Gängige Polstückdefekttypen von 4s-Lipo-Batterien und deren Einfluss und Erkennung

Gegenwärtig werden bei der Herstellung von Polstücken für 4s-Lipo-Batterien immer mehr Online-Erkennungstechnologien verwendet, um Herstellungsfehler von Produkten effektiv zu identifizieren, fehlerhafte Produkte zu beseitigen und zeitnahe Rückmeldungen an die Produktionslinie zu geben, so wie Anpassungen des Produktionsprozesses automatisch oder manuell vorzunehmen. , reduzieren die Fehlerquote.
Im folgenden Teil stellt CNHL , der Hersteller von Lithium-4s-Lipo-Batterien, kurz die neue Methode zur Erkennung von Oberflächendefekten von Lithium-4s-Lipo-Batterien vor – die Infrarot-Wärmebildtechnologie und die Beziehung zwischen diesen verschiedenen Defekten und der elektrochemischen Leistung. Siehe dazu eine ausführliche Studie von D. Mohanty et al.

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

Abbildung 1 ist ein häufiger Defekt auf der Oberfläche des Polstücks der Lithium-4s-Lipo-Batterie, links ist ein optisches Bild und rechts ein Bild, das von einer Wärmebildkamera aufgenommen wurde.

Abb. 1 Häufige Fehler auf der Oberfläche des Polschuhs: (a, b) erhabene Taschen/Agglomerate; (c, d) Tropfen/Nadelstiche; (e, f) Metallische Fremdkörper; (g, h) Ungleichmäßige Beschichtung
(a, b) Angehobene Ballen/Agglomerate, solche Defekte können auftreten, wenn die Aufschlämmung ungleichmäßig gerührt wird oder die Streichgeschwindigkeit instabil ist. Die Agglomeration von Binder und Rußleitmittel führt zu niedrigem Wirkstoffgehalt und leichtgewichtigen Polstücken.
(c, d) Aussetzer/Pinholes, diese Defektbereiche sind nicht beschichtet und werden normalerweise durch Luftblasen in der Aufschlämmung erzeugt. Sie verringern die Menge an aktivem Material und setzen den Stromkollektor dem Elektrolyten aus, wodurch die elektrochemische Kapazität verringert wird.
(e, f) Metallfremdstoffe, Metallfremdstoffe, die in Aufschlämmung oder Ausrüstung und Umgebung eingeführt werden, Metallfremdstoffe sind sehr schädlich für Lithium-4s-Lipo-Batterien. Die größeren Metallpartikel durchdringen direkt den Separator, was zu einem Kurzschluss zwischen der positiven und der negativen Elektrode führt, was ein physikalischer Kurzschluss ist. Wenn metallische Fremdstoffe in die positive Elektrode eingemischt werden, steigt das Potential der positiven Elektrode nach dem Laden, das Metall löst sich auf, diffundiert durch den Elektrolyten und fällt dann auf der Oberfläche der negativen Elektrode aus und durchdringt schließlich das Diaphragma und bildet einen Kurzschluss , was ein chemischer Auflösungskurzschluss ist. Die häufigsten metallischen Fremdkörper auf dem Werksgelände der 4s-Lipobatterien sind Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS usw.
(g, h) Ungleichmäßige Beschichtung, wie z. B. unzureichendes Mischen der Aufschlämmung, 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 erscheint überhaupt keine Beschichtung zu haben Die Streifen wirken sich sowohl auf die Kapazität als auch auf die Sicherheit aus.

