Home / Blog / Mengungkap Misteri: Kapasitas Super Teoritis dalam Baterai Lithium-Ion

Mengungkap Misteri: Kapasitas Super Teoritis dalam Baterai Lithium-Ion

29 Nov, 2023

By hoppt

Mengapa baterai lithium ada fenomena kapasitas super teoritis

Dalam baterai lithium-ion (LIB), banyak elektroda berbasis oksida logam transisi menunjukkan kapasitas penyimpanan yang sangat tinggi melebihi nilai teoritisnya. Meskipun fenomena ini telah dilaporkan secara luas, mekanisme fisikokimia yang mendasari bahan-bahan ini masih sulit dipahami dan masih menjadi bahan perdebatan.

Profil hasil

Baru-baru ini, Profesor Miao Guoxing dari Universitas Waterloo, Kanada, Profesor Yu Guihua dari Universitas Texas di Austin, serta Li Hongsen dan Li Qiang dari Universitas Qingdao bersama-sama menerbitkan makalah penelitian tentang Bahan Alam dengan judul "Kapasitas penyimpanan ekstra di baterai lithium-ion oksida logam transisi yang diungkapkan oleh magnetometri in situ". Dalam karya ini, penulis menggunakan pemantauan magnetik in situ untuk menunjukkan adanya kapasitansi permukaan yang kuat pada nanopartikel logam dan bahwa sejumlah besar elektron terpolarisasi spin dapat disimpan dalam nanopartikel logam yang sudah tereduksi, yang konsisten dengan mekanisme muatan spasial. Selain itu, mekanisme muatan spasial yang terungkap dapat diperluas ke senyawa logam transisi lainnya, sehingga memberikan panduan utama untuk pembentukan sistem penyimpanan energi tingkat lanjut.

Sorotan penelitian

(1) Fe tipikal dipelajari dengan menggunakan teknik pemantauan magnetik in-situ3O4/ Evolusi struktur elektronik di dalam baterai Li;

(2) mengungkapkan bahwa Fe3O4Dalam sistem / Li, kapasitas muatan permukaan merupakan sumber utama dari kapasitas tambahan;

(3) Mekanisme kapasitansi permukaan nanopartikel logam dapat diperluas ke berbagai senyawa logam transisi.

Panduan teks dan teks

  1. Karakterisasi struktural dan sifat elektrokimia

Fe berongga monodisperse disintesis dengan metode hidrotermal konvensional3O4Nanosfer, dan kemudian dilakukan pada 100 mAg−1Pengisian dan pengosongan pada kepadatan arus (Gambar 1a), kapasitas pelepasan pertama adalah 1718 mAh g−1, masing-masing 1370 mAhg pada waktu kedua dan ketiga− 1Dan 1,364 mAhg−1, Jauh melebihi 926 mAhg−1Teori ekspektasi. Gambar BF-STEM dari produk yang habis sepenuhnya (Gambar 1b-c) menunjukkan bahwa setelah reduksi litium, nanosfer Fe3O4 diubah menjadi nanopartikel Fe yang lebih kecil berukuran sekitar 1 – 3 nm, tersebar di pusat Li2O.

Untuk menunjukkan perubahan magnet selama siklus elektrokimia, diperoleh kurva magnetisasi setelah pelepasan penuh hingga 0.01 V (Gambar 1d), yang menunjukkan perilaku superparamagnetik akibat pembentukan nanopartikel.

Gambar 1 (a) pada 100 mAg−1Fe siklus pada kerapatan arus3O4/ Kurva pengisian dan pengosongan arus konstan baterai Li; (b) litium penuh Fe3O4Gambar elektroda BF-STEM; (c) keberadaan Li dalam agregat2 gambar BF-STEM resolusi tinggi dari O dan Fe; (d) Fe3O4 Kurva histeresis elektroda sebelum (hitam) dan sesudah (biru), dan kurva pas Langevin pada elektroda tersebut (ungu).

