Yleiset 4s lipo-akun napapalan vikatyypit sekä niiden vaikutus ja havaitseminen

Tällä hetkellä 4s lipo -akun napapalojen valmistusprosessissa käytetään yhä enemmän online-tarkastusteknologioita, jotta tuotteiden valmistusvirheet voidaan tehokkaasti tunnistaa, vialliset tuotteet poistaa ja tuotantolinjalle antaa ajoissa palautetta, jolloin tuotantoprosessia voidaan säätää automaattisesti tai manuaalisesti ja virheprosenttia vähentää.
Seuraavassa osassa CNHL, litium 4s lipo -akun valmistaja, esittelee lyhyesti uuden litium 4s lipo -akun pinnan vikojen tunnistusteknologian - infrapunalämpökuvausteknologian - ja näiden erilaisten vikojen yhteyden elektrokemialliseen suorituskykyyn. Syvällisen tutkimuksen tästä on tehnyt D. Mohanty et al.

1 Yleisiä virheitä litium 4s lipo -akun napapaloissa

Kuva 1 on yleinen virhe litium 4s lipo -akun napapalan pinnalla, vasemmalla on optinen kuva ja oikealla lämpökameralla otettu kuva.

Kuva 1 Yleisiä virheitä napapalan pinnalla: (a, b) Koholla olevat pussit/agglomeraatit; (c, d) Pudotukset/reiät; (e, f) Metalliset vierasesineet; (g, h) Epätasainen päällyste
(a, b) Koholla olevat paalit/agglomeraatit, tällaisia virheitä voi esiintyä, jos slurryä sekoitetaan epätasaisesti tai päällystysnopeus on epävakaa. Sideaineen ja hiilijauheen agglomeraatio johtaa alhaiