Razotkrivanje misterija: Super teoretski kapacitet litij-ionskih baterija

Zašto postoji fenomen superteorijskog kapaciteta litijske baterije

U litij-ionskim baterijama (LIB), mnoge elektrode na bazi oksida prijelaznih metala pokazuju neuobičajeno visok kapacitet pohrane iznad svoje teorijske vrijednosti. Iako se o ovom fenomenu naširoko izvještava, temeljni fizikalno-kemijski mehanizmi u tim materijalima i dalje su nedokučivi i predmet rasprave.

Profil rezultata

Nedavno su profesor Miao Guoxing sa Sveučilišta Waterloo, Kanada, profesor Yu Guihua sa Sveučilišta Texas u Austinu te Li Hongsen i Li Qiang sa Sveučilišta Qingdao zajednički objavili istraživački rad o materijalima iz prirode pod naslovom "Dodatni kapacitet pohrane u litij-ionske baterije s prijelaznim metalnim oksidom otkrivene in situ magnetometrijom". U ovom su radu autori koristili in situ magnetsko praćenje kako bi pokazali prisutnost jakog površinskog kapaciteta na metalnim nanočesticama i da se veliki broj spin-polariziranih elektrona može pohraniti u već reduciranim metalnim nanočesticama, što je u skladu s mehanizmom prostornog naboja. Osim toga, otkriveni mehanizam prostornog naboja može se proširiti na druge spojeve prijelaznih metala, pružajući ključni vodič za uspostavljanje naprednih sustava za pohranu energije.

Istaknuta istraživanja

(1) Tipični Fe proučavan je uporabom tehnike in-situ magnetskog praćenja3O4/ Evolucija elektroničke strukture unutar Li baterije;

(2) otkriva da je Fe3O4U / Li sustavu kapacitet površinskog naboja glavni izvor dodatnog kapaciteta;

(3) Mehanizam površinskog kapaciteta metalnih nanočestica može se proširiti na širok raspon spojeva prijelaznih metala.

Tekst i tekstualni vodič

1. Strukturna karakterizacija i elektrokemijska svojstva

Monodisperzno šuplje Fe sintetizirano je konvencionalnim hidrotermalnim metodama3O4Nanosfere, a zatim izvedeno na 100 mAg−1 Punjenje i pražnjenje pri gustoći struje (Slika 1a), kapacitet prvog pražnjenja je 1718 mAh g−1, 1370 mAhg u drugom i trećem vremenu, redom− 1I 1,364 mAhg−1, Daleko više od 926 mAhg−1Teorija očekivanja. BF-STEM slike potpuno ispražnjenog proizvoda (Slika 1b-c) pokazuju da su nakon redukcije litija, Fe3O4The nanosfere pretvorene u manje Fe nanočestice veličine oko 1 – 3 nm, raspršene u Li2O središtu.

Kako bi se pokazala promjena magnetizma tijekom elektrokemijskog ciklusa, dobivena je krivulja magnetizacije nakon potpunog pražnjenja do 0.01 V (slika 1d), koja pokazuje superparamagnetsko ponašanje zbog stvaranja nanočestica.

Slika 1 (a) pri 100 mAg−1Fe ciklusa pri gustoći struje 3O4/Krivulja punjenja i pražnjenja konstantne struje Li baterije; (b) potpuno litij Fe3O4 BF-STEM slika elektrode; (c) prisutnost Li u agregatnim 2 BF-STEM slikama visoke rezolucije i O i Fe; (d) Fe3O4 Krivulje histereze elektrode prije (crno) i poslije (plavo) i Langevinova prilagođena krivulja potonje (ljubičasto).