  1. Deteksi evolusi struktural dan magnetik secara real-time

Untuk menggabungkan elektrokimia dengan Fe3O4Dari perubahan struktural dan magnetik yang terkait dengan Fe3O4Elektroda menjadi sasaran difraksi sinar-X (XRD) in situ dan pemantauan magnetik in situ. Fe dalam rangkaian pola difraksi XRD pada saat pengosongan awal dari tegangan rangkaian terbuka (OCV) menjadi 1.2V3O4Puncak difraksi tidak mengalami perubahan signifikan baik intensitas maupun posisi (Gambar 2a), menunjukkan bahwa Fe3O4Hanya mengalami proses interkalasi Li. Ketika diisi ke 3V, struktur anti-spinel Fe3O4 tetap utuh, menunjukkan bahwa proses dalam jendela tegangan ini sangat reversibel. Pemantauan magnetik in-situ lebih lanjut dikombinasikan dengan uji pelepasan muatan arus konstan dilakukan untuk menyelidiki bagaimana magnetisasi berkembang secara real time (Gambar 2b).

Gambar 2 Karakterisasi XRD in-situ dan pemantauan magnetik.(A) XRD in-situ; (b) Fe3O4Kurva pelepasan muatan elektrokimia di bawah medan magnet terapan 3 T dan respons magnet in situ yang dapat dibalik.

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendasar tentang proses konversi dalam kaitannya dengan perubahan magnetisasi, respons magnetik dikumpulkan secara real-time dan transisi fase terkait yang menyertai reaksi yang digerakkan secara elektrokimia (Gambar 3). Cukup jelas bahwa selama pelepasan pertama, Fe3O4Respon magnetisasi elektroda berbeda dari siklus lainnya karena Fe selama litalisasi pertama3O4Karena terjadi transisi fase yang tidak dapat diubah. Ketika potensial turun menjadi 0.78V, fase antispinel Fe3O4 diubah menjadi struktur halit kelas FeO yang mengandung Li2O, fase Fe3O4 tidak dapat dipulihkan setelah pengisian. Sejalan dengan itu, magnetisasi turun dengan cepat menjadi 0.482 μb Fe−1. Ketika litialisasi berlangsung, tidak ada fase baru yang terbentuk, dan intensitas puncak difraksi kelas FeO (200) dan (220) mulai melemah. Sama dengan Fe3O4, tidak ada puncak XRD signifikan yang dipertahankan ketika elektroda diliialisasi seluruhnya (Gambar 3a). Perhatikan bahwa ketika elektroda Fe3O4 dilepaskan dari 0.78V ke 0.45V, magnetisasi (dari 0.482 μb Fe−1Meningkat menjadi 1.266 μbFe−1), Hal ini disebabkan oleh reaksi konversi dari FeO menjadi Fe. Kemudian, pada akhir pelepasan, magnetisasi perlahan-lahan diturunkan menjadi 1.132 μB Fe−1. Temuan ini menunjukkan bahwa logam Fe0Nanopartikel yang tereduksi sepenuhnya masih dapat berpartisipasi dalam reaksi penyimpanan litium, sehingga mengurangi magnetisasi elektroda.

Gambar 3 Pengamatan in situ terhadap transisi fasa dan respons magnetis.(a)Fe3O4Peta XRD in situ dikumpulkan selama pelepasan elektroda pertama; (b) Pengukuran gaya magnet Fe3O4 in situ dari siklus elektrokimia sel / Li pada medan magnet terapan 3 T.

  1. Fe0/Li2Kapasitas permukaan sistem O

Fe3O4Perubahan magnetik pada elektroda terjadi pada tegangan rendah, yang kemungkinan besar menghasilkan kapasitas elektrokimia tambahan, menunjukkan adanya pembawa muatan yang belum ditemukan di dalam sel. Untuk mengeksplorasi potensi mekanisme penyimpanan litium, Fe dipelajari melalui XPS, STEM dan spektrum kinerja magnetik3O4Elektroda puncak magnetisasi pada 0.01V, 0.45V dan 1.4V untuk menentukan sumber perubahan magnet. Hasilnya menunjukkan bahwa momen magnet merupakan faktor kunci yang mempengaruhi perubahan magnet, karena Fe0/Li2Ms sistem O yang diukur tidak dipengaruhi oleh anisotropi magnetik dan kopling antarpartikel.

Untuk lebih memahami sifat kinetik Fe3O4 elektroda pada tegangan rendah, voltametri siklik pada kecepatan pemindaian yang berbeda. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4a, kurva voltammogram siklik persegi panjang muncul dalam rentang tegangan antara 0.01V dan 1V (Gambar 4a). Gambar 4b menunjukkan bahwa respon kapasitif Fe3O4A terjadi pada elektroda. Dengan respons magnetik yang sangat reversibel dari proses pengisian dan pengosongan arus konstan (Gambar 4c), magnetisasi elektroda menurun dari 1V menjadi 0.01V selama proses pengosongan, dan meningkat lagi selama proses pengisian, menunjukkan bahwa Fe0Seperti kapasitor reaksi permukaan sangat reversibel.

Gambar 4 sifat elektrokimia dan karakterisasi magnetik in situ pada 0.011 V.(A) Kurva voltametri siklik.(B) nilai b ditentukan dengan menggunakan korelasi antara arus puncak dan laju pemindaian; (c) perubahan magnetisasi yang dapat dibalik relatif terhadap kurva pelepasan muatan di bawah medan magnet 5 T.

Fe3O4 yang disebutkan di atasFitur elektrokimia, struktural dan magnetik dari elektroda menunjukkan bahwa kapasitas baterai tambahan ditentukan oleh Fe0. Kapasitansi permukaan nanopartikel yang terpolarisasi spin disebabkan oleh perubahan magnetik yang menyertainya. Kapasitansi terpolarisasi spin adalah hasil akumulasi muatan terpolarisasi spin pada antarmuka dan dapat menampilkan respons magnetis selama pengisian dan pengosongan. terhadap Fe3O4 Elektroda dasar, selama proses pelepasan pertama, didispersikan dalam nanopartikel Li2Fine Fe dalam substrat O memiliki rasio permukaan terhadap volume yang besar dan mewujudkan keadaan kepadatan yang tinggi pada tingkat Fermi karena orbital d yang sangat terlokalisasi. Menurut model teoritis penyimpanan muatan spasial Maier, penulis mengusulkan bahwa sejumlah besar elektron dapat disimpan dalam pita pemisahan putaran nanopartikel Fe logam, yang dapat ditemukan dalam Fe / Li2. Menciptakan kapasitor permukaan terpolarisasi putaran dalam nanokomposit O ( Gambar 5).

grafik 5Fe/Li2A Representasi skema kapasitansi permukaan elektron terpolarisasi spin pada antarmuka-O.(A) diagram skema keadaan polarisasi spin kerapatan permukaan partikel logam feromagnetik (sebelum dan sesudah pelepasan), berlawanan dengan polarisasi putaran sebagian besar besi; (b) pembentukan daerah muatan ruang pada model kapasitor permukaan litium berlebih.

Ringkasan dan Outlook

TM / Li diselidiki oleh pemantauan magnetik in-situ yang canggih2Evolusi struktur elektronik internal nanokomposit O untuk mengungkap sumber kapasitas penyimpanan tambahan untuk baterai lithium-ion ini. Hasilnya menunjukkan bahwa, baik dalam sistem sel model Fe3O4/Li, nanopartikel Fe yang tereduksi secara elektrokimia dapat menyimpan sejumlah besar elektron terpolarisasi spin, yang diakibatkan oleh kapasitas sel yang berlebihan dan perubahan magnetisme antarmuka secara signifikan. Eksperimen selanjutnya memvalidasi CoO, NiO, dan FeF2Dan Fe2Kehadiran kapasitansi tersebut dalam bahan elektroda N menunjukkan adanya kapasitansi permukaan terpolarisasi spin dari nanopartikel logam dalam baterai lithium ion dan meletakkan dasar untuk penerapan mekanisme penyimpanan muatan spasial ini dalam transisi lain bahan elektroda berbasis senyawa logam.

tautan literatur

Kapasitas penyimpanan ekstra pada baterai lithium-ion oksida logam transisi diungkapkan oleh magnetometri in situ (Nature Materials , 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Pengaruh formula desain wafer elektroda litium dan cacat wafer elektroda terhadap kinerja

  1. Artikel dasar desain film tiang

Elektroda baterai litium adalah lapisan yang terdiri dari partikel-partikel yang diaplikasikan secara merata pada cairan logam. Lapisan elektroda baterai lithium ion dapat dianggap sebagai bahan komposit, terutama terdiri dari tiga bagian:

(1) Partikel zat aktif;

(2) fasa penyusun zat penghantar dan zat (fasa perekat karbon);

(3) Pori, isi dengan elektrolit.

Hubungan volume setiap fase dinyatakan sebagai:

Porositas + fraksi volume makhluk hidup + fraksi volume fase perekat karbon =1

Perancangan desain elektroda baterai litium sangatlah penting, dan sekarang pengetahuan dasar tentang desain elektroda baterai litium diperkenalkan secara singkat.

(1) Kapasitas teoritis bahan elektroda Kapasitas teoritis bahan elektroda, yaitu kapasitas yang disediakan oleh semua ion litium dalam bahan yang terlibat dalam reaksi elektrokimia, nilainya dihitung dengan persamaan berikut:

Misalnya, massa molar LiFePO4 adalah 157.756 g/mol, dan kapasitas teoritisnya adalah:

Nilai yang dihitung ini hanyalah kapasitas gram teoritis. Untuk memastikan struktur material yang dapat dibalik, koefisien penghilangan ion litium sebenarnya kurang dari 1, dan kapasitas gram material sebenarnya adalah:

Kapasitas gram aktual bahan = kapasitas teoritis koefisien pelepasan ion litium

(2) Kapasitas desain baterai dan kepadatan sangat satu sisi Kapasitas desain baterai dapat dihitung dengan rumus berikut: kapasitas desain baterai = kepadatan permukaan lapisan rasio bahan aktif bahan aktif kapasitas gram luas pelapisan lembaran tiang

Diantaranya, kepadatan permukaan lapisan merupakan parameter desain utama. Ketika kerapatan pemadatan tidak berubah, peningkatan kerapatan permukaan lapisan berarti ketebalan lembaran kutub meningkat, jarak transmisi elektron meningkat, dan resistansi elektron meningkat, tetapi derajat peningkatannya terbatas. Pada lembaran elektroda tebal, peningkatan impedansi migrasi ion litium dalam elektrolit merupakan alasan utama yang mempengaruhi karakteristik rasio. Mengingat porositas dan putaran pori, jarak migrasi ion dalam pori jauh lebih besar daripada ketebalan lembaran kutub.

(3) Rasio kapasitas negatif-positif rasio N/P kapasitas negatif terhadap kapasitas positif didefinisikan sebagai:

N / P harus lebih besar dari 1.0, umumnya 1.04 ~ 1.20, yang terutama dalam desain keselamatan, untuk mencegah sisi negatif ion lithium dari presipitasi tanpa sumber penerimaan, desain untuk mempertimbangkan kapasitas proses, seperti penyimpangan lapisan. Namun, jika N/P terlalu besar, baterai akan kehilangan kapasitas yang tidak dapat diubah, sehingga mengakibatkan kapasitas baterai menjadi rendah dan kepadatan energi baterai menjadi rendah.

Untuk anoda litium titanat, desain kelebihan elektroda positif diadopsi, dan kapasitas baterai ditentukan oleh kapasitas anoda litium titanat. Desain kelebihan positif kondusif untuk meningkatkan kinerja baterai pada suhu tinggi: gas suhu tinggi terutama berasal dari elektroda negatif. Pada desain kelebihan positif, potensi negatifnya rendah, dan lebih mudah membentuk film SEI pada permukaan litium titanat.

(4) Kepadatan pemadatan dan porositas lapisan Dalam proses produksi, kepadatan pemadatan lapisan elektroda baterai dihitung dengan rumus berikut. Mengingat bahwa ketika lembaran tiang digulung, foil logam diperpanjang, maka kepadatan permukaan lapisan setelah roller dihitung dengan rumus berikut.

Seperti disebutkan sebelumnya, lapisan terdiri dari fase bahan hidup, fase perekat karbon dan pori, dan porositasnya dapat dihitung dengan persamaan berikut.

Diantaranya, kepadatan rata-rata pelapisan adalah: elektroda baterai lithium adalah sejenis partikel pelapis bubuk, karena permukaan partikel serbuk kasar, bentuknya tidak beraturan, ketika terakumulasi, partikel antar partikel dan partikel, dan beberapa partikel itu sendiri memiliki retakan dan pori-pori, jadi volume bubuk termasuk volume bubuk, pori-pori antara partikel bubuk dan partikel, oleh karena itu, variasi kerapatan lapisan elektroda dan representasi porositas yang sesuai. Kepadatan partikel serbuk mengacu pada massa serbuk per satuan volume. Menurut volume serbuk, dibagi menjadi tiga jenis: kerapatan sebenarnya, kerapatan partikel, dan kerapatan akumulasi. Berbagai kepadatan didefinisikan sebagai berikut:

