Häufige Defekttypen von 4s LiPo-Batteriepolstücken sowie deren Einfluss und Erkennung

Derzeit werden bei der Herstellung von 4s-Lipo-Batterie-Polstücken immer mehr Online-Erkennungstechnologien eingesetzt, um Herstellungsfehler der Produkte effektiv zu identifizieren, fehlerhafte Produkte auszusondern und rechtzeitig an die Produktionslinie zurückzumelden, um die Produktionsprozesse automatisch oder manuell anzupassen und so die Fehlerquote zu senken.
Im folgenden Teil wird CNHL, der Hersteller der Lithium-4s-Lipo-Batterie, kurz die neue Methode der Detektionstechnologie für Oberflächendefekte der Lithium-4s-Lipo-Batterie – Infrarot-Wärmebildtechnik – und die Beziehung zwischen diesen verschiedenen Defekten und der elektrochemischen Leistung vorstellen. Eine vertiefte Studie dazu finden Sie bei D. Mohanty et al.

1 Häufige Defekte auf der Oberfläche von Lithium-4s-Lipo-Batterie-Polstücken

Abbildung 1 zeigt einen häufigen Defekt auf der Oberfläche des Lithium-4s-Lipo-Batterie-Polstücks, links ein optisches Bild und rechts ein Bild, das mit einer Wärmebildkamera aufgenommen wurde.

Abb. 1 Häufige Defekte auf der Oberfläche des Polstücks: (a, b) Erhobene Beutel/Agglomerate; (c, d) Tropfen/Lochstellen; (e, f) Metallische Fremdkörper; (g, h) Ungleichmäßige Beschichtung
(a, b) Erhobene Ballen/Agglomerate, solche Defekte können auftreten, wenn der Schlamm ungleichmäßig gerührt oder die Beschichtungsgeschwindigkeit instabil ist. Die Agglomeration von Bindemittel und Rußleitmittel führt zu einem niedrigen Gehalt an aktivem Bestandteil und leichten Polstücken.
(c, d) Ausfälle/Lochstellen, diese fehlerhaften Bereiche sind nicht beschichtet und entstehen normalerweise durch Luftblasen im Schlamm. Sie verringern die Menge des aktiven Materials und setzen den Stromsammler dem Elektrolyten aus, wodurch die elektrochemische Kapazität reduziert wird.
(e, f) Metallische Fremdkörper, metallische Fremdkörper, die in Schlamm, Ausrüstung und Umgebung eingebracht werden, sind für Lithium-4s-Lipo-Batterien sehr schädlich. Die größeren Metallpartikel durchstechen direkt den Separator, was zu einem Kurzschluss zwischen der positiven und negativen Elektrode führt, was ein physikalischer Kurzschluss ist. Außerdem, wenn metallische Fremdkörper in die positive Elektrode eingemischt werden, steigt das Potenzial der positiven Elektrode nach dem Laden, das Metall löst sich auf, diffundiert durch den Elektrolyten und scheidet sich dann auf der Oberfläche der negativen Elektrode ab, durchsticht schließlich die Membran und bildet einen Kurzschluss, was ein chemischer Auflösungskurzschluss ist. Die häufigsten metallischen Fremdkörper auf dem 4s-Lipo-Batterie-Fabrikgelände sind Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS usw.
(g, h) Ungleichmäßige Beschichtung, wie z. B. unzureichendes Mischen der Suspension, es treten wahrscheinlich Streifen auf, wenn die Partikelfeinheit groß ist, was zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führt, die die Konsistenz der Kapazität der 4s Lipo-Batterie beeinträchtigt und sogar das Erscheinungsbild von völlig unbeschichteten Streifen verursacht, was sowohl die Kapazität als auch die Sicherheit beeinträchtigt.

