By hoppt
Sa lithium-ion batteries (LIBs), daghang transisyon nga metal oxide-based nga mga electrodes nagpakita sa talagsaon nga taas nga kapasidad sa pagtipig nga labaw sa ilang teoretikal nga bili. Bisan kung kini nga panghitabo kaylap nga gitaho, ang nagpahiping mga mekanismo sa physicochemical sa kini nga mga materyales nagpabilin nga idlas ug nagpabilin nga usa ka butang nga debate.
Bag-ohay lang, si Propesor Miao Guoxing gikan sa University of Waterloo, Canada, Propesor Yu Guihua gikan sa University of Texas sa Austin, ug Li Hongsen ug Li Qiang gikan sa Qingdao University hiniusang nagpatik sa usa ka research paper sa Nature Materials ubos sa titulo nga "Extra storage capacity sa transition metal oxide lithium-ion nga mga baterya nga gipadayag sa in situ magnetometry". Sa niini nga buhat, ang mga tagsulat migamit sa situ magnetic monitoring sa pagpakita sa presensya sa lig-on nga nawong capacitance sa metal nanoparticle ug nga ang usa ka dako nga gidaghanon sa mga spin-polarized electron mahimong tipigan sa na pagkunhod sa metal nanoparticle, nga nahiuyon sa spatial charge mekanismo. Dugang pa, ang gipadayag nga mekanismo sa spatial charge mahimong mapalapdan sa ubang mga transition metal compound, nga naghatag usa ka yawe nga giya alang sa pagtukod sa mga advanced nga sistema sa pagtipig sa enerhiya.
(1) Usa ka tipikal nga Fe ang gitun-an pinaagi sa paggamit sa in-situ nga magnetic monitoring technique3O4/ Ebolusyon sa electronic structure sulod sa Li battery;
(2) nagpadayag nga ang Fe3O4Sa / Li nga sistema, ang kapasidad sa ibabaw nga bayad mao ang nag-unang tinubdan sa dugang nga kapasidad;
(3) Ang mekanismo sa kapasidad sa nawong sa metal nga mga nanopartikel mahimong mapalapdan sa usa ka halapad nga mga compound sa transisyon nga metal.
Ang monodisperse hollow Fe gi-synthesize sa conventional hydrothermal nga mga pamaagi3O4Nanospheres, ug dayon gihimo sa 100 mAg−1Charge ug discharge sa kasamtangan nga densidad (Figure 1a), ang unang discharge nga kapasidad mao ang 1718 mAh g−1, 1370 mAhg sa ikaduha ug ikatulo nga higayon, sa tinagsa. 1Ug 1,364 mAhg−1, Labaw sa 926 mAhg−1Ang teorya sa mga gilauman. Ang BF-STEM nga mga hulagway sa hingpit nga na-discharge nga produkto (Figure 1b-c) nagpakita nga human sa pagkunhod sa lithium, Fe3O4Ang mga nanospheres nakabig ngadto sa mas gagmay nga Fe nanoparticle nga nagsukod sa mga 1 - 3 nm, nga nagkatibulaag sa Li2O center.
Aron ipakita ang pagbag-o sa magnetism sa panahon sa electrochemical cycle, usa ka magnetization curve human sa bug-os nga discharge ngadto sa 0.01 V nakuha (Figure 1d), nga nagpakita sa superparamagnetic nga kinaiya tungod sa pagporma sa nanoparticle.
Figure 1 (a) sa 100 mAg−1Fe sa pagbisikleta sa kasamtangan nga densidad3O4/ Constant kasamtangan nga charge ug discharge curve sa Li battery; (b) bug-os nga lithium Fe3O4Ang BF-STEM nga imahe sa electrode; (c) ang presensya sa Li sa aggregate2High-resolution nga BF-STEM nga mga hulagway sa O ug Fe; (d) Fe3O4Ang hysteresis nga mga kurba sa electrode sa wala pa (itom) ug pagkahuman (asul), ug ang Langevin nga gipaangay nga kurba sa ulahi (purpura).
Aron makombinar ang electrochemistry sa Fe3O4Of structural ug magnetic nga mga kausaban nga nalambigit sa Fe3O4The Electrodes gipailalom sa in situ X-ray diffraction (XRD) ug in situ magnetic monitoring. Fe sa usa ka serye sa XRD diffraction patterns sa panahon sa inisyal nga discharge gikan sa open-circuit voltage (OCV) ngadto sa 1.2V3O4Ang diffraction peaks wala kaayo mausab sa bisan intensity o posisyon (Figure 2a), nga nagpakita nga ang Fe3O4Only nakasinati sa Li intercalation nga proseso. Kung gi-charge sa 3V, ang Fe3O4Ang istruktura nga anti-spinel nagpabilin nga wala’y labot, nga nagsugyot nga ang proseso sa kini nga bintana sa boltahe labi ka mabalik. Ang dugang nga in-situ nga magnetic monitoring inubanan sa kanunay nga kasamtangan nga pag-charge-discharge nga mga pagsulay gihimo aron masusi kung giunsa ang pag-uswag sa magnetization sa tinuud nga oras (Figure 2b).