  1. Kepadatan sebenarnya mengacu pada kepadatan yang diperoleh dengan membagi massa bubuk dengan volume (volume nyata) tidak termasuk celah internal dan luar partikel. Artinya, massa jenis materi itu sendiri diperoleh setelah volume semua rongga tidak termasuk.
  2. Kepadatan partikel mengacu pada kepadatan partikel yang diperoleh dengan membagi massa serbuk dibagi volume partikel termasuk lubang terbuka dan lubang tertutup. Artinya, jarak antar partikel, tetapi bukan pori-pori halus di dalam partikel, yaitu kepadatan partikel itu sendiri.
  3. Kepadatan akumulasi, yaitu kepadatan lapisan, mengacu pada kepadatan yang diperoleh massa serbuk dibagi dengan volume lapisan yang dibentuk oleh bubuk. Volume yang digunakan meliputi pori-pori partikel itu sendiri dan rongga antar partikel.

Untuk bubuk yang sama, kepadatan sebenarnya> kepadatan partikel> kepadatan pengepakan. Porositas serbuk adalah perbandingan pori-pori pada lapisan partikel serbuk, yaitu perbandingan volume rongga antara partikel serbuk dan pori-pori partikel terhadap volume total lapisan, yang biasa dinyatakan. sebagai persentase. Porositas serbuk merupakan sifat komprehensif yang berkaitan dengan morfologi partikel, keadaan permukaan, ukuran partikel, dan distribusi ukuran partikel. Porositasnya secara langsung mempengaruhi infiltrasi elektrolit dan transmisi ion litium. Secara umum, semakin besar porositasnya, semakin mudah infiltrasi elektrolitnya, dan semakin cepat transmisi ion litium. Oleh karena itu, dalam perancangan baterai lithium, terkadang untuk menentukan porositas, biasanya digunakan metode tekanan merkuri, metode adsorpsi gas, dll. Dapat juga diperoleh dengan menggunakan perhitungan densitas. Porositas juga dapat mempunyai implikasi yang berbeda ketika menggunakan kepadatan yang berbeda untuk perhitungannya. Ketika densitas porositas zat hidup, zat penghantar dan pengikat dihitung dengan densitas sebenarnya, maka porositas yang dihitung mencakup celah antara partikel dan celah di dalam partikel. Ketika porositas zat hidup, bahan penghantar dan pengikat dihitung berdasarkan kepadatan partikel, maka porositas yang dihitung mencakup celah antar partikel, tetapi tidak mencakup celah di dalam partikel. Oleh karena itu, ukuran pori pada lembaran elektroda baterai litium juga multiskala, umumnya jarak antar partikel berada pada ukuran skala mikron, sedangkan celah di dalam partikel berada pada skala nanometer hingga sub-submikron. Pada elektroda berpori, hubungan sifat transpor seperti difusivitas efektif dan konduktivitas dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Dimana D0 mewakili laju difusi (konduksi) intrinsik dari material itu sendiri, ε adalah fraksi volume fase yang sesuai, dan τ adalah kelengkungan memutar dari fase yang sesuai. Dalam model homogen makroskopis, hubungan Bruggeman umumnya digunakan, dengan mengambil koefisien ɑ =1.5 untuk memperkirakan kepositifan efektif elektroda berpori.

Elektrolit diisi ke dalam pori-pori elektroda berpori, di mana ion litium dialirkan melalui elektrolit, dan karakteristik konduksi ion litium berkaitan erat dengan porositas. Semakin besar porositas, semakin tinggi fraksi volume fase elektrolit, dan semakin besar konduktivitas efektif ion litium. Dalam lembaran elektroda positif, elektron ditransmisikan melalui fase perekat karbon, fraksi volume fase perekat karbon dan jalan memutar fase perekat karbon secara langsung menentukan konduktivitas efektif elektron.

Porositas dan fraksi volume fase perekat karbon saling bertentangan, dan porositas yang besar pasti mengarah pada fraksi volume fase perekat karbon, oleh karena itu, sifat konduksi efektif ion litium dan elektron juga bertentangan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 Ketika porositas menurun, konduktivitas efektif ion litium menurun sedangkan konduktivitas efektif elektron meningkat. Cara menyeimbangkan keduanya juga penting dalam desain elektroda.