2 Lithium 4s Lipo-Batterie-Polschuh-Oberflächenfehlererkennungstechnologie

Infrarot (IR)-Wärmebildgebung wird verwendet, um winzige Defekte an den trockenen Polschuhen zu erkennen, die die Leistung von Lithium-4s-Lipo-Batterien beeinträchtigen könnten. Wenn während der Online-Inspektion Elektrodendefekte oder Verunreinigungen entdeckt werden, markieren Sie diese auf den Polschuhen, entfernen Sie sie in nachfolgenden Prozessen und leiten Sie sie zurück an die Produktionslinie, um den Prozess rechtzeitig anzupassen, um Fehler zu beseitigen. Infrarot ist eine elektromagnetische Welle, die die gleiche Natur wie Radiowellen und sichtbares Licht hat. Die Verwendung eines speziellen elektronischen Geräts, um die Temperaturverteilung der Objektoberfläche in ein für das menschliche Auge sichtbares Bild umzuwandeln und die Temperaturverteilung der Objektoberfläche in verschiedenen Farben anzuzeigen, wird als Infrarot-Wärmebildtechnologie bezeichnet, und dieses elektronische Gerät wird als ein bezeichnet Infrarot-Wärmebildkamera. Alle Objekte über dem absoluten Nullpunkt (-273°C) senden Infrarotstrahlung aus.
Wie in 2 gezeigt, verwendet eine Infrarot-Wärmebildkamera (IR-Kamera) einen Infrarotdetektor und eine optische Abbildungsobjektivlinse, um das Muster der Infrarotstrahlungsenergieverteilung des gemessenen Zielobjekts zu empfangen und es auf dem lichtempfindlichen Element des Infrarotdetektors zu reflektieren, um es zu erhalten ein Infrarot-Wärmebild. entspricht dieses Wärmebild dem Wärmeverteilungsfeld auf der Oberfläche des Objekts. Bei Defekten auf der Oberfläche des Objekts kommt es in diesem Bereich zu einer Temperaturverschiebung. Daher kann diese Technologie auch zur Erkennung von Defekten auf der Oberfläche des Objekts verwendet werden, insbesondere für einige Defekte, die durch optische Detektionsverfahren nicht aufgelöst werden können. Wenn der trockene Polschuh der Lithium-4s-Lipo-Batterie online getestet wird, wird der Polschuh zuerst von einer Blitzlampe bestrahlt, und die Oberflächentemperatur ändert sich, und dann wird die Oberflächentemperatur von einer Wärmebildkamera erfasst. Das Wärmeverteilungsbild wird visualisiert und das Bild wird in Echtzeit verarbeitet und analysiert, und Oberflächendefekte werden rechtzeitig erkannt und markiert. Die Forschung von D. Mohanty installierte eine Wärmebildkamera am Auslass des Trockenofens der Beschichtungsvorrichtung, um das Temperaturverteilungsbild auf der Oberfläche des Polschuhs zu erfassen.
Abbildung 2. Schematische Darstellung des Aussehens der Oberfläche des Polschuhs, die von der Wärmebildkamera erfasst wurde

Abbildung 3(a) ist die Temperaturverteilung der Beschichtungsoberfläche der NMC-Kathodenelektrode, die von der Wärmebildkamera 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 Einschub gezeigt, und es gibt eine Temperaturspitze an der Defektstelle.
In dem Kasten, der dem Bild in Fig. 3(b) entspricht, steigt die Temperatur lokal an, was dem Defekt auf der Oberfläche des Polstücks entspricht.
Fig. 4 ist ein Graph der Oberflächentemperaturverteilung des negativen Polstücks, der das Vorhandensein von Defekten zeigt, wobei die Spitzen mit erhöhter Temperatur Blasen oder Agglomeraten entsprechen und die Bereiche mit verringerter Temperatur feinen Löchern oder Aussetzern entsprechen.

Abbildung 3 Temperaturverteilung der Thermografie auf der Oberfläche der positiven Elektrode
Abbildung 4 Temperaturverteilung der Thermografie auf der Oberfläche des Minuspolschuhs
Es ist ersichtlich, dass die thermische Bilderfassung der Temperaturverteilung ein gutes Verfahren zum Erfassen von Oberflächendefekten von Polstücken ist und zur Qualitätskontrolle der Polstückherstellung verwendet werden kann.

3 Der Einfluss von Polstückoberflächendefekten der Lithium-4s-Lipo-Batterie auf die Leistung der 4s-Lipo-Batterie

(1) Einfluss auf die Ratenkapazität und Coulomb-Effizienz von 4s-Lipo-Batterien

Abbildung 5 ist die Einflusskurve von Agglomeraten und Pinholes auf die Ratenkapazität und den Coulomb-Wirkungsgrad einer 4s-Lipo-Batterie. Die Agglomerate können tatsächlich die Kapazität von 4s-Lipo-Batterien erhöhen, verringern jedoch die Coulomb-Effizienz. Die Lochblende verringert die Kapazität und die Coulomb-Effizienz der 4s-Lipo-Batterie, und die Coulomb-Effizienz fällt bei hohen Raten stark ab.