2. Detekcija strukturne i magnetske evolucije u stvarnom vremenu

Kako bi se spojila elektrokemija s Fe3O4O strukturnih i magnetskih promjena povezanih s Fe3O4, elektrode su podvrgnute in situ difrakciji X-zraka (XRD) i in situ magnetskom praćenju. Fe u nizu XRD difrakcijskih uzoraka tijekom početnog pražnjenja od napona otvorenog kruga (OCV) do 1.2 V3O4. Vrhovi difrakcije nisu se značajno promijenili ni u intenzitetu ni u položaju (Slika 2a), što ukazuje da je samo Fe3O4 doživio proces interkalacije Li. Kada se napuni do 3V, Fe3O4The anti-spinel struktura ostaje netaknuta, sugerirajući da je proces u ovom prozoru napona vrlo reverzibilan. Daljnji magnetski nadzor na licu mjesta u kombinaciji s testovima punjenja i pražnjenja konstantne struje proveden je kako bi se istražilo kako se magnetizacija razvija u stvarnom vremenu (Slika 2b).

Slika 2. Karakterizacija in situ XRD i magnetskog praćenja. (A) in situ XRD; (b) Fe3O4Elektrokemijska krivulja naboja i pražnjenja pod primijenjenim magnetskim poljem od 3 T i odgovarajući reverzibilni in situ magnetski odgovor.

Kako bi se dobio osnovniji uvid u ovaj proces pretvorbe u smislu promjena magnetizacije, magnetski odgovor se prikuplja u stvarnom vremenu i odgovarajući fazni prijelaz koji prati elektrokemijski vođene reakcije (Slika 3). Sasvim je jasno da se tijekom prvog pražnjenja Fe3O4Odziv magnetiziranja elektroda razlikuje od ostalih ciklusa zbog Fe tijekom prve litalizacije3O4Zbog nepovratnog faznog prijelaza. Kada je potencijal pao na 0.78 V, antispinelna faza Fe3O4 je pretvorena tako da sadrži Li2. Struktura halita klase FeO od O, Fe3O4. Faza se ne može vratiti nakon punjenja. Sukladno tome, magnetizacija brzo opada na 0.482 μ b Fe−1. Kako litijalizacija napreduje, nije nastala nova faza, a intenzitet difrakcijskih vrhova klase (200) i (220) FeO počeo je slabiti. jednak Fe3O4. Nema značajnijeg XRD vrha koji se zadržava kada je elektroda potpuno lijalizirana (Slika 3a). Imajte na umu da kada se Fe3O4 elektroda isprazni s 0.78 V na 0.45 V, magnetizacija (s 0.482 μ b Fe−1 se povećala na 1.266 μ bFe−1), To se pripisuje reakciji pretvorbe iz FeO u Fe. Zatim, na kraju pražnjenja, magnetizacija je polako smanjena na 1.132 μ B Fe−1. Ovo otkriće sugerira da potpuno reducirane metalne Fe0Nanočestice još uvijek mogu sudjelovati u reakciji skladištenja litija, čime se smanjuje magnetizacija elektroda.

Slika 3 In situ promatranja faznog prijelaza i magnetskog odgovora.（a）Fe3O4In situ XRD mapa prikupljena tijekom prvog pražnjenja elektrode; (b) Fe3O4 In situ mjerenje magnetske sile elektrokemijskih ciklusa /Li ćelija pri primijenjenom magnetskom polju od 3 T.

3. Fe0/Li2Površinski kapacitet O sustava

Fe3O4 Magnetske promjene elektroda događaju se pri niskim naponima, pri kojima se najvjerojatnije stvara dodatni elektrokemijski kapacitet, što ukazuje na prisutnost neotkrivenih nositelja naboja unutar ćelije. Kako bi se istražio potencijalni mehanizam za pohranjivanje litija, Fe je proučavan pomoću XPS, STEM i spektra magnetske učinkovitosti3O4Elektrode s vrhovima magnetizacije na 0.01 V, 0.45 V i 1.4 V kako bi se odredio izvor magnetske promjene. Rezultati pokazuju da je magnetski moment ključni čimbenik koji utječe na magnetsku promjenu, jer na izmjerene Fe0/Li2The Ms O sustava ne utječu magnetska anizotropija i međučestično sprezanje.

