أنواع عيوب قطعة القطب في بطارية ليبو 4s الشائعة وتأثيرها والكشف عنها

في الوقت الحالي، في عملية تحضير قطع أقطاب بطارية الليبو 4s، يتم استخدام المزيد والمزيد من تقنيات الكشف عبر الإنترنت، وذلك لتحديد عيوب التصنيع للمنتجات بفعالية، وإزالة المنتجات المعيبة، ورد الفعل في الوقت المناسب إلى خط الإنتاج، لإجراء تعديلات على عملية الإنتاج تلقائيًا أو يدويًا، وتقليل معدل العيوب.
في الجزء التالي، CNHL، مصنع بطارية الليبو 4s ليثيوم، سيقدم مقدمة موجزة عن الطريقة الجديدة لتقنية الكشف عن عيوب سطح بطارية الليبو 4s ليثيوم - تقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء والعلاقة بين هذه العيوب المختلفة والأداء الكهروكيميائي. انظر دراسة متعمقة حول هذا الموضوع من قبل D. Mohanty وآخرين.

1 العيوب الشائعة على سطح قطع أقطاب بطارية الليبو 4s ليثيوم

الشكل 1 هو عيب شائع على سطح قطعة قطب بطارية الليبو 4s ليثيوم، اليسار صورة بصرية، واليمين صورة ملتقطة بواسطة جهاز تصوير حراري.

الشكل 1 العيوب الشائعة على سطح قطعة القطب: (a, b) أكياس مرتفعة/تكتلات؛ (c, d) فجوات/ثقوب دقيقة؛ (e, f) شوائب معدنية أجنبية؛ (g, h) طلاء غير متساوٍ
(a, b) الكتل المرتفعة/التكتلات، يمكن أن تحدث هذه العيوب إذا تم تحريك الملاط بشكل غير متساوٍ أو كان معدل تغذية الطلاء غير مستقر. تكتل المادة اللاصقة وموصل الكربون الأسود يؤدي إلى محتوى منخفض من المادة النشطة وقطع أقطاب خفيفة الوزن.
(c, d) الفجوات/الثقوب الدقيقة، هذه المناطق المعيبة غير مغطاة وعادة ما تتكون بسبب فقاعات الهواء في الملاط. تقلل من كمية المادة النشطة وتعرض جامع التيار للإلكتروليت، مما يقلل من السعة الكهروكيميائية.
(e, f) الشوائب المعدنية الأجنبية، الشوائب المعدنية الأجنبية التي تدخل في الملاط أو المعدات والبيئة، الشوائب المعدنية الأجنبية ضارة جدًا ببطارية الليبو 4s ليثيوم. الجسيمات المعدنية الأكبر حجمًا تخترق الفاصل مباشرة، مما يؤدي إلى دائرة قصيرة بين القطبين الموجب والسالب، وهي دائرة قصيرة فيزيائية. بالإضافة إلى ذلك، عندما تختلط الشوائب المعدنية الأجنبية بالقطب الموجب، يرتفع جهد القطب الموجب بعد الشحن، تذوب المعادن، تنتشر عبر الإلكتروليت، ثم تترسب على سطح القطب السالب، وأخيرًا تخترق الحاجز وتشكل دائرة قصيرة، وهي دائرة قصيرة ناتجة عن الذوبان الكيميائي. أكثر الشوائب المعدنية الأجنبية شيوعًا في موقع مصنع بطارية الليبو 4s هي Fe، Cu، Zn، Al، Sn، SUS، إلخ.
(g, h) طلاء غير متساوٍ، مثل خلط غير كافٍ للمحلول، من المحتمل ظهور خطوط عندما يكون حجم الجسيمات كبيرًا، مما يؤدي إلى طلاء غير متساوٍ، وهذا سيؤثر على اتساق سعة بطارية 4s ليبو، وقد يظهر حتى عدم وجود طلاء على الإطلاق. هذه الخطوط تؤثر على كل من السعة والسلامة.