Gambar 2 Diagram skema porositas dan konduktivitas ion litium dan elektron

2. Jenis dan deteksi cacat tiang

 

Saat ini, dalam proses persiapan tiang baterai, semakin banyak teknologi deteksi online yang diadopsi, sehingga dapat secara efektif mengidentifikasi cacat produksi produk, menghilangkan produk cacat, dan umpan balik tepat waktu ke jalur produksi, penyesuaian otomatis atau manual pada produksi. proses, untuk mengurangi tingkat cacat.

Teknologi pendeteksian online yang biasa digunakan dalam pembuatan lembaran tiang meliputi pendeteksian karakteristik slurry, pendeteksian kualitas lembaran tiang, pendeteksian dimensi dan lain sebagainya, Misalnya: (1) pengukur viskositas online dipasang langsung di tangki penyimpanan pelapis untuk mendeteksi reologi karakteristik bubur secara real time, Uji stabilitas bubur; (2) Menggunakan sinar-X atau sinar-β dalam proses pelapisan, akurasi pengukurannya tinggi, namun radiasinya besar, harga peralatannya mahal, dan masalah pemeliharaannya; (3) Teknologi pengukuran ketebalan laser online diterapkan untuk mengukur ketebalan lembaran tiang, Akurasi pengukuran dapat mencapai ± 1 μm, Hal ini juga dapat menampilkan tren perubahan ketebalan dan ketebalan yang diukur secara real time, Memfasilitasi ketertelusuran data dan analisis; (0) Teknologi visi CCD, yaitu CCD line array yang digunakan untuk memindai objek yang diukur, Pemrosesan gambar real-time dan analisis kategori cacat, Sadarilah deteksi online non-destruktif terhadap cacat permukaan lembaran tiang.

Sebagai alat pengendalian kualitas, teknologi pengujian online juga penting untuk memahami korelasi antara cacat dan kinerja baterai, sehingga dapat menentukan kriteria memenuhi syarat/tidak memenuhi syarat produk setengah jadi.

Pada bagian terakhir, metode baru teknologi deteksi cacat permukaan baterai lithium-ion, teknologi pencitraan termal inframerah dan hubungan antara berbagai cacat dan kinerja elektrokimia diperkenalkan secara singkat.konsultasi dengan D. Mohanty Sebuah studi menyeluruh oleh Mohanty et al.

(1) Cacat umum pada permukaan lembaran tiang

Gambar 3 menunjukkan cacat umum pada permukaan elektroda baterai lithium ion, dengan gambar optik di sebelah kiri dan gambar ditangkap oleh thermal imager di sebelah kanan.

Gambar 3 Cacat yang umum terjadi pada permukaan lembaran tiang: (a, b) selubung tonjolan/agregat; (c,d) jatuhnya material/lubang jarum; (e, f) benda asing logam; (g, h) lapisan tidak rata

 

(A,b) tonjolan/agregat yang timbul, cacat tersebut dapat terjadi jika slurry diaduk secara merata atau kecepatan pelapisan tidak stabil. Penggabungan bahan perekat dan bahan penghantar karbon hitam menyebabkan rendahnya kandungan bahan aktif dan ringannya tablet polar.

 

(c, d) drop / pinhole, area cacat ini tidak dilapisi dan biasanya dihasilkan oleh gelembung-gelembung di dalam slurry. Mereka mengurangi jumlah bahan aktif dan memaparkan kolektor ke elektrolit, sehingga mengurangi kapasitas elektrokimia.

 

(E, f) benda asing logam, bubur atau benda asing logam yang dimasukkan ke dalam peralatan dan lingkungan, dan benda asing logam dapat menyebabkan kerusakan besar pada baterai litium. Partikel logam besar secara langsung merusak diafragma, mengakibatkan hubungan pendek antara elektroda positif dan negatif, yang merupakan hubungan pendek fisik. Selain itu, ketika benda asing logam dicampur ke dalam elektroda positif, potensial positif meningkat setelah pengisian, logam tersebut larut, menyebar melalui elektrolit, dan kemudian mengendap di permukaan negatif, dan akhirnya menusuk diafragma, membentuk korsleting, yang merupakan hubung singkat pembubaran kimia. Benda asing logam yang paling umum ditemukan di lokasi pabrik baterai adalah Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, dll.