Za daljnje razumijevanje kinetičkih svojstava Fe3O4 elektroda pri niskom naponu, ciklička voltametrija pri različitim brzinama skeniranja. Kao što je prikazano na slici 4a, pravokutna krivulja cikličkog voltamograma pojavljuje se unutar raspona napona između 0.01 V i 1 V (slika 4a). Slika 4b pokazuje da se Fe3O4A kapacitivni odgovor dogodio na elektrodi. S visoko reverzibilnim magnetskim odzivom procesa punjenja i pražnjenja konstantne struje (slika 4c), magnetizacija elektrode smanjila se s 1 V na 0.01 V tijekom procesa pražnjenja i ponovno porasla tijekom procesa punjenja, što ukazuje da je Fe0Of kondenzatorskog površinska reakcija je vrlo reverzibilna.

Slika 4. elektrokemijska svojstva i in situ magnetska karakterizacija na 0.011 V. (A) Ciklička voltametrijska krivulja. (B) vrijednost b određena je korištenjem korelacije između vršne struje i brzine skeniranja; (c) reverzibilna promjena magnetizacije u odnosu na krivulju naboj-pražnjenje pod primijenjenim magnetskim poljem od 5 T.

gore spomenuti Fe3O4. Elektrokemijske, strukturne i magnetske značajke elektroda pokazuju da je dodatni kapacitet baterije određen Fe0. Spinsko polarizirani površinski kapacitet nanočestica uzrokovan je popratnim magnetskim promjenama. Spin-polarizirani kapacitet rezultat je nakupljanja spin-polariziranog naboja na sučelju i može pokazati magnetski odgovor tijekom punjenja i pražnjenja. do Fe3O4Bazna elektroda, tijekom prvog procesa pražnjenja, raspršena je u Li2Fine nanočestice Fe u O supstratu velike omjere površine i volumena i ostvaruju visoku gustoću stanja na Fermijevoj razini zbog visoko lokaliziranih d orbitala. Prema Maierovom teoretskom modelu prostornog pohranjivanja naboja, autori predlažu da se velike količine elektrona mogu pohraniti u vrpce cijepanja spina metalnih nanočestica Fe, koje se mogu naći u Fe / Li2 Stvaranje spin-polariziranih površinskih kondenzatora u O nanokompozitima ( slika 5).

graf 5Fe/Li2A Shematski prikaz površinskog kapaciteta spin-polariziranih elektrona na O-sučelju. (A) shematski dijagram gustoće stanja spinske polarizacije površine feromagnetskih metalnih čestica (prije i poslije pražnjenja), suprotno od glavna spinska polarizacija željeza; (b) formiranje područja prostornog naboja u modelu površinskog kondenzatora prekomjerno pohranjenog litija.

Sažetak i Outlook

TM / Li je istražen naprednim magnetskim nadzorom na licu mjesta2Evolucija unutarnje elektroničke strukture O nanokompozita kako bi se otkrio izvor dodatnog kapaciteta za pohranu ove litij-ionske baterije. Rezultati pokazuju da, kako u sustavu stanica modela Fe3O4/Li, elektrokemijski reducirane nanočestice Fe mogu pohraniti velike količine spin-polariziranih elektrona, što je posljedica prekomjernog kapaciteta ćelije i značajno promijenjenog magnetizma međupovršine. Eksperimenti su dodatno potvrdili CoO, NiO i FeF2i Fe2. Prisutnost takvog kapaciteta u materijalu N elektrode ukazuje na postojanje spin-polariziranog površinskog kapaciteta metalnih nanočestica u litij-ionskim baterijama i postavlja temelje za primjenu ovog mehanizma prostornog skladištenja naboja u drugim prijelazima elektrodni materijali na bazi spojeva metala.

Veza za literaturu

Dodatni kapacitet pohrane u litij-ionskim baterijama s prijelaznim metalnim oksidom otkriven in situ magnetometrijom (Nature Materials, 2020., DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Utjecaj formule dizajna pločice litijeve elektrode i nedostataka pločice elektrode na performanse

1. Temeljni članak o dizajnu pole filma

Elektroda litijske baterije je premaz sastavljen od čestica ravnomjerno nanesenih na metalnu tekućinu. Premaz elektrode litij-ionske baterije može se smatrati kompozitnim materijalom koji se uglavnom sastoji od tri dijela:

(1) čestice aktivne tvari;

(2) sastavna faza vodljivog sredstva i sredstva (faza ugljičnog ljepila);

(3) Pore, ispunite elektrolitom.