Figure 2 Characterization sa in-situ XRD ug magnetic monitoring.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4Electrochemical charge-discharge curve ubos sa 3 T nga gigamit nga magnetic field ug katugbang nga reversible in situ magnetic response.
Aron makaangkon og mas batakang pagsabot niini nga proseso sa pagkakabig sa termino sa mga kausaban sa magnetization, ang magnetic nga tubag gikolekta sa tinuod nga panahon ug ang katugbang nga phase transition nga nag-uban sa electrochemically driven reactions (Figure 3). Klaro kaayo nga sa una nga pag-discharge, ang Fe3O4Ang tubag sa magnetization sa mga electrodes lahi sa ubang mga siklo tungod sa Fe sa panahon sa una nga lithalization3O4Tungod sa dili mabag-o nga pagbalhin sa hugna mahitabo. Sa diha nga ang potensyal nahulog ngadto sa 0.78V, ang Fe3O4Ang antispinel nga hugna nakabig aron adunay sulod nga Li2Ang klase nga FeO halite nga istruktura sa O, Fe3O4Ang hugna dili na mapasig-uli human sa pag-charge. Sa susama, ang magnetization paspas nga nahulog sa 0.482 μ b Fe−1. Samtang nagpadayon ang lithialization, walay bag-ong hugna nga naporma, ug ang intensity sa (200) ug (220) nga klase nga FeO diffraction peaks nagsugod sa paghuyang.equal Fe3O4Walay mahinungdanong XRD peak nga gipabilin sa dihang ang electrode hingpit nga liialized (Figure 3a). Timan-i nga sa diha nga ang Fe3O4 electrode discharges gikan sa 0.78V ngadto sa 0.45V, ang magnetization (gikan sa 0.482 μb Fe−1Increased ngadto sa 1.266 μbFe−1), Kini gipahinungod ngadto sa pagkakabig reaksyon gikan sa FeO ngadto sa Fe. Dayon, sa katapusan sa pag-discharge, ang magnetization hinay-hinay nga mikunhod ngadto sa 1.132 μ B Fe−1. Kini nga pagpangita nagsugyot nga ang bug-os nga pagkunhod sa metal Fe0Nanoparticle mahimo gihapon nga moapil sa lithium storage reaksyon, sa ingon pagkunhod sa magnetization sa mga electrodes.
Figure 3 In situ nga mga obserbasyon sa phase transition ug sa magnetic response. (a) Fe3O4In situ XRD nga mapa nga nakolekta atol sa unang discharge sa electrode; (b) Fe3O4In situ magnetic force pagsukod sa electrochemical cycles sa / Li cells sa usa ka gigamit magnetic field sa 3 T.
Fe3O4Ang magnetic nga mga pagbag-o sa mga electrodes mahitabo sa mubu nga mga boltahe, diin ang usa ka dugang nga kapasidad sa electrochemical lagmit nga namugna, nga nagsugyot sa presensya sa wala mahibal-an nga mga tagdala sa bayad sulod sa cell. Aron masusi ang potensyal nga mekanismo sa pagtipig sa lithium, ang Fe gitun-an pinaagi sa XPS, STEM ug magnetic performance spectrum3O4Electrodes sa magnetization peaks sa 0.01V, 0.45V ug 1.4V aron mahibal-an ang tinubdan sa magnetic change. Gipakita sa mga resulta nga ang magnetic moment usa ka hinungdan nga hinungdan nga nakaapekto sa pagbag-o sa magnetic, tungod kay ang gisukod nga Fe0 / Li2Ang Ms sa O nga sistema wala maapektuhan sa magnetic anisotropy ug ang interparticle coupling.
Aron mas masabtan ang Fe3O4The kinetic properties sa mga electrodes sa ubos nga boltahe, cyclic voltammetry sa lain-laing scan rates. Ingon sa gipakita sa Figure 4a, ang rectangular cyclic voltammogram curve makita sulod sa boltahe range tali sa 0.01V ug 1V (Figure 4a). Ang Figure 4b nagpakita nga ang Fe3O4A capacitive nga tubag nahitabo sa electrode. Uban sa kaayo nga mabalik nga magnetic nga tubag sa kanunay nga kasamtangan nga bayad ug proseso sa pagdiskarga (Figure 4c), ang magnetization sa electrode mikunhod gikan sa 1V ngadto sa 0.01V sa panahon sa proseso sa pagdiskarga, ug misaka pag-usab sa panahon sa proseso sa pag-charge, nga nagpakita nga ang Fe0Of sa capacitor-like ang reaksyon sa nawong mabalik kaayo.
