичния капацитет.

 

(E, f) метални чужди тела, суспензия или метални чужди тела, въведени в оборудването и околната среда, и метални чужди тела могат да причинят голяма вреда на литиевите батерии. Големи метални частици увреждат директно диафрагмата, което води до късо съединение между положителните и отрицателните електроди, което е физическо късо съединение. Освен това, когато металното чуждо тяло се смеси с положителния електрод, положителният потенциал се увеличава след зареждане, металът се разтваря, разпространява се през електролита и след това се утаява върху отрицателната повърхност и накрая пробива диафрагмата, образувайки късо съединение, което е химическо разтваряне на късо съединение. Най-често срещаните метални чужди тела във фабриката за батерии са Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS и др.

 

(g, h) неравномерно покритие, като смесването на суспензията не е достатъчно, фиността на частиците лесно се появява на ивици, когато частицата е голяма, което води до неравномерно покритие, което ще повлияе на постоянството на капацитета на батерията и дори ще се появи напълно без покритие, оказва влияние върху капацитета и безопасността.

(2) Технология за откриване на дефекти на повърхността на полюсния чип Технологията за инфрачервено (IR) термично изображение се използва за откриване на незначителни дефекти на сухи електроди, които могат да повредят работата на литиево-йонните батерии. По време на онлайн откриването, ако бъде открит дефект на електрода или замърсител, маркирайте го върху полюсния лист, елиминирайте го в последващия процес и го върнете към производствената линия и коригирайте процеса навреме, за да елиминирате дефектите. Инфрачервеният лъч е вид електромагнитна вълна, която има същата природа като радиовълните и видимата светлина. Специално електронно устройство се използва за преобразуване на разпределението на температурата на повърхността на обект във видимо за човешкото око изображение, а за показване на разпределението на температурата на повърхността на обект в различни цветове се нарича технология за инфрачервено термично изображение. Това електронно устройство се нарича инфрачервена термокамера. Всички обекти над абсолютната нула (-273 ℃) излъчват инфрачервено лъчение.
Както е показано на Фигура 4, инфрачервеният топлинен апроксиматор (IR камера) използва инфрачервения детектор и оптичния обектив за изобразяване, за да приеме модела на разпределение на енергията на инфрачервеното лъчение на измерения целеви обект и да го отрази върху фоточувствителния елемент на инфрачервения детектор, за да получи инфрачервено термично изображение, което съответства на термичното разпределително поле върху повърхността на обекта. Когато има дефект на повърхността на обект, температурата се измества в зоната. Следователно, тази технология може да се използва и за откриване на дефекти на повърхността на обекта, особено подходяща за някои дефекти, които не могат да бъдат разграничени с оптични средства за откриване. Когато изсушаващият електрод на литиево-йонна батерия бъде открит онлайн, електродният електрод първо се облъчва от светкавицата, температурата на повърхността се променя и след това температурата на повърхността се открива с термокамера. Изображението на разпределението на топлината се визуализира и изображението се обработва и анализира в реално време, за да се открият повърхностните дефекти и да се маркират навреме.D. Mohanty Изследването инсталира термовизионна камера на изхода на пещта за сушене на машината за нанасяне на покритие, за да открие изображението на температурното разпределение на повърхността на електродния лист.

Фигура 5 (a) е карта на разпределението на температурата на повърхността на покритието на NMC положителния полюсен лист, открит от термовизионната камера, която съдържа много малък дефект, който не може да се различи с просто око. Кривата на разпределение на температурата, съответстваща на сегмента от маршрута, е показана във вътрешната вложка, с температурен пик в точката на дефекта. На фигура 5 (b) температурата се увеличава локално в съответното поле, съответстващо на дефекта на повърхността на полюсния лист. Фиг. 6 е диаграма на разпределение на температурата на повърхността на листа с отрицателен електрод, показваща наличието на дефекти, където пикът на повишаване на температурата съответства на мехурчето или агрегата, а зоната на понижение на температурата съответства на дупката или капката.