Odnos volumena svake faze izražava se kao:

Poroznost + volumni udio žive tvari + volumni udio karbonske adhezivne faze =1

Dizajn elektrode litijeve baterije vrlo je važan, a sada se ukratko predstavlja osnovno znanje o dizajnu elektrode litijeve baterije.

(1) Teorijski kapacitet materijala elektrode Teoretski kapacitet materijala elektrode, odnosno kapacitet koji osiguravaju svi ioni litija u materijalu uključenom u elektrokemijsku reakciju, njegova se vrijednost izračunava sljedećom jednadžbom:

Na primjer, molarna masa LiFePO4 je 157.756 g/mol, a njegov teorijski kapacitet je:

Ova izračunata vrijednost je samo teoretski gramski kapacitet. Kako bi se osigurala reverzibilna struktura materijala, stvarni koeficijent uklanjanja litijevih iona manji je od 1, a stvarni gramski kapacitet materijala je:

Stvarni gramski kapacitet materijala = teorijski kapacitet koeficijenta odčepljenja litijevih iona

(2) Projektirani kapacitet baterije i izrazito jednostrana gustoća Projektirani kapacitet baterije može se izračunati sljedećom formulom: projektirani kapacitet baterije = površinska gustoća prevlake omjer aktivnog materijala gram kapacitet polna ploča površina premaza

Među njima, površinska gustoća premaza ključni je parametar dizajna. Kada je gustoća zbijanja nepromijenjena, povećanje gustoće površine premaza znači da se povećava debljina lima pola, povećava se udaljenost prijenosa elektrona i povećava otpor elektrona, ali stupanj povećanja je ograničen. U debeloj elektrodi, povećanje impedancije migracije litijevih iona u elektrolitu je glavni razlog koji utječe na karakteristike omjera. Uzimajući u obzir poroznost i uvijanje pora, udaljenost migracije iona u pori mnogo je puta veća od debljine polovnog sloja.

(3) Omjer negativnog i pozitivnog kapaciteta omjera N/P negativnog kapaciteta prema pozitivnom kapacitetu definira se kao:

N/P bi trebao biti veći od 1.0, općenito 1.04~1.20, što je uglavnom u sigurnosnom dizajnu, kako bi se spriječilo taloženje litijevih iona s negativne strane bez izvora prihvaćanja, dizajn koji uzima u obzir kapacitet procesa, kao što je odstupanje premaza. Međutim, kada je N/P prevelik, baterija će nepovratno izgubiti kapacitet, što će rezultirati niskim kapacitetom baterije i manjom gustoćom energije baterije.

Za anodu od litij titanata usvojen je dizajn viška pozitivne elektrode, a kapacitet baterije određen je kapacitetom anode od litij titanata. Dizajn pozitivnog viška pogodan je za poboljšanje performansi baterije pri visokim temperaturama: plin visoke temperature uglavnom dolazi od negativne elektrode. U dizajnu pozitivnog viška, negativni potencijal je nizak i lakše je formirati SEI film na površini litijevog titanata.

(4) Gustoća zbijanja i poroznost prevlake U procesu proizvodnje, gustoća zbijenosti prevlake elektrode baterije izračunava se sljedećom formulom. Uzimajući u obzir da se metalna folija pri valjanju metalne folije rasteže, površinska gustoća premaza nakon valjka izračunava se sljedećom formulom.

Kao što je ranije spomenuto, premaz se sastoji od faze živog materijala, faze ugljičnog ljepila i pora, a poroznost se može izračunati sljedećom jednadžbom.