Figure 4 electrochemical properties ug in situ magnetic characterization sa 0.011 V.(A) Ang cyclic voltammetric curve.(B) ang b value gitino gamit ang correlation tali sa peak current ug sa scan rate; (c) ang mabag-o nga pagbag-o sa magnetization kalabot sa kurba sa pag-discharge ubos sa usa ka 5 T nga gigamit nga magnetic field.
nahisgutan sa ibabaw Fe3O4Ang electrochemical, structural ug magnetic nga mga bahin sa mga electrodes nagpakita nga ang dugang nga kapasidad sa baterya gitino sa Fe0Ang spin-polarized surface capacitance sa nanoparticle tungod sa nag-uban nga magnetic nga mga pagbag-o. Ang spin-polarized capacitance mao ang resulta sa spin-polarized charge accumulation sa interface ug mahimong magpakita og magnetic response sa panahon sa charge ug discharge.to Fe3O4Ang base electrode, atol sa unang proseso sa pagdiskarga, gisabwag sa Li2Fine Fe nanoparticles sa O substrate adunay dako nga surface-to-volume ratios ug makaamgo sa taas nga densidad sa mga estado sa lebel sa Fermi tungod sa mga localized nga d orbital. Sumala sa teoretikal nga modelo ni Maier sa spatial charge storage, ang mga tagsulat nagsugyot nga ang daghang mga electron mahimong tipigan sa spin-splitting bands sa metallic Fe nanoparticles, nga mahimong makita sa Fe / Li2Creating spin-polarized surface capacitors sa O nanocomposites ( Hulagway 5).
graph 5Fe/Li2A Schematic representation sa surface capacitance sa spin-polarized electron sa O-interface.(A) ang schematic diagram sa spin polarization state density sa nawong sa ferromagnetic metal particles (sa wala pa ug human sa pagdiskarga), sukwahi sa ang bulk spin polarization sa puthaw; (b) ang pagporma sa luna nga charge rehiyon sa ibabaw capacitor modelo sa overstored lithium.
Gisusi ang TM / Li pinaagi sa advanced in-situ magnetic monitoring2Ang ebolusyon sa internal nga elektronik nga istruktura sa O nanocomposite aron ipadayag ang gigikanan sa dugang nga kapasidad sa pagtipig alang sa kini nga lithium-ion nga baterya. Gipakita sa mga resulta nga, pareho sa Fe3O4/Li model cell system, ang electrochemically nga pagkunhod sa Fe nanoparticle makatipig ug daghang mga spin-polarized nga mga electron, nga miresulta tungod sa sobra nga kapasidad sa selula ug dako nga giusab nga interfacial magnetism. Ang mga eksperimento dugang nga nagpamatuod sa CoO, NiO, ug FeF2Ug Fe2Ang presensya sa ingon nga kapasidad sa N electrode nga materyal nagpakita sa pagkaanaa sa spin-polarized surface capacitance sa metal nanoparticles sa lithium ion nga mga baterya ug nagbutang sa pundasyon alang sa paggamit niini nga spatial charge storage mechanism sa uban nga transisyon metal compound-based electrode nga mga materyales.
Dugang nga kapasidad sa pagtipig sa transisyon nga metal oxide lithium-ion nga mga baterya nga gipadayag sa in situ magnetometry (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)
Ang impluwensya sa lithium electrode wafer design formula ug electrode wafer defects sa performance
Ang lithium battery electrode usa ka coating nga gilangkuban sa mga partikulo, parehas nga gipadapat sa metal fluid. Lithium ion battery electrode coating mahimong giisip nga usa ka composite nga materyal, nag-una nga gilangkuban sa tulo ka mga bahin:
(1) Mga partikulo sa aktibong substansiya;
(2) ang constituent phase sa conductive agent ug ang ahente (carbon adhesive phase);
(3) Pore, pun-a ang electrolyte.
Ang gidaghanon nga relasyon sa matag hugna gipahayag ingon:
Porosity + tipik sa gidaghanon sa buhi nga butang + bahin sa gidaghanon sa gidaghanon sa carbon adhesive =1
Ang disenyo sa lithium battery electrode design importante kaayo, ug karon ang batakang kahibalo sa lithium battery electrode design kay mubo nga gipaila.