2 Technologie zur Erkennung von Oberflächendefekten an Polstücken von Lithium 4s Lipo-Batterien

Infrarot-(IR)-Wärmebildgebung wird verwendet, um winzige Defekte an den trockenen Polstücken zu erkennen, die die Leistung von Lithium 4s Lipo-Batterien beeinträchtigen könnten. Während der Online-Inspektion werden bei Erkennung von Elektrodenfehlern oder Verunreinigungen diese auf den Polstücken markiert, in nachfolgenden Prozessen entfernt und an die Produktionslinie zurückgemeldet, um den Prozess rechtzeitig anzupassen und Defekte zu beseitigen. Infrarot ist eine elektromagnetische Welle, die dieselbe Natur wie Radiowellen und sichtbares Licht hat. Die Verwendung eines speziellen elektronischen Geräts zur Umwandlung der Temperaturverteilung der Objektoberfläche in ein für das menschliche Auge sichtbares Bild und zur Anzeige der Temperaturverteilung der Objektoberfläche in verschiedenen Farben wird als Infrarot-Wärmebildtechnologie bezeichnet, und dieses elektronische Gerät wird als Infrarot-Wärmebildgerät bezeichnet. Alle Objekte über dem absoluten Nullpunkt (-273 °C) emittieren Infrarotstrahlung.
Wie in Abbildung 2 gezeigt, verwendet ein Infrarot-Wärmebildgerät (IR-Kamera) einen Infrarotdetektor und ein optisches Abbildungsobjektiv, um das Infrarotstrahlungsenergieverteilungsmuster des gemessenen Zielobjekts zu empfangen und es auf das lichtempfindliche Element des Infrarotdetektors zu projizieren, um ein Infrarot-Wärmebild zu erhalten. Dieses Wärmebild entspricht dem thermischen Verteilungsfeld auf der Oberfläche des Objekts. Wenn sich Defekte auf der Oberfläche des Objekts befinden, gibt es in diesem Bereich eine Temperaturverschiebung. Daher kann diese Technologie auch zur Erkennung von Defekten auf der Oberfläche des Objekts verwendet werden, insbesondere für einige Defekte, die mit optischen Erkennungsmethoden nicht aufgelöst werden können. Wenn das trockene Polstück der Lithium 4s Lipo-Batterie online getestet wird, wird zuerst das Polstück mit einer Blitzlampe bestrahlt, wodurch sich die Oberflächentemperatur ändert, und dann wird die Oberflächentemperatur mit einem Wärmebildgerät erfasst. Das thermische Verteilungsbild wird visualisiert, das Bild wird in Echtzeit verarbeitet und analysiert, und Oberflächendefekte werden rechtzeitig erkannt und markiert. Die Forschung von D. Mohanty installierte ein Wärmebildgerät am Ausgang des Trocknungsofens des Beschichters, um das Temperaturverteilungsbild auf der Oberfläche des Polstücks zu erfassen.
Abbildung 2. Schematische Darstellung des Erscheinungsbilds der Oberfläche des Polstücks, das mit dem Thermografen erfasst wurde

Abbildung 3(a) zeigt die Temperaturverteilung der Beschichtungsoberfläche der NMC-Kathoden-Elektrode, die mit dem Thermografen erfasst wurde und einen sehr kleinen Defekt enthält, der mit bloßem Auge nicht erkennbar ist. Die Temperaturverteilungskurve, die dem Liniensegment auf dem Weg entspricht, ist im Einsatzbild dargestellt, und an der Defektstelle gibt es einen Temperatursprung.
Im Kasten, der dem Bild in Abb. 3(b) entspricht, steigt die Temperatur lokal an, was dem Defekt auf der Oberfläche des Polstücks entspricht.
Abbildung 4 ist eine Grafik der Oberflächentemperaturverteilung des negativen Polstücks, die das Vorhandensein von Defekten zeigt, wobei die Spitzen mit erhöhter Temperatur Blasen oder Agglomeraten entsprechen und die Bereiche mit verringerter Temperatur Pinholes oder Ausfälle darstellen.

Abbildung 3 Thermografische Temperaturverteilung auf der Oberfläche der positiven Elektrode
Abbildung 4 Thermografische Temperaturverteilung auf der Oberfläche des negativen Polstücks
Es ist ersichtlich, dass die Thermografie-Erkennung der Temperaturverteilung eine gute Methode zur Erkennung von Oberflächendefekten an Polstücken ist und für die Qualitätskontrolle der Polstückherstellung verwendet werden kann.

3 Der Einfluss von Oberflächendefekten an den Polstücken der Lithium-4s-Lipo-Batterie auf die Leistung der 4s Lipo-Batterie

(1) Einfluss auf die Kapazitätsrate und Coulomb-Effizienz der 4s Lipo-Batterie

Abbildung 5 zeigt die Einflusskurve von Agglomeraten und Pinholes auf die Kapazitätsrate und Coulomb-Effizienz der 4s Lipo-Batterie. Die Agglomerate können tatsächlich die Kapazität der 4s Lipo-Batterie erhöhen, reduzieren jedoch die Coulomb-Effizienz. Die Pinholes verringern die Kapazität und Coulomb-Effizienz der 4s Lipo-Batterie, wobei die Coulomb-Effizienz bei hohen Raten stark abfällt.