Među njima je prosječna gustoća premaza: elektroda litijeve baterije je vrsta čestica praha premaza, jer je površina čestica praha gruba, nepravilnog oblika, kada se nakupljaju, čestice između čestica i čestica, a neke same čestice imaju pukotine i pore, dakle, volumen praha uključujući volumen praha, pore između čestica praha i čestica, dakle, odgovarajuću raznolikost gustoće premaza elektrode i zastupljenost poroznosti. Gustoća čestica praha odnosi se na masu praha po jedinici volumena. Prema volumenu praha, dijeli se na tri vrste: prava gustoća, gustoća čestica i gustoća akumulacije. Različite gustoće definirane su na sljedeći način:

1. Prava gustoća odnosi se na gustoću dobivenu dijeljenjem mase praha s volumenom (stvarni volumen) isključujući unutarnje i vanjske praznine čestica. To jest, gustoća same materije dobivena nakon isključivanja volumena svih šupljina.
2. Gustoća čestica odnosi se na gustoću čestica dobivenu dijeljenjem mase praha s volumenom čestica uključujući otvorenu i zatvorenu rupu. To jest, razmak između čestica, ali ne fine pore unutar čestica, gustoća samih čestica.
3. Gustoća nakupljanja, odnosno gustoća premaza, odnosi se na gustoću dobivenu tako da se masa praha podijeli s volumenom premaza koji prah tvori. Upotrijebljeni volumen uključuje pore samih čestica i šupljine između čestica.

Za isti prah, stvarna gustoća> gustoća čestica> gustoća pakiranja. Poroznost praha je omjer pora u premazu česticama praha, odnosno omjer volumena šupljina između čestica praha i pora čestica prema ukupnom volumenu premaza, koji se obično izražava kao postotak. Poroznost praha je sveobuhvatno svojstvo povezano s morfologijom čestica, površinskim stanjem, veličinom i distribucijom veličine čestica. Njegova poroznost izravno utječe na infiltraciju elektrolita i prijenos litijevih iona. Općenito, što je veća poroznost, to je lakša infiltracija elektrolita i brži prijenos litijevih iona. Stoga se u dizajnu litijskih baterija, ponekad za određivanje poroznosti, često koristi metoda tlaka žive, metoda adsorpcije plina itd. Također se može dobiti pomoću proračuna gustoće. Poroznost također može imati različite implikacije kada se koriste različite gustoće za izračune. Kada se gustoća poroznosti žive tvari, vodljivog sredstva i veziva izračuna prema pravoj gustoći, izračunata poroznost uključuje razmak između čestica i razmak unutar čestica. Kada se poroznost žive tvari, vodljivog sredstva i veziva izračunava pomoću gustoće čestica, izračunata poroznost uključuje razmak između čestica, ali ne i razmak unutar čestica. Stoga je veličina pora ploče elektrode litijeve baterije također višestruka, općenito je razmak između čestica u mikronskoj ljestvici, dok je razmak unutar čestica u nanometarskoj do subsubmikronskoj ljestvici. U poroznim elektrodama, odnos transportnih svojstava kao što su efektivna difuznost i vodljivost može se izraziti sljedećom jednadžbom:

Gdje D0 predstavlja intrinzičnu brzinu difuzije (vodljivosti) samog materijala, ε je volumenski udio odgovarajuće faze, a τ je kružna zakrivljenost odgovarajuće faze. U makroskopskom homogenom modelu općenito se koristi Bruggemanova relacija, uzimajući koeficijent ɑ =1.5 za procjenu efektivne pozitivnosti poroznih elektroda.

Elektrolit je ispunjen u porama poroznih elektroda, u kojima se litijevi ioni provode kroz elektrolit, a karakteristike vodljivosti litijevih iona usko su povezane s poroznošću. Što je veća poroznost, to je veći volumni udio elektrolitske faze i veća je efektivna vodljivost litijevih iona. U sloju pozitivne elektrode, elektroni se prenose kroz ugljičnu adhezivnu fazu, volumenski udio ugljične adhezivne faze i obilazak ugljične adhezivne faze izravno određuju efektivnu vodljivost elektrona.

Poroznost i volumni udio ugljične adhezivne faze su kontradiktorni, a velika poroznost neizbježno dovodi do volumnog udjela ugljične adhezivne faze, stoga su učinkovita svojstva vodljivosti litijevih iona i elektrona također kontradiktorna, kao što je prikazano na slici 2. Kako se poroznost smanjuje, efektivna vodljivost litijevih iona se smanjuje, dok se efektivna vodljivost elektrona povećava. Kako uravnotežiti ovo dvoje također je kritično u dizajnu elektrode.