 

(g, h) lapisan tidak rata, seperti pencampuran slurry tidak mencukupi, kehalusan partikel mudah muncul garis-garis bila partikelnya besar, mengakibatkan lapisan tidak rata, yang akan mempengaruhi konsistensi kapasitas baterai, bahkan tampak sempurna. tidak ada lapisan pelapis, berdampak pada kapasitas dan keamanan.

(2) Teknologi deteksi cacat permukaan chip tiang Teknologi pencitraan termal inframerah (IR) digunakan untuk mendeteksi cacat kecil pada elektroda kering yang dapat merusak kinerja baterai lithium-ion. Selama deteksi online, jika cacat elektroda atau polutan terdeteksi, tandai pada lembar tiang, hilangkan dalam proses selanjutnya, dan masukkan ke jalur produksi, dan sesuaikan proses tepat waktu untuk menghilangkan cacat. Sinar infra merah merupakan salah satu jenis gelombang elektromagnetik yang mempunyai sifat yang sama dengan gelombang radio dan cahaya tampak. Perangkat elektronik khusus yang digunakan untuk mengubah distribusi suhu permukaan suatu benda menjadi gambar tampak mata manusia, dan untuk menampilkan distribusi suhu permukaan suatu benda dalam berbagai warna disebut teknologi pencitraan termal inframerah. Perangkat elektronik ini disebut pencitraan termal inframerah. Semua benda di atas nol mutlak (-273℃) memancarkan radiasi infra merah.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4, aproksimator termal inframerah (Kamera IR) menggunakan detektor inframerah dan tujuan pencitraan optik untuk menerima pola distribusi energi radiasi inframerah dari objek target yang diukur dan mencerminkannya pada elemen fotosensitif dari detektor inframerah untuk mendapatkan gambar termal inframerah, yang sesuai dengan bidang distribusi termal pada permukaan objek. Apabila terdapat cacat pada permukaan suatu benda maka terjadi pergeseran suhu pada daerah tersebut. Oleh karena itu, teknologi ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi cacat pada permukaan suatu benda, terutama cocok untuk beberapa cacat yang tidak dapat dibedakan dengan alat pendeteksi optik. Ketika elektroda pengeringan baterai lithium ion terdeteksi secara online, elektroda elektroda pertama-tama disinari dengan lampu kilat, suhu permukaan berubah, dan kemudian suhu permukaan dideteksi dengan pencitraan termal. Gambar distribusi panas divisualisasikan, dan gambar tersebut diproses dan dianalisis secara real time untuk mendeteksi cacat permukaan dan menandainya tepat waktu.D. Mohanty Penelitian ini memasang thermal imager di outlet oven pengering pelapis untuk mendeteksi gambar distribusi suhu permukaan lembaran elektroda.

Gambar 5 (a) adalah peta distribusi suhu permukaan lapisan lembaran kutub positif NMC yang terdeteksi oleh thermal imager, yang mengandung cacat sangat kecil yang tidak dapat dibedakan dengan mata telanjang. Kurva distribusi suhu yang sesuai dengan segmen rute ditunjukkan pada inset internal, dengan lonjakan suhu pada titik cacat. Pada Gambar 5 (b), suhu meningkat secara lokal di kotak yang sesuai, sesuai dengan cacat pada permukaan lembaran tiang. ARA. Gambar 6 adalah diagram distribusi suhu permukaan lembaran elektroda negatif yang menunjukkan adanya cacat, dimana puncak kenaikan suhu berhubungan dengan gelembung atau agregat, dan luas penurunan suhu berhubungan dengan lubang jarum atau tetesan.

Gambar 5 Distribusi suhu permukaan lembaran elektroda positif

Gambar 6 Distribusi suhu permukaan elektroda negatif

 

Dapat dilihat bahwa deteksi pencitraan termal dari distribusi suhu merupakan cara yang baik untuk mendeteksi cacat permukaan lembaran tiang, yang dapat digunakan untuk pengendalian kualitas pembuatan lembaran tiang.3. Pengaruh cacat permukaan lembaran tiang terhadap kinerja baterai

 

(1) Dampak terhadap kapasitas pengganda baterai dan efisiensi Coulomb

Gambar 7 menunjukkan kurva pengaruh agregat dan lubang jarum terhadap kapasitas pengganda baterai dan efisiensi coulen. Agregat sebenarnya dapat meningkatkan kapasitas baterai, tetapi mengurangi efisiensi baterai. Lubang jarum mengurangi kapasitas baterai dan efisiensi Kulun, dan efisiensi Kulun menurun drastis dengan kecepatan tinggi.