(1) Teoretikal nga kapasidad sa materyal nga electrode Ang teoretikal nga kapasidad sa materyal nga electrode, nga mao, ang kapasidad nga gihatag sa tanan nga mga lithium ions sa materyal nga nalambigit sa electrochemical reaksyon, ang kantidad niini gikalkulo sa mosunod nga equation:
Pananglitan, ang LiFePO4Ang molar mass mao ang 157.756 g/mol, ug ang teoretikal nga kapasidad niini mao ang:
Kini nga kalkulado nga kantidad mao lamang ang teoretikal nga kapasidad sa gramo. Aron masiguro ang mabalik nga istruktura sa materyal, ang aktwal nga lithium ion removal coefficient dili mubu sa 1, ug ang aktwal nga kapasidad sa gramo sa materyal mao ang:
Aktuwal nga gramo nga kapasidad sa materyal = theoretical nga kapasidad sa lithium ion unplugging coefficient
(2) Kapasidad sa disenyo sa baterya ug hilabihan ka one-sided nga densidad Ang kapasidad sa disenyo sa baterya mahimong kalkulado pinaagi sa mosunod nga pormula: kapasidad sa disenyo sa baterya = coating surface density active material ratio active material gram capacity pole sheet coating area
Lakip kanila, ang densidad sa nawong sa coating usa ka hinungdanon nga parameter sa disenyo. Kung ang densidad sa compaction wala mausab, ang pagtaas sa densidad sa nawong sa coating nagpasabut nga ang gibag-on sa pole sheet nagdugang, ang distansya sa transmission sa electron nagdugang, ug ang pagtaas sa resistensya sa elektron, apan limitado ang lebel sa pagtaas. Sa baga nga electrode sheet, ang pagtaas sa impedance sa paglalin sa mga lithium ions sa electrolyte mao ang panguna nga hinungdan nga nakaapekto sa mga kinaiya sa ratio. Gikonsiderar ang porosity ug pore twists, ang gilay-on sa paglalin sa mga ion sa pore daghang beses nga labi pa sa gibag-on sa pole sheet.
(3) Ang ratio sa negatibo-positibo nga kapasidad ratio N / P negatibo nga kapasidad ngadto sa positibo nga kapasidad gihubit ingon:
Ang N / P kinahanglan nga labaw pa sa 1.0, kasagaran 1.04 ~ 1.20, nga nag-una sa disenyo sa kaluwasan, aron mapugngan ang negatibo nga bahin sa lithium ion gikan sa ulan nga walay tinubdan sa pagdawat, disenyo nga tagdon ang kapasidad sa proseso, sama sa pagtipas sa coating. Bisan pa, kung ang N / P dako kaayo, ang baterya mawad-an sa dili mabag-o nga kapasidad, nga moresulta sa ubos nga kapasidad sa baterya ug ubos nga densidad sa enerhiya sa baterya.
Alang sa lithium titanate anode, ang positibo nga electrode nga sobra nga disenyo gisagop, ug ang kapasidad sa baterya gitino sa kapasidad sa lithium titanate anode. Ang positibo nga sobra nga disenyo makatabang sa pagpaayo sa taas nga temperatura nga performance sa baterya: ang taas nga temperatura nga gas nag-una gikan sa negatibo nga electrode. Sa positibo nga sobra nga disenyo, ang negatibo nga potensyal gamay, ug mas sayon ang paghimo sa SEI nga pelikula sa ibabaw sa lithium titanate.
(4) Compaction density ug porosity sa coating Sa proseso sa produksiyon, ang coating compaction density sa electrode sa baterya gikalkula sa mosunod nga pormula. Giisip nga kung ang poste sheet giligid, ang metal nga foil gipalugway, ang densidad sa nawong sa coating pagkahuman gikalkula ang roller pinaagi sa mosunod nga pormula.
Sama sa gihisgutan sa sayo pa, ang sapaw naglangkob sa buhi nga materyal nga bahin, carbon patapot nga bahin ug pore, ug ang porosity mahimong kalkulado sa mosunod nga equation.