Slika 2. Shematski dijagram poroznosti i vodljivosti litijevih iona i elektrona

2. Vrsta i otkrivanje defekata polova

 

Trenutačno se u procesu pripreme polova akumulatora usvaja sve više i više internetskih tehnologija za otkrivanje kako bi se učinkovito identificirale proizvodne greške proizvoda, eliminirali neispravni proizvodi i pravovremena povratna informacija proizvodnoj liniji, automatske ili ručne prilagodbe proizvodnje. procesa, kako bi se smanjila stopa neispravnosti.

Tehnologije on-line detekcije koje se obično koriste u proizvodnji lima uključuju detekciju karakteristika kaše, detekciju kvalitete lima, detekciju dimenzija i tako dalje, Na primjer: (1) mrežni mjerač viskoznosti izravno je instaliran u spremnik za skladištenje premaza za otkrivanje reoloških karakteristike gnojnice u stvarnom vremenu, Test stabilnosti gnojnice; (2) Korištenje X-zraka ili β-zraka u procesu presvlačenja, njegova visoka točnost mjerenja, ali veliko zračenje, visoka cijena opreme i problemi s održavanjem; (3) Laserska online tehnologija mjerenja debljine primjenjuje se za mjerenje debljine lima, točnost mjerenja može doseći ± 1 μ m, također može prikazati trend promjene izmjerene debljine i debljine u stvarnom vremenu, olakšati sljedivost podataka i analiza; (0) CCD tehnologija vida, To jest, linijski niz CCD koristi se za skeniranje mjerenog objekta, Obrada slike u stvarnom vremenu i analiza kategorija nedostataka, Ostvarivanje nedestruktivne mrežne detekcije defekata površine lima.

Kao alat za kontrolu kvalitete, tehnologija mrežnog testiranja također je neophodna za razumijevanje korelacije između nedostataka i performansi baterije, kako bi se odredili kvalificirani/nekvalificirani kriteriji za poluproizvode.

U drugom dijelu se ukratko predstavlja nova metoda tehnologije otkrivanja površinskih nedostataka litij-ionske baterije, tehnologija infracrvene toplinske slike i odnos između ovih različitih nedostataka i elektrokemijskih performansi. Posavjetujte se s D. Mohantyjem. Temeljita studija Mohantyja i sur.

(1) Uobičajeni nedostaci na površini lima

Slika 3 prikazuje uobičajene nedostatke na površini elektrode litij-ionske baterije, s optičkom slikom lijevo i slikom snimljenom termovizijskom kamerom desno.

Slika 3 Uobičajeni nedostaci na površini lima: (a, b) omotač ispupčenja / agregat; (c, d) materijal za ispuštanje / rupica; (e, f) metalno strano tijelo; (g, h) neravnomjeran premaz

 

(A, b) uzdignuta ispupčenost/agregat, takvi se nedostaci mogu pojaviti ako se kaša ravnomjerno miješa ili je brzina nanošenja nestabilna. Spajanje ljepila i vodljivih sredstava za čađu dovodi do niskog sadržaja aktivnih sastojaka i male težine polarnih tableta.

 

(c, d) kap / rupica, ova neispravna područja nisu premazana i obično nastaju zbog mjehurića u kaši. Oni smanjuju količinu aktivnog materijala i izlažu kolektor elektrolitu, čime se smanjuje elektrokemijski kapacitet.

 

(E, f) metalna strana tijela, kaša ili metalna strana tijela unesena u opremu i okoliš, te metalna strana tijela mogu uzrokovati veliku štetu litijevim baterijama. Velike metalne čestice izravno oštećuju dijafragmu, što dovodi do kratkog spoja između pozitivne i negativne elektrode, što je fizički kratki spoj. Osim toga, kada se metalno strano tijelo umiješa u pozitivnu elektrodu, pozitivni potencijal se povećava nakon punjenja, metal se otapa, širi kroz elektrolit, a zatim se taloži na negativnoj površini i na kraju probije dijafragmu, stvarajući kratki spoj, što je kratki spoj kemijskog otapanja. Najčešća metalna strana tijela u tvornici baterija su Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS itd.

