Almindelige defekttyper på 4s lipo batteripolstykke og deres indflydelse og påvisning

I øjeblikket anvendes der flere og flere online detektionsteknologier i processen med at fremstille 4s lipo batteri polstykker for effektivt at identificere produktets fremstillingsfejl, eliminere defekte produkter og give rettidig feedback til produktionslinjen for at foretage justeringer i produktionsprocessen automatisk eller manuelt og dermed reducere fejlprocenten.
I det følgende afsnit vil CNHL, producenten af lithium 4s lipo batteri, kort introducere den nye metode til detektionsteknologi for overfladefejl på lithium 4s lipo batteri - infrarød termisk billeddannelse og forholdet mellem disse forskellige defekter og elektrokemisk ydeevne. Se en dybdegående undersøgelse af dette af D. Mohanty et al.

1 Almindelige defekter på overfladen af lithium 4s lipo batteripolstykker

Figur 1 er en almindelig defekt på overfladen af lithium 4s lipo batteripolstykket, til venstre er et optisk billede, og til højre er et billede taget med et termisk kamera.

Fig. 1 Almindelige defekter på overfladen af polstykket: (a, b) Hævede poser/agglomerater; (c, d) Udfald/huller; (e, f) Metalfremmedlegemer; (g, h) Ujævn belægning
(a, b) Hævede baller/agglomerater, sådanne defekter kan opstå, hvis slurryen omrøres ujævnt eller belægningshastigheden er ustabil. Agglomerering af bindemiddel og kulsort ledende middel resulterer i lavt indhold af aktivt stof og letvægts polstykker.
(c, d) Udfald/huller, disse defektområder er ikke belagt og skabes normalt af luftbobler i slurryen. De reducerer mængden af aktivt materiale og udsætter den strømførende samler for elektrolytten, hvilket reducerer den elektrokemiske kapacitet.
(e, f) Metalfremmedlegemer, metalfremmedlegemer introduceret i slurry eller udstyr og miljø, metalfremmedlegemer er meget skadelige for lithium 4s lipo batteri. De større metalpartikler gennemborer direkte separatoren, hvilket resulterer i en kortslutning mellem den positive og negative elektrode, hvilket er en fysisk kortslutning. Derudover, når metalfremmedlegemer blandes i den positive elektrode, øges den positive elektrodepotentiale efter opladning, metallet opløses, diffunderer gennem elektrolytten og udfældes derefter på den negative elektrodeoverflade, og gennemborer til sidst membranen og danner en kortslutning, hvilket er en kemisk opløsningskortslutning. De mest almindelige metalfremmedlegemer på 4s lipo batterifabrikkens område er Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS osv.
(g, h) Ujævn belægning, såsom utilstrækkelig blanding af slurry, vil der sandsynligvis opstå striber, når partikelstørrelsen er stor, hvilket resulterer i ujævn belægning, som vil påvirke kapacitetskonsistensen af 4s lipo-batteriet og endda få det til at se ud som om der slet ikke er nogen belægning. Striberne påvirker både kapacitet og sikkerhed.

2 Lithium 4s lipo-batteri polstykke overflade defektdetekteringsteknologi

Infrarød (IR) termisk billeddannelse bruges til at opdage små defekter på de tørre polstykker, som kan skade ydeevnen af lithium 4s lipo-batterier. Under online inspektion, hvis elektrodefejl eller forureninger opdages, markeres de på polstykkerne, fjernes i efterfølgende processer og gives tilbage til produktionslinjen for at justere processen rettidigt for at eliminere defekter. Infrarødt er en elektromagnetisk bølge, der har samme natur som radiobølger og synligt lys. Ved at bruge en speciel elektronisk enhed til at omdanne temperaturfordelingen på objektets overflade til et billede synligt for det menneskelige øje og vise temperaturfordelingen på objektets overflade i forskellige farver kaldes infrarød termisk billeddannelsesteknologi, og denne elektroniske enhed kaldes et infrarødt termisk kamera. Alle objekter over det absolutte nulpunkt (-273°C) udsender infrarød stråling.
Som vist i Figur 2 bruger et infrarødt termisk kamera (IR-kamera) en infrarød detektor og et optisk billeddannende objektiv til at modtage det infrarøde strålingsenergimønster fra det målte objekt og reflektere det på det fotosensitive element i den infrarøde detektor for at opnå et infrarødt termisk billede. Dette termiske billede svarer til det termiske fordelingsfelt på objektets overflade. Når der er defekter på objektets overflade, vil der være en temperaturforskydning i dette område. Derfor kan denne teknologi også bruges til at opdage defekter på objektets overflade, især for nogle defekter, der ikke kan opdages med optiske metoder. Når den tørre polstykke af lithium 4s lipo-batteriet testes online, bliver polstykket først belyst af en blitzlampe, og overfladetemperaturen ændres, hvorefter overfladetemperaturen detekteres af et termisk kamera. Det termiske fordelingsbillede visualiseres, og billedet behandles og analyseres i realtid, og overfladefejl opdages og markeres rettidigt. D. Mohantys forskning installerede et termisk kamera ved udgangen af tørreovnen på coaterværket for at detektere temperaturfordelingsbilledet på polstykkets overflade.
Figur 2. Skematisk diagram af udseendet af overfladen af polstykket detekteret af det termiske kamera

Figur 3(a) er temperaturfordelingen af belægningsfladen på NMC katodeelektroden detekteret af det termiske kamera, som indeholder en meget lille fejl, der ikke kan skelnes med det blotte øje. Temperaturfordelingskurven svarende til linjestykket på vejen vises i indsættet, og der er en temperaturspring ved fejlpunktet.
I boksen svarende til billedet i Fig. 3(b) stiger temperaturen lokalt, hvilket svarer til fejlen på overfladen af polstykket.
Figur 4 er en graf over overfladetemperaturfordelingen af det negative polstykke, der viser eksistensen af fejl, hvor toppene med øget temperatur svarer til bobler eller agglomerater, og områderne med nedsat temperatur svarer til pinholes eller udfald.