Abb.5 Einfluss positiver Agglomerate und Pinholes auf die Kapazitätsrate und Coulomb-Effizienz der 4s Lipo-Batterie

Abb.6 zeigt die Einflusskurve von ungleichmäßiger Beschichtung und metallischen Fremdkörpern Co und Al auf die Ratenkapazität und Coulomb-Effizienz des 4s Lipo-Akkus. Die spezifische Kapazität des 4s Lipo-Akkus wird durch ungleichmäßige Beschichtung um 10 %–20 % reduziert, aber die Kapazität des gesamten 4s Lipo-Akkus ist um 60 % gesunken, was zeigt, dass die Qualität der lebenden Substanz im Polstück deutlich vermindert ist. Metallische Co-Fremdkörper reduzieren die Kapazität und Coulomb-Effizienz, und selbst bei hohen Raten von 2C und 5C gibt es keine Kapazität, was möglicherweise auf die Bildung von Legierungen durch metallisches Co in der elektrochemischen Reaktion zurückzuführen ist, die die Delithiation und Lithium-Interkalation behindern, oder es kann sein, dass die Poren des Separators durch Metallpartikel blockiert werden und Mikro-Kurzschlüsse verursachen.
Abb.6 Einfluss ungleichmäßiger Kathodenbeschichtung und metallischer Fremdkörper Co und Al auf die Ratenkapazität und Coulomb-Effizienz des 4s Lipo-Akkus
Zusammenfassung der Defekte am positiven Polstück: Aggregate in der Beschichtung des positiven Polstücks verringern die Coulomb-Effizienz des 4s Lipo-Akkus. Pinhole in der Kathodenbeschichtung reduzieren die Coulomb-Effizienz, was zu schlechter Ratenleistung führt, insbesondere bei hohen Stromdichten. Nicht gleichmäßige Beschichtungen zeigen eine schlechte Ratenleistung. Metallpartikelkontamination kann Mikro-Kurzschlüsse verursachen, die die Kapazität des 4s Lipo-Akkus stark reduzieren können.

(2) Die Einflussresultate der Oberflächendefekte des Polstücks auf den Ratenzyklus der Batterie werden wie folgt zusammengefasst:

Agglomeration: Bei 2C beträgt die Kapazitätserhaltungsrate des nicht defekten Polstück-4s-Lipo-Akkus 70 % nach 200 Zyklen, beim defekten 4s Lipo-Akku 12 %. Bei 5C beträgt die Kapazitätserhaltungsrate des nicht defekten Polstück-4s-Lipo-Akkus 50 % nach 200 Zyklen, beim defekten 4s Lipo-Akku 14 %.
Pinhole: Der Kapazitätsabbau ist deutlich, aber nicht so schnell wie beim Agglomerat-Defekt. Die Kapazitätserhaltungsrate bei 2C und 5C nach 200 Zyklen beträgt jeweils 47 % und 40 %.
Metallischer Fremdkörper: Die Kapazität eines 4s Lipo-Akkus mit metallischem Fremdkörper ist nach mehreren Zyklen nahezu 0, und die 5C-Zykluskapazität der Metall-Fremdkörper-Alufolie nimmt deutlich ab.
Leckende Folienstreifen: Unter derselben Leckage-Folienfläche nimmt die Kapazität eines 4s Lipo-Akkus mit mehreren kleinen Streifen schneller ab als bei einem großen Streifen (47 % Kapazitätserhalt nach 200 Zyklen bei 5C-Zyklen). Die Kapazitätserhaltungsrate des zweiten Zyklus beträgt 7 %. Dies zeigt, dass je mehr Streifen vorhanden sind, desto größer der Einfluss auf den Zyklus des 4s Lipo-Akkus ist.
Nun, das Obige ist der vollständige Inhalt der Arten von 4s Lipo-Akku-Polstück-Defekten, deren Auswirkungen und Erkennungsmethoden, die CNHL Ihnen heute präsentiert hat. Ich glaube, dass nach dem Lesen des gesamten Textes das Verständnis aller für das 4s Lipo-Akku-Polstück vertieft wurde. Weitere Informationen zu Lithiumbatterien werden kontinuierlich aktualisiert, wir sehen uns in der nächsten Ausgabe.