 

(g, h) neravnomjeran premaz, kao što je miješanje kaše nije dovoljno, finoća čestica je lako pojaviti pruge kada je čestica velika, što rezultira neravnomjernim premazom, što će utjecati na postojanost kapaciteta baterije, pa čak i potpuno se pojaviti nema trake premaza, utječe na kapacitet i sigurnost.

(2) Tehnologija otkrivanja defekata na površini čipa Infracrvena (IR) tehnologija toplinske slike koristi se za otkrivanje manjih defekata na suhim elektrodama koji mogu oštetiti performanse litij-ionskih baterija. Tijekom mrežne detekcije, ako se otkrije kvar elektrode ili zagađivač, označite ga na ploči polova, uklonite ga u naknadnom procesu i pošaljite povratnu informaciju proizvodnoj liniji te prilagodite proces na vrijeme kako biste uklonili nedostatke. Infracrvena zraka je vrsta elektromagnetskog vala koji ima istu prirodu kao radio valovi i vidljiva svjetlost. Poseban elektronički uređaj služi za pretvaranje raspodjele temperature površine predmeta u vidljivu sliku ljudskog oka, a za prikaz raspodjele temperature površine predmeta različitim bojama naziva se infracrvena termovizijska tehnologija. Ovaj elektronički uređaj naziva se infracrvena termalna kamera. Svi objekti iznad apsolutne nule (-273 ℃) emitiraju infracrveno zračenje.
Kao što je prikazano na slici 4, infracrveni toplinski aproksimator (IR kamera) koristi infracrveni detektor i optički objektiv za snimanje kako bi prihvatio obrazac distribucije energije infracrvenog zračenja mjerenog ciljanog objekta i reflektirao ga na fotoosjetljivom elementu infracrvenog detektora kako bi se dobila infracrvena toplinska slika, koja odgovara polju raspodjele topline na površini objekta. Kada postoji defekt na površini predmeta, temperatura se pomiče u tom području. Stoga se ova tehnologija također može koristiti za otkrivanje nedostataka na površini predmeta, posebno pogodna za neke nedostatke koji se ne mogu razlikovati optičkim sredstvima za otkrivanje. Kada se elektroda za sušenje litij-ionske baterije detektira na mreži, elektroda elektrode se prvo ozrači bljeskalicom, površinska temperatura se mijenja, a zatim se površinska temperatura detektira termovizijom. Slika distribucije topline se vizualizira, a slika se obrađuje i analizira u stvarnom vremenu kako bi se detektirali površinski nedostaci i na vrijeme ih označili.D. Mohanty Studija je postavila termovizijsku kameru na izlazu iz pećnice za sušenje premaza kako bi otkrila sliku raspodjele temperature na površini ploče elektrode.

Slika 5 (a) je mapa raspodjele temperature površine premaza ploče s pozitivnim polom NMC koju je otkrila termovizijska kamera, a koja sadrži vrlo mali defekt koji se ne može razlikovati golim okom. Krivulja raspodjele temperature koja odgovara segmentu rute prikazana je na unutarnjem umetku, s temperaturnim skokom na točki kvara. Na slici 5 (b), temperatura raste lokalno u odgovarajućem okviru, što odgovara defektu površine lima. SLIKA Slika 6 je dijagram raspodjele površinske temperature ploče negativne elektrode koji pokazuje postojanje defekata, gdje vrhunac povećanja temperature odgovara mjehuriću ili agregatu, a područje pada temperature odgovara rupici ili kapi.