Figur 3 Termisk billeddannelse temperaturfordeling på overfladen af den positive elektrode
Figur 4 Termisk billeddannelse temperaturfordeling på overfladen af det negative polstykke
Det kan ses, at termisk billeddetection af temperaturfordeling er en god metode til at opdage overfladefejl på polstykker og kan bruges til kvalitetskontrol af polstykkefremstilling.

3 Indflydelsen af lithium 4s lipo batteri polstykke overfladefejl på ydeevnen af 4s lipo batteri

(1) Indflydelse på kapacitetsraten og Coulomb-effektiviteten af 4s lipo batteri

Figur 5 er indflydelseskurven for agglomerater og pinholes på kapacitetsraten og coulombisk effektivitet af 4s lipo batteri. Agglomeraterne kan faktisk øge kapaciteten af 4s lipo batteriet, men vil reducere den coulombiske effektivitet. Pinhole reducerer kapaciteten og den coulombiske effektivitet af 4s lipo batteriet, og den coulombiske effektivitet falder kraftigt ved høje rater.

Fig.5 Indflydelse af positive agglomerater og pinholes på kapacitetsraten og coulombisk effektivitet af 4s lipo batteri

Fig.6 er indflydelseskurven for ujævn belægning og metal fremmedlegemer Co og Al på ratekapacitet og coulomb-effektivitet af 4s lipo batteri, ujævn belægning reducerer den enhedsmæssige massekapacitet af 4s lipo batteriet med 10%-20%, men kapaciteten af hele 4s lipo batteriet er faldet med 60%, hvilket viser, at kvaliteten af materialet i polstykket er blevet betydeligt reduceret. Metal Co fremmedlegeme reducerer kapaciteten og Coulomb-effektiviteten, og selv ved høje rater på 2C og 5C er der slet ingen kapacitet, hvilket kan skyldes dannelse af legeringer af metal Co i den elektrokemiske reaktion, som hæmmer delithiering og lithiuminterkalering, eller det kan være, at porerne i separatoren blokeres af metalpartikler og forårsager mikro-kortslutninger.
Fig.6 Indflydelse af ujævn katodebelægning og metallisk fremmedlegeme Co og Al på ratekapacitet og coulomb-effektivitet af 4s lipo batteri
Opsummering af positive polstykke defekter: Agglomerater i den positive polstykke belægning reducerer Coulomb-effektiviteten af 4s lipo batteriet. Pinhuller i katodebelægningen reducerer Coulomb-effektiviteten, hvilket resulterer i dårlig rateydelse, især ved høje strømtætheder. Ikke-uniforme belægninger viser dårlig rateydelse. Metalpartikelkontaminering kan forårsage mikro-kortslutninger, hvilket kan reducere kapaciteten af 4s lipo batteriet betydeligt.

(2) Resultaterne af overfladefejl på polstykket og deres indflydelse på batteriets ratecyklus opsummeres som følger:

Agglomeration: ved 2C er kapacitetsbevarelsesraten for det ikke-defekte polstykke 4s lipo batteri 70% efter 200 cyklusser, og det defekte 4s lipo batteri er 12%. Ved 5C er kapacitetsbevarelsesraten for det ikke-defekte polstykke 4s lipo batteri 50% efter 200 cyklusser, og det defekte 4s lipo batteri er 14%.
Pinhul: Kapacitetsnedbrydningen er tydelig, men ikke så hurtig som agglomeratdefekten. Kapacitetsbevarelsesraten ved 2C og 5C efter 200 cyklusser er henholdsvis 47% og 40%.
Metal fremmedlegeme: Kapaciteten af metal fremmedlegeme er næsten 0 efter flere cyklusser med metal fremmedlegeme, og 5C cykluskapaciteten af metal fremmedlegeme Al folie falder betydeligt.
Lækage i folie-striber: Under samme lækagefolieområde, sammenlignet med en stor stribe (47% kapacitetsbevarelse efter 200 cyklusser ved 5C cyklus), falder kapaciteten af 4s lipo batteri med flere små striber hurtigere (200 cyklusser ved 5C cyklus). Kapacitetsbevarelsesraten for anden cyklus er 7%). Dette viser, at jo flere striber, desto større er påvirkningen på cyklussen af 4s lipo batteriet.
Nå, ovenstående er det fulde indhold om typerne af 4s lipo batteri polstykke defekter, deres indvirkning og detektionsmetoder, som CNHL har bragt til dig i dag. Jeg tror, at efter at have læst hele teksten, er alles forståelse af 4s lipo batteri polstykket blevet dybere. Mere information om lithiumbatterier opdateres løbende, vi ses i næste udgave.