Фигура 5 Температурно разпределение на повърхността на листа с положителен електрод

Фигура 6 Разпределение на температурата на повърхността на отрицателния електрод

 

Може да се види, че термовизионното откриване на разпределението на температурата е добро средство за откриване на дефекти на повърхността на стълбовия лист, който може да се използва за контрол на качеството на производството на стълбовия лист.3. Ефект на повърхностните дефекти на полюсния лист върху работата на батерията

 

(1) Въздействие върху капацитета на умножителя на батерията и ефективността на Кулон

Фигура 7 показва кривата на влиянието на агрегата и pinhole върху капацитета на умножителя на батерията и ефективността на coulen. Агрегатът може действително да подобри капацитета на батерията, но да намали ефективността на coulen. Точковата дупка намалява капацитета на батерията и ефективността на Kulun, а ефективността на Kulun намалява значително при висока скорост.

Фигура 7 катоден агрегат и ефект на дупка върху капацитета на батерията и ефективността на фигура 8 е неравномерно покритие и метално чуждо тяло Co и Al върху капацитета на батерията и ефекта на кривата на ефективност, неравномерното покритие намалява капацитета на масата на батерията с 10% - 20%, но целият капацитет на батерията е намалял с 60%, това показва, че живата маса в полярното парче е значително намалена. Чуждо тяло от Metal Co намален капацитет и ефективност на Кулон, дори при 2C и 5C голямо увеличение, никакъв капацитет, което може да се дължи на образуването на метал Co в електрохимичната реакция на литий и вграден литий, или може да са метални частици блокира порите на диафрагмата, причинени от микрокъсо съединение.

Фигура 8 Ефекти от неравномерното покритие на положителния електрод и метални чужди тела Co и Al върху капацитета на умножителя на батерията и ефективността на coulen

Резюме на дефектите на катодния лист: Дефектите в покритието на катодния лист намаляват кулоновата ефективност на батерията. Точковият отвор на положителното покритие намалява ефективността на Кулон, което води до лоша производителност на умножителя, особено при висока плътност на тока. Хетерогенното покритие показа лоша производителност на увеличение. Замърсителите с метални частици могат да причинят микро-късо съединение и следователно могат значително да намалят капацитета на батерията.
Фигура 9 показва въздействието на лентата от фолио за отрицателни течове върху капацитета на умножителя и Kulun ефективността на батерията. Когато изтичането настъпва при отрицателния електрод, капацитетът на батерията е значително намален, но капацитетът в грам не е очевиден и въздействието върху ефективността на Kulun не е значително.

 

Фигура 9 Влияние на фолиевата лента за изтичане на отрицателен електрод върху капацитета на умножителя на батерията и ефективността на Kulun (2) Влияние върху производителността на цикъла на умножителя на батерията Фигура 10 е резултатът от влиянието на дефекта на повърхността на електрода върху цикъла на умножение на батерията. Резултатите от влиянието са обобщени, както следва:
Егрегация: при 2C степента на поддържане на капацитета от 200 цикъла е 70%, а дефектната батерия е 12%, докато в цикъл 5C степента на поддържане на капацитета от 200 цикъла е 50% и дефектната батерия е 14%.
Игла: затихването на капацитета е очевидно, но затихването на съвкупния дефект не е бързо и степента на поддържане на капацитета от 200 цикъла 2C и 5C е съответно 47% и 40%.
Метално чуждо тяло: капацитетът на метално Co чуждо тяло е почти 0 след няколко цикъла, а капацитетът на 5C цикъл на метално чуждо тяло Al фолио намалява значително.
Ивица за теч: За една и съща област на теч капацитетът на батерията на множество по-малки ивици намалява по-бързо от по-голяма ивица (47% за 200 цикъла в 5C) (7% за 200 цикъла в 5C). Това показва, че колкото по-голям е броят на ивиците, толкова по-голямо е въздействието върху цикъла на батерията.

Фигура 10 Ефект на повърхностните дефекти на електродния лист върху цикъла на клетъчната скорост

 

Реф.: [1] Безразрушителна оценка на вторични електроди на литиеви батерии, покрити със слот матрица, чрез вграден лазерен дебеломер и IR термографски методи [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Ефект на дефекти при производството на електроди върху електрохимичните характеристики на литиево-йонни батерии: познаване на източниците на повреда на батерията [J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.