Gambar 7 efek agregat katoda dan lubang jarum pada kapasitas baterai dan efisiensi Gambar 8 adalah lapisan yang tidak rata, dan benda asing logam Co dan Al pada kapasitas baterai dan efek kurva efisiensi, lapisan yang tidak rata mengurangi kapasitas massa unit baterai sebesar 10% - 20%, namun seluruh kapasitas baterai menurun sebesar 60%, hal ini menunjukkan bahwa massa hidup di bagian kutub berkurang secara signifikan. Benda asing logam Co mengurangi kapasitas dan efisiensi Coulomb, bahkan pada perbesaran tinggi 2C dan 5C, tidak ada kapasitas sama sekali, yang mungkin disebabkan oleh pembentukan logam Co dalam reaksi elektrokimia litium dan litium yang tertanam, atau mungkin karena partikel logam memblokir pori diafragma menyebabkan korsleting mikro.

Gambar 8 Pengaruh lapisan elektroda positif yang tidak rata dan benda asing logam Co dan Al terhadap kapasitas pengganda baterai dan efisiensi coulen

Ringkasan cacat lembaran katoda: Lapisan pada lapisan lembaran katoda mengurangi efisiensi Coulomb baterai. Lubang jarum pada lapisan positif mengurangi efisiensi Coulomb, sehingga menghasilkan kinerja pengganda yang buruk, terutama pada kepadatan arus yang tinggi. Lapisan heterogen menunjukkan kinerja pembesaran yang buruk. Polutan partikel logam dapat menyebabkan korsleting mikro, sehingga dapat mengurangi kapasitas baterai secara signifikan.
Gambar 9 menunjukkan dampak strip foil kebocoran negatif terhadap kapasitas pengganda dan efisiensi Kulun baterai. Ketika kebocoran terjadi pada elektroda negatif, kapasitas baterai berkurang secara signifikan, namun kapasitas gramnya tidak terlihat jelas, dan dampaknya terhadap efisiensi Kulun tidak signifikan.

 

Gambar 9 Pengaruh strip foil kebocoran elektroda negatif terhadap kapasitas pengganda baterai dan efisiensi Kulun (2) Pengaruh terhadap kinerja siklus pengganda baterai Gambar 10 merupakan hasil pengaruh cacat permukaan elektroda pada siklus pengganda baterai. Hasil pengaruhnya dirangkum sebagai berikut:
Egregasi: pada siklus 2C, tingkat pemeliharaan kapasitas 200 siklus adalah 70% dan baterai rusak 12%, sedangkan pada siklus 5C, tingkat pemeliharaan kapasitas 200 siklus adalah 50% dan baterai rusak 14%.
Lubang jarum: redaman kapasitas jelas, tetapi tidak ada redaman cacat agregat yang cepat, dan tingkat pemeliharaan kapasitas 200 siklus 2C dan 5C masing-masing adalah 47% dan 40%.
Benda asing logam: kapasitas benda asing logam Co hampir 0 setelah beberapa siklus, dan kapasitas siklus 5C benda asing logam Al foil menurun secara signifikan.
Strip kebocoran: Untuk area kebocoran yang sama, kapasitas baterai beberapa strip yang lebih kecil berkurang lebih cepat daripada strip yang lebih besar (47% untuk 200 siklus dalam 5C) (7% untuk 200 siklus dalam 5C). Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar jumlah garisnya, semakin besar pula dampaknya terhadap siklus baterai.

Gambar 10 Pengaruh cacat permukaan lembaran elektroda pada siklus laju sel

 

Referensi: [1] Evaluasi non-destruktif elektroda baterai sekunder litium berlapis mati dengan kaliper laser in-line dan metode termografi IR [J].METODE ANALITIS.2014, 6(3): 674-683.[2]Efek cacat produksi elektroda pada kinerja elektrokimia baterai lithium-ion: Pengetahuan tentang sumber kegagalan baterai[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.

 

tutup_putih
menutup penjualan

Tulis pertanyaan di sini

membalas dalam waktu 6 jam, pertanyaan dipersilakan!