Lakip kanila, ang kasagaran nga Densidad sa sapaw mao ang: lithium battery electrode mao ang usa ka matang sa powder nga mga partikulo sa sapaw, tungod kay ang powder partikulo nawong bagis, dili regular nga porma, sa diha nga panagtigum, panagtingub, mga partikulo sa taliwala sa mga partikulo ug mga partikulo, ug sa pipila ka mga partikulo sa iyang kaugalingon adunay mga liki ug pores, busa ang gidaghanon sa pulbos lakip ang gidaghanon sa pulbos, ang mga pores tali sa mga partikulo sa pulbos ug ang mga partikulo, busa, ang katugbang nga lainlain nga densidad sa coating sa electrode ug representasyon sa porosity. Ang Densidad sa mga partikulo sa pulbos nagtumong sa masa sa pulbos matag gidaghanon sa yunit. Sumala sa gidaghanon sa powder, kini gibahin ngadto sa tulo ka mga matang: tinuod nga Densidad, partikulo Densidad ug akumulasyon Densidad. Ang lainlaing mga densidad gihubit ingon sa mosunod:
Alang sa parehas nga pulbos, tinuod nga densidad> density sa partikulo> density sa pagputos. Ang porosity sa powder mao ang ratio sa mga pores sa powder particle coating, nga mao, ang ratio sa gidaghanon sa void tali sa powder particle ug pores sa mga partikulo ngadto sa kinatibuk-ang gidaghanon sa coating, nga sagad gipahayag. isip porsyento. Ang porosity sa powder usa ka komprehensibo nga kabtangan nga may kalabutan sa morphology sa partikulo, estado sa nawong, gidak-on sa partikulo ug pag-apod-apod sa gidak-on sa partikulo. Ang porosity niini direktang makaapekto sa paglusot sa electrolyte ug lithium ion transmission. Sa kinatibuk-an, mas dako ang porosity, mas sayon ang electrolyte infiltration, ug mas paspas ang transmission sa lithium ion. Busa, sa disenyo sa lithium battery, usahay sa pagtino sa porosity, sagad gigamit mercury pressure pamaagi, gas adsorption pamaagi, ug uban pa Mahimo usab nga makuha pinaagi sa paggamit sa densidad kalkulasyon. Ang porosity mahimo usab nga adunay lainlaing mga implikasyon kung gigamit ang lainlaing mga densidad alang sa mga kalkulasyon. Kung ang densidad sa porosity sa buhi nga substansiya, ang conductive agent ug ang binder gikalkula sa tinuod nga density, ang kalkulado nga porosity naglakip sa gintang tali sa mga partikulo ug sa gintang sa sulod sa mga partikulo. Kung ang porosity sa buhi nga substansiya, conductive agent ug binder gikalkula sa density sa partikulo, ang kalkulado nga porosity naglakip sa gintang tali sa mga partikulo, apan dili ang gintang sa sulod sa mga partikulo. Busa, ang pore nga gidak-on sa lithium battery electrode sheet usab multi-scale, kasagaran ang gintang tali sa mga partikulo anaa sa micron scale gidak-on, samtang ang gintang sa sulod sa mga partikulo anaa sa nanometer ngadto sa sub-submicron scale. Sa porous electrodes, ang relasyon sa transport properties sama sa epektibo nga diffusivity ug conductivity mahimong ipahayag sa mosunod nga equation:
Diin ang D0 nagrepresentar sa intrinsic diffusion (conduction) rate sa materyal mismo, ang ε mao ang volume fraction sa katugbang nga hugna, ug ang τ mao ang circuitous curvature sa katugbang nga hugna. Sa macroscopic homogenous nga modelo, ang Bruggeman nga relasyon kasagaran gigamit, nga gikuha ang coefficient ɑ = 1.5 aron mabanabana ang epektibo nga positibo sa porous nga mga electrodes.
Ang electrolyte napuno sa mga pores sa porous electrodes, diin ang lithium ions gipahigayon pinaagi sa electrolyte, ug ang conduction nga mga kinaiya sa lithium ions suod nga may kalabutan sa porosity. Kon mas dako ang porosity, mas taas ang volume fraction sa electrolyte phase, ug mas dako ang epektibo nga conductivity sa lithium ions. Sa positibo nga electrode sheet, ang mga electron gipasa pinaagi sa carbon adhesive phase, ang volume fraction sa carbon adhesive phase ug ang detour sa carbon adhesive phase direkta nga nagtino sa epektibo nga conductivity sa mga electron.
Ang porosity ug ang volume fraction sa carbon adhesive phase magkasumpaki, ug ang dako nga porosity dili kalikayan nga mosangpot sa volume fraction sa carbon adhesive phase, busa, ang epektibo nga conduction properties sa lithium ions ug electron magkasumpaki usab, sama sa gipakita sa Figure 2 .Samtang ang porosity mikunhod, ang lithium ion nga epektibo nga conductivity mikunhod samtang ang electron epektibo nga conductivity nagdugang. Ang pagbalanse sa duha kritikal usab sa disenyo sa elektrod.
Figure 2 Schematic diagram sa porosity ug lithium ion ug electron conductivity
2. Type ug detection sa mga depekto sa poste
Sa pagkakaron, sa proseso sa pag-andam sa poste sa baterya, nagkadaghan ang mga teknolohiya sa online detection nga gisagop, aron epektibong mailhan ang mga depekto sa paggama sa mga produkto, pagwagtang sa mga depekto nga produkto, ug tukma sa panahon nga feedback sa linya sa produksiyon, awtomatiko o manwal nga pag-adjust sa produksiyon. proseso, sa pagpakunhod sa depekto rate.