Abb.5 Einfluss positiver Agglomerate und Pinholes auf die Ratenkapazität und Coulomb-Effizienz von 4s-Lipo-Batterien

Abb. 6 ist die Einflusskurve von ungleichmäßiger Beschichtung und metallischen Fremdstoffen Co und Al auf die Ratenkapazität und Coulomb-Effizienz von 4s-Lipo-Batterien, ungleichmäßige Beschichtung Die Kapazität des gesamten 4s-Lipo-Akkus ist um 60% gesunken, was zeigt, dass die Qualität der Lebewesen im Polstück erheblich reduziert wurde. Metallische Co-Fremdstoffe reduzieren die Kapazität und die Coulomb-Effizienz, und selbst bei hohen Raten von 2C und 5C gibt es überhaupt keine Kapazität, was auf die Bildung von Legierungen durch metallisches Co in der elektrochemischen Reaktion zurückzuführen sein kann, was die Delithiierung und Lithium behindert Interkalation, oder es kann durch Metallpartikel blockiert werden. Die Poren des Separators verursachen Mikrokurzschlüsse.
Abb.6 Einfluss von ungleichmäßiger Kathodenbeschichtung und metallischen Fremdstoffen Co und Al auf die Ratenkapazität und Coulomb-Effizienz von 4s-Lipo-Batterien
Zusammenfassung der Mängel am Pluspol: Aggregate in der Beschichtung des Pluspols verringern die Coulomb-Effizienz der 4s-Lipo-Batterie. Nadellöcher in der Kathodenbeschichtung verringern den Coulomb-Wirkungsgrad, was zu einer schlechten Ratenleistung führt, insbesondere bei hohen Stromdichten. Ungleichmäßige Beschichtungen zeigen eine schlechte Ratenleistung. Eine Kontamination mit Metallpartikeln kann Mikrokurzschlüsse verursachen, die die Kapazität des 4s-Lipo-Akkus stark reduzieren können.

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

Agglomeration: Bei 2 ° C beträgt die Kapazitätserhaltungsrate der nicht defekten Polstück-4s-Lipo-Batterie 70% für 200 Zyklen und die der defekten 4s-Lipo-Batterie 12%. Bei 5 ° C beträgt die Kapazitätserhaltungsrate der nicht defekten Polstück-4s-Lipo-Batterie 50 % für 200 Zyklen und die der defekten 4s-Lipo-Batterie 50 %. Batterie14%.
Pinhole: Der Kapazitätsabfall ist offensichtlich, aber nicht so schnell wie der Agglomeratdefekt. Die Kapazitätserhaltungsrate von 2C und 5C nach 200 Zyklen beträgt 47 % bzw. 40 %.
Metallfremdkörper: Die Kapazität des Metallfremdkörpers ist nach mehreren Zyklen des Metallfremdkörpers fast 0, und die 5C-Zykluskapazität der Metallfremdkörper-Al-Folie nimmt erheblich ab.
Undichte Folienstreifen: Im Vergleich zu einem großen Streifen (47 % Kapazitätserhaltungsrate für 200 Zyklen bei 5 C-Zyklus) nimmt die Kapazität von 4s-Lipo-Akkus mit mehreren kleinen Streifen unter der gleichen Leckfolienfläche schneller ab (200 Zyklen bei 5 C-Zyklus). Die Kapazitätserhaltungsrate des zweiten Zyklus beträgt 7 %). Dies zeigt, dass je größer die Anzahl der Streifen ist, desto größer ist der Einfluss auf den Zyklus des 4s-Lipo-Akkus.
Nun, das Obige ist der vollständige Inhalt der Arten von 4s-Lipo-Batterie-Polstückdefekten, ihrer Auswirkungen und Erkennungsmethoden, die CNHL Ihnen heute vorgestellt hat. Ich glaube, dass sich nach dem Lesen des gesamten Textes das Verständnis aller für den Polschuh der 4s-Lipo-Batterie vertieft hat. Weitere Lithium-Batterien Die Informationen werden laufend aktualisiert, bis zum nächsten Heft.