2 تقنية كشف عيوب سطح قطع أقطاب بطارية ليثيوم 4s ليبو

يُستخدم التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء للكشف عن العيوب الدقيقة في قطع الأقطاب الجافة التي قد تضر بأداء بطاريات ليثيوم 4s ليبو. أثناء الفحص عبر الإنترنت، إذا تم اكتشاف عيوب في الأقطاب أو ملوثات، يتم وضع علامات عليها على قطع الأقطاب، وإزالتها في العمليات اللاحقة، وإعادتها إلى خط الإنتاج لضبط العملية في الوقت المناسب للقضاء على العيوب. الأشعة تحت الحمراء هي موجة كهرومغناطيسية لها نفس طبيعة موجات الراديو والضوء المرئي. استخدام جهاز إلكتروني خاص لتحويل توزيع درجة حرارة سطح الجسم إلى صورة مرئية للعين البشرية، وعرض توزيع درجة حرارة سطح الجسم بألوان مختلفة، يسمى تقنية التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، وهذا الجهاز الإلكتروني يسمى جهاز تصوير حراري بالأشعة تحت الحمراء. جميع الأجسام فوق الصفر المطلق (-273 درجة مئوية) تصدر إشعاعًا بالأشعة تحت الحمراء.
كما هو موضح في الشكل 2، يستخدم جهاز التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (كاميرا IR) كاشفًا للأشعة تحت الحمراء وعدسة تصوير بصرية لاستقبال نمط توزيع طاقة الإشعاع تحت الأحمر للجسم المستهدف المقاس وعكسه على العنصر الحساس للضوء في كاشف الأشعة تحت الحمراء للحصول على صورة حرارية بالأشعة تحت الحمراء، وهذه الصورة الحرارية تتوافق مع مجال التوزيع الحراري على سطح الجسم. عندما توجد عيوب على سطح الجسم، يحدث تحول في درجة الحرارة في هذه المنطقة. لذلك، يمكن استخدام هذه التقنية أيضًا للكشف عن العيوب على سطح الجسم، خاصة لبعض العيوب التي لا يمكن الكشف عنها بواسطة طرق الكشف البصرية. عند اختبار قطعة القطب الجافة لبطارية ليثيوم 4s ليبو عبر الإنترنت، يتم أولاً تسليط ضوء فلاش على قطعة القطب، ويتغير درجة حرارة السطح، ثم يتم الكشف عن درجة حرارة السطح بواسطة جهاز تصوير حراري. يتم تصور صورة التوزيع الحراري، ويتم معالجة الصورة وتحليلها في الوقت الحقيقي، ويتم الكشف عن العيوب السطحية ووضع علامات عليها في الوقت المناسب. أجرى د. موهانتي بحثًا حيث ثبت جهاز تصوير حراري عند مخرج فرن التجفيف للطلاء للكشف عن صورة توزيع درجة الحرارة على سطح قطعة القطب.
الشكل 2. مخطط توضيحي لمظهر سطح قطعة القطب التي تم اكتشافها بواسطة جهاز التصوير الحراري

الشكل 3(أ) هو توزيع درجة حرارة سطح طلاء قطب الكاثود NMC الذي تم اكتشافه بواسطة جهاز التصوير الحراري، ويحتوي على عيب صغير جدًا لا يمكن تمييزه بالعين المجردة. منحنى توزيع درجة الحرارة المقابل لقطعة الخط على الطريق موضح في الإدخال، وهناك ارتفاع في درجة الحرارة عند نقطة العيب.
في المربع المقابل للصورة في الشكل 3(ب)، ترتفع درجة الحرارة محليًا، وهو ما يتوافق مع العيب على سطح قطعة القطب.
الشكل 4 هو رسم بياني لتوزيع درجة حرارة سطح قطعة القطب السالب يظهر وجود عيوب، حيث تتوافق القمم ذات درجة الحرارة المرتفعة مع الفقاعات أو التكتلات، والمناطق ذات درجة الحرارة المنخفضة تتوافق مع الثقوب الدقيقة أو الانقطاعات.

الشكل 3 توزيع درجة الحرارة بالتصوير الحراري على سطح القطب الموجب
الشكل 4 توزيع درجة الحرارة بالتصوير الحراري على سطح قطعة القطب السالب
يمكن ملاحظة أن الكشف الحراري لتوزيع درجة الحرارة هو طريقة جيدة للكشف عن عيوب سطح قطع الأقطاب، ويمكن استخدامه لمراقبة جودة تصنيع قطع الأقطاب.

3 تأثير عيوب سطح قطعة القطب لبطارية الليبو 4s على أداء بطارية الليبو 4s

(1) التأثير على سعة المعدل وكفاءة كولوم لبطارية الليبو 4s

الشكل 5 هو منحنى تأثير التكتلات والثقوب الدقيقة على سعة المعدل وكفاءة كولوم لبطارية الليبو 4s. يمكن للتكتلات فعليًا زيادة سعة بطارية الليبو 4s، لكنها تقلل من كفاءة كولوم. الثقوب الدقيقة تقلل من السعة وكفاءة كولوم لبطارية الليبو 4s، وتنخفض كفاءة كولوم بشكل كبير عند المعدلات العالية.

الشكل 5 تأثير التكتلات الإيجابية والثقوب الدقيقة على سعة المعدل وكفاءة كولوم للبطارية الليبو 4s

الشكل 6 هو منحنى تأثير الطلاء غير المتجانس والجسم الغريب المعدني Co وAl على سعة المعدل وكفاءة كولوم لبطارية 4s lipo، يقلل الطلاء غير المتجانس من سعة الوحدة الكتلية لبطارية 4s lipo بنسبة 10%-20%، لكن سعة البطارية الكاملة انخفضت بنسبة 60%، مما يدل على أن جودة المادة الحية في قطعة القطب قد انخفضت بشكل ملحوظ. يقلل الجسم الغريب المعدني Co من السعة وكفاءة كولوم، وحتى عند معدلات عالية 2C و5C، لا توجد سعة على الإطلاق، وقد يكون ذلك بسبب تكوين سبائك بواسطة المعدن Co في التفاعل الكهروكيميائي، مما يعيق إزالة الليثيوم وتداخل الليثيوم، أو قد تسد جسيمات المعدن مسام الفاصل مسببة دوائر قصيرة دقيقة.
الشكل 6 تأثير طلاء الكاثود غير المتجانس والجسم الغريب المعدني Co وAl على سعة المعدل وكفاءة كولوم لبطارية 4s lipo
ملخص عيوب قطعة القطب الموجب: التكتلات في طلاء قطعة القطب الموجب تقلل من كفاءة كولوم لبطارية 4s lipo. الثقوب الدقيقة في طلاء الكاثود تقلل من كفاءة كولوم، مما يؤدي إلى أداء ضعيف في المعدل، خاصة عند كثافات التيار العالية. الطلاءات غير المتجانسة تظهر أداءً ضعيفًا في المعدل. تلوث الجسيمات المعدنية يمكن أن يسبب دوائر قصيرة دقيقة، مما يقلل بشكل كبير من سعة بطارية 4s lipo.

(2) تُلخص نتائج تأثير عيوب سطح قطعة القطب على دورة معدل البطارية كما يلي:

التكتل: عند 2C، معدل احتفاظ السعة لبطارية 4s lipo بقطعة قطب غير معيبة هو 70% بعد 200 دورة، وللبطارية المعيبة 12%. عند 5C، معدل احتفاظ السعة لبطارية 4s lipo بقطعة قطب غير معيبة هو 50% بعد 200 دورة، وللبطارية المعيبة 14%.
ثقب دقيق: تدهور السعة واضح، لكنه ليس سريعًا مثل عيب التكتل. معدل احتفاظ السعة عند 2C و5C بعد 200 دورة هو 47% و40% على التوالي.
جسم غريب معدني: سعة الجسم الغريب المعدني تكاد تكون 0 بعد عدة دورات، وتنخفض سعة دورة 5C لرقائق الألمنيوم ذات الجسم الغريب المعدني بشكل ملحوظ.
شرائط الرقائق المتسربة: تحت نفس منطقة تسرب الرقائق، مقارنةً بشرائط كبيرة (معدل احتفاظ بالسعة 47% بعد 200 دورة عند دورة 5C)، تنخفض سعة بطارية 4s lipo ذات الشرائط الصغيرة المتعددة بشكل أسرع (معدل احتفاظ بالسعة للدورة الثانية 7% بعد 200 دورة عند دورة 5C). هذا يوضح أنه كلما زاد عدد الشرائط، زاد التأثير على دورة بطارية 4s lipo.
حسنًا، ما سبق هو المحتوى الكامل لأنواع عيوب قطعة قطب بطارية 4s lipo، وتأثيرها وطرق الكشف التي قدمتها CNHL لكم اليوم. أعتقد أنه بعد قراءة النص الكامل، تعمق فهم الجميع لقطعة قطب بطارية 4s lipo. المزيد من معلومات بطاريات الليثيوم يتم تحديثها باستمرار، أراكم في العدد القادم.