Ang on-line detection nga mga teknolohiya nga kasagarang gigamit sa pole sheet manufacturing naglakip sa slurry nga kinaiya nga detection, pole sheet quality detection, dimension detection ug uban pa, Pananglitan: (1) ang online viscosity meter direkta nga gi-install sa coating storage tank aron mahibal-an ang rheological mga kinaiya sa slurry sa tinuod nga panahon, Sulayi ang kalig-on sa slurry; (2) Paggamit sa X-ray o β-ray sa proseso sa taklap, taas nga katukma sa pagsukod niini, Apan dako nga radiation, taas nga presyo sa kagamitan ug problema sa pagpadayon; (3) Ang teknolohiya sa pagsukod sa gibag-on sa online sa laser gipadapat aron sukdon ang gibag-on sa poste sheet, Ang katukma sa pagsukod mahimong moabot sa ± 1. 0 μm, Mahimo usab nga ipakita ang pagbag-o sa uso sa gisukod nga gibag-on ug gibag-on sa tinuud nga oras, Pagdali sa pagsubay sa datos ug pagtuki; (4) CCD vision technology, Nga mao, ang line array CCD gigamit sa pag-scan sa gisukod nga butang, Real-time nga pagproseso sa imahe ug pagtuki sa mga depekto nga mga kategoriya, Pag-amgo sa dili makadaot nga online detection sa pole sheet surface defects.
Ingon usa ka himan alang sa pagkontrol sa kalidad, ang teknolohiya sa pagsulay sa online hinungdanon usab aron masabtan ang correlation tali sa mga depekto ug pasundayag sa baterya, aron mahibal-an ang mga kwalipikado / dili kwalipikado nga pamatasan alang sa mga semi-tapos nga mga produkto.
Sa ulahing bahin, ang bag-ong pamaagi sa surface defect detection technology sa lithium-ion nga baterya, infrared thermal imaging nga teknolohiya ug ang relasyon tali niining lain-laing mga depekto ug electrochemical performance sa daklit gipaila.consult D. Mohanty Usa ka bug-os nga pagtuon ni Mohanty et al.
(1) Kasagarang mga depekto sa pole sheet surface
Ang Figure 3 nagpakita sa kasagarang mga depekto sa ibabaw sa lithium ion battery electrode, nga ang optical image sa wala ug ang hulagway nga nakuha sa thermal imager sa tuo.
Figure 3 Kasagarang mga depekto sa nawong sa poste sheet: (a, b) bulge envelope / aggregate; (c, d) drop nga materyal / pinhole; (e, f) metal nga langyaw nga lawas; (g, h) dili patas nga taklap
(A, b) gipataas nga bulge / aggregate, ang ingon nga mga depekto mahimong mahitabo kung ang slurry parehas nga gipalihok o ang katulin sa coating dili lig-on. Ang gregation sa adhesive ug carbon black conductive agents nagdala ngadto sa ubos nga sulod sa aktibo nga mga sagol ug gaan nga gibug-aton sa polar papan.
(c, d) drop / pinhole, kini nga mga depekto nga mga lugar wala gitabonan ug kasagaran gihimo sa mga bula sa slurry. Gipakunhod nila ang gidaghanon sa aktibo nga materyal ug gibutyag ang kolektor sa electrolyte, sa ingon pagkunhod sa kapasidad sa electrochemical.
(E, f) metal langyaw nga mga lawas, slurry o metal langyaw nga mga lawas nga gipaila-ila sa mga ekipo ug palibot, ug metal langyaw nga mga lawas mahimong hinungdan sa dakong kadaot sa lithium batteries. Ang dagkong mga partikulo sa metal direkta nga nagdaot sa diaphragm, nga miresulta sa usa ka mubo nga sirkito tali sa positibo ug negatibo nga mga electrodes, nga usa ka pisikal nga short circuit. Dugang pa, kung ang metal nga langyaw nga lawas gisagol sa positibo nga electrode, ang positibo nga potensyal nga pagtaas pagkahuman sa pag-charge, ang metal masulbad, mikaylap pinaagi sa electrolyte, ug dayon mag-ulan sa negatibo nga nawong, ug sa katapusan mabuak ang diaphragm, nga mahimong usa ka mubo nga sirkito, nga usa ka chemical dissolution short circuit. Ang labing kasagaran nga metal nga langyaw nga mga lawas sa pabrika sa baterya mao ang Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, ug uban pa.
(g, h) dili patas nga taklap, sama sa pagsagol sa slurry dili igo, ang pagkapino sa partikulo dali nga makita nga mga labud kung ang partikulo dako, nga moresulta sa dili patas nga sapaw, nga makaapekto sa pagkamakanunayon sa kapasidad sa baterya, ug bisan pa nga makita sa hingpit walay sapaw nga stripe, adunay epekto sa kapasidad ug kaluwasan.