Slika 5 Raspodjela temperature površine ploče pozitivne elektrode

Slika 6 Raspodjela temperature površine negativne elektrode

 

Može se vidjeti da je termovizijska detekcija raspodjele temperature dobro sredstvo za otkrivanje površinskih nedostataka lima, što se može koristiti za kontrolu kvalitete proizvodnje lima.3. Učinak defekata površine polova na učinkovitost baterije

 

(1) Utjecaj na kapacitet množitelja baterije i Coulombovu učinkovitost

Slika 7 prikazuje krivulju utjecaja agregata i rupice na kapacitet množitelja baterije i coulenovu učinkovitost. Agregat zapravo može poboljšati kapacitet baterije, ali smanjiti učinkovitost coulena. Rupica smanjuje kapacitet baterije i učinkovitost Kuluna, a učinkovitost Kuluna uvelike opada velikom brzinom.

Slika 7. katodni agregat i učinak rupice na kapacitet baterije i učinkovitost slike 8 je neravnomjeran premaz, a strano metalno tijelo Co i Al na kapacitet baterije i učinak krivulje učinkovitosti, neravnomjeran premaz smanjuje kapacitet mase baterije za 10% - 20%, ali se cijeli kapacitet baterije smanjio za 60%, što pokazuje da se životna masa u polarnom komadu značajno smanjila. Strano tijelo Metal Co smanjen kapacitet i Coulombova učinkovitost, čak i pri velikom povećanju od 2C i 5C, uopće nema kapaciteta, što može biti posljedica stvaranja metalnog Co u elektrokemijskoj reakciji litija i ugrađenog litija, ili to mogu biti metalne čestice blokirao pore dijafragme izazvao mikro kratki spoj.

Slika 8 Učinci neravnomjernog premaza pozitivne elektrode i metalnih stranih tijela Co i Al na kapacitet množitelja baterije i coulenovu učinkovitost

Sažetak nedostataka katodnog lista: Prevlake katodnog lista smanjuju Coulombovu učinkovitost baterije. Rupica pozitivnog premaza smanjuje Coulombovu učinkovitost, što rezultira lošim performansama množitelja, posebno pri visokoj gustoći struje. Heterogena prevlaka pokazala je loš učinak povećanja. Zagađivači metalnih čestica mogu uzrokovati mikrokratke spojeve i stoga mogu znatno smanjiti kapacitet baterije.
Slika 9 prikazuje utjecaj folijske trake negativnog curenja na kapacitet množitelja i Kulun učinkovitost baterije. Kada dođe do curenja na negativnoj elektrodi, kapacitet baterije je značajno smanjen, ali gramski kapacitet nije očit, a utjecaj na učinkovitost Kuluna nije značajan.

 

Slika 9 Utjecaj folijske trake za curenje negativne elektrode na kapacitet množitelja baterije i učinkovitost Kuluna (2) Utjecaj na performanse ciklusa množitelja baterije Slika 10 je rezultat utjecaja oštećenja površine elektrode na ciklus množitelja baterije. Rezultati utjecaja su sažeti kako slijedi:
Egregacija: pri 2C, stopa održavanja kapaciteta od 200 ciklusa je 70%, a neispravna baterija je 12%, dok je u ciklusu 5C, stopa održavanja kapaciteta od 200 ciklusa 50%, a neispravna baterija je 14%.
Needlele: prigušenje kapaciteta je očito, ali prigušenje agregatnog kvara nije brzo, a stopa održavanja kapaciteta od 200 ciklusa 2C i 5C iznosi 47% odnosno 40%.
Metalno strano tijelo: kapacitet metalnog Co stranog tijela je gotovo 0 nakon nekoliko ciklusa, a kapacitet ciklusa 5C metalnog stranog tijela Al folije značajno se smanjuje.
Traka za curenje: Za isto područje curenja, kapacitet baterije više manjih pruga opada brže od veće trake (47% za 200 ciklusa u 5C) (7% za 200 ciklusa u 5C). To znači da što je veći broj pruga, to je veći utjecaj na ciklus baterije.

Slika 10 Učinak površinskih defekata ploče elektrode na ciklus brzine stanica

 

Ref.: [1] Nedestruktivno vrednovanje sekundarnih elektroda litijevih baterija obloženih utorima metodom in-line laserske čeljusti i IR termografije [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Učinak nedostataka u proizvodnji elektroda na elektrokemijsku izvedbu litij-ionskih baterija: Poznavanje izvora kvara baterije[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.