(2) Pole chip surface defect detection technology Gigamit ang infrared (IR) thermal imaging nga teknolohiya aron makit-an ang gagmay nga mga depekto sa mga dry electrodes nga makadaot sa performance sa lithium-ion nga mga baterya. Atol sa online detection, kon ang electrode depekto o pollutant mamatikdan, markahi kini sa poste sheet, wagtangon kini sa sunod nga proseso, ug feedback niini ngadto sa produksyon linya, ug adjust sa proseso sa panahon sa pagwagtang sa mga depekto. Ang infrared ray kay usa ka klase sa electromagnetic wave nga adunay parehas nga kinaiya sa mga radio wave ug makita nga kahayag. Ang usa ka espesyal nga elektronik nga aparato gigamit aron mabag-o ang pag-apod-apod sa temperatura sa nawong sa usa ka butang nga makita nga imahe sa mata sa tawo, ug aron ipakita ang pag-apod-apod sa temperatura sa nawong sa usa ka butang sa lainlaing mga kolor gitawag nga infrared thermal imaging nga teknolohiya. Kini nga electronic device gitawag nga infrared thermal imager. Ang tanan nga mga butang nga labaw sa absolute zero (-273 ℃) nagpagawas sa infrared radiation.
Sama sa gipakita sa Figure 4, ang infrared thermal approximator (IR Camera) naggamit sa infrared detector ug ang optical imaging nga tumong sa pagdawat sa infrared radiation energy distribution pattern sa gisukod nga target nga butang ug ipakita kini sa photosensitive nga elemento sa infrared detector aron makuha ang infrared thermal image, nga katumbas sa thermal distribution field sa ibabaw sa butang. Kung adunay depekto sa nawong sa usa ka butang, ang temperatura mobalhin sa lugar. Busa, kini nga teknolohiya mahimo usab nga gamiton sa pag-ila sa mga depekto sa nawong sa butang, ilabi na nga angay alang sa pipila ka mga depekto nga dili mailhan pinaagi sa optical detection paagi. Kung ang pagpa-uga nga electrode sa lithium ion nga baterya nakit-an sa online, ang electrode electrode una nga gi-irradiated sa flash, ang temperatura sa nawong nausab, ug dayon ang temperatura sa ibabaw nakit-an sa usa ka thermal imager. Ang imahe sa pag-apod-apod sa kainit makita, ug ang imahe giproseso ug gisusi sa tinuud nga oras aron mahibal-an ang mga depekto sa nawong ug markahan kini sa oras.D. Mohanty Ang pagtuon nag-instalar og thermal imager sa outlet sa coater drying oven aron mahibal-an ang temperature distribution image sa electrode sheet surface.
Ang Figure 5 (a) usa ka mapa sa pag-apod-apod sa temperatura sa coating surface sa NMC positive pole sheet nga nakit-an sa thermal imager, nga adunay gamay kaayo nga depekto nga dili mailhan sa hubo nga mata. Ang kurba sa pag-apod-apod sa temperatura nga katumbas sa bahin sa ruta gipakita sa sulud sa sulud, nga adunay pagtaas sa temperatura sa punto sa depekto. Sa Figure 5 (b), ang temperatura nagdugang sa lokal sa katugbang nga kahon, nga katumbas sa depekto sa nawong sa poste sheet. FIG. Ang 6 usa ka diagram sa pag-apod-apod sa temperatura sa nawong sa negatibo nga electrode sheet nga nagpakita sa paglungtad sa mga depekto, diin ang peak sa pagtaas sa temperatura katumbas sa bula o aggregate, ug ang lugar sa pagkunhod sa temperatura katumbas sa pinhole o drop.
Figure 5 Temperatura-apod-apod sa positibo nga electrode sheet nawong
Figure 6 Temperatura-apod-apod sa negatibo nga electrode nawong
Kini makita nga ang thermal imaging detection sa temperatura-apod-apod mao ang usa ka maayo nga paagi sa poste sheet nawong depekto detection, nga mahimong gamiton alang sa kalidad nga kontrol sa poste sheet manufacturing.3. Epekto sa mga depekto sa nawong sa pole sheet sa performance sa baterya
(1) Epekto sa kapasidad sa multiplier sa baterya ug kahusayan sa Coulomb
Gipakita sa Figure 7 ang kurba sa impluwensya sa aggregate ug pinhole sa kapasidad sa multiplier sa baterya ug ang kahusayan sa coulen. Ang aggregate mahimo nga makapauswag sa kapasidad sa baterya, apan makunhuran ang kahusayan sa coulen. Ang pinhole makapakunhod sa kapasidad sa baterya ug sa Kulun efficiency, ug ang Kulun efficiency mikunhod pag-ayo sa taas nga rate.
Ang Figure 7 cathode aggregate ug pinhole nga epekto sa kapasidad sa baterya ug ang kahusayan sa numero 8 mao ang dili patas nga coating, ug ang metal nga langyaw nga lawas Co ug Al sa kapasidad sa baterya ug ang epekto sa kurba sa kahusayan, dili patas nga coating makapakunhod sa kapasidad sa yunit sa baterya nga 10% - 20%, apan ang tibuok nga kapasidad sa baterya mikunhod sa 60%, kini nagpakita nga ang buhi nga masa sa polar nga piraso sa kamahinungdanon pagkunhod. Metal Co langyaw nga lawas mikunhod kapasidad ug Coulomb efficiency, bisan sa 2C ug 5C taas nga pagpadako, walay kapasidad sa tanan, nga mahimong tungod sa pagporma sa metal Co sa electrochemical reaksyon sa lithium ug lithium embedded, o kini mahimo nga ang metal nga mga partikulo gibabagan ang diaphragm pore hinungdan sa micro short circuit.
Figure 8 Mga epekto sa positibo nga electrode dili patas nga coating ug metal nga langyaw nga mga lawas Co ug Al sa kapasidad sa multiplier sa baterya ug kahusayan sa coulen
Katingbanan sa mga depekto sa cathode sheet: Ang mga ate sa cathode sheet coating nagpamenos sa kahusayan sa Coulomb sa baterya. Ang pinhole sa positibo nga taklap makapakunhod sa Coulomb efficiency, nga miresulta sa dili maayo nga multiplier performance, ilabi na sa taas nga kasamtangan nga Densidad. Ang heterogeneous coating nagpakita sa dili maayo nga pagpadako sa performance. Ang mga pollutant sa partikulo sa metal mahimong hinungdan sa mga micro-short circuit, ug busa mahimo’g makunhuran ang kapasidad sa baterya.
Gipakita sa Figure 9 ang epekto sa negatibo nga leakage foil strip sa kapasidad sa multiplier ug kahusayan sa Kulun sa baterya. Sa diha nga ang leakage mahitabo sa negatibo nga electrode, ang kapasidad sa baterya mao ang kamahinungdanon pagkunhod, apan ang gramo nga kapasidad dili dayag, ug ang epekto sa Kulun efficiency dili mahinungdanon.
Figure 9 Impluwensya sa negatibo nga electrode leakage foil strip sa battery multiplier capacity ug Kulun efficiency (2) Influence sa battery multiplier cycle performance Ang Figure 10 maoy resulta sa impluwensya sa electrode surface defect sa battery multiplier cycle. Ang mga resulta sa impluwensya gi-summarize sama sa mosunod:
Egregation: sa 2C, ang kapasidad sa maintenance rate sa 200 nga mga siklo mao ang 70% ug ang depekto nga baterya mao ang 12%, samtang sa 5C nga siklo, ang kapasidad sa maintenance rate sa 200 nga mga siklo mao ang 50% ug ang depekto nga baterya mao ang 14%.
Needlehole: ang kapasidad attenuation mao ang dayag, apan walay aggregate depekto attenuation mao ang paspas, ug ang kapasidad maintenance rate sa 200 cycles 2C ug 5C mao ang 47% ug 40%, sa tinagsa.
Metal langyaw nga lawas: ang kapasidad sa metal Co langyaw nga lawas mao ang hapit 0 human sa pipila ka mga siklo, ug ang 5C cycle kapasidad sa metal langyaw nga lawas Al foil mikunhod kamahinungdanon.
Leak strip: Para sa parehas nga leakage area, ang kapasidad sa baterya sa daghang gagmay nga mga stripes mas paspas nga mokunhod kaysa mas dako nga stripe (47% alang sa 200 cycle sa 5C) (7% alang sa 200 cycles sa 5C). Kini nagpakita nga kon mas dako ang gidaghanon sa mga labud, mas dako ang epekto sa siklo sa baterya.
Figure 10 Epekto sa electrode sheet surface defects sa cell rate cycle
Ref.: [1] Non-destructive evaluation sa slot-die-coated lithium secondary batteryelectrodes pinaagi sa in-line nga laser caliper ug IR thermography nga mga pamaagi [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Epekto sa electrode manufacturing depekto sa electrochemical performance sa lithium-ion batteries: Pag-ila sa battery kapakyasan tinubdan [J].Journal sa Power Sources.2016, 312: 70-79.
tubag sa sulod sa 6 ka oras, bisan unsa nga mga pangutana mao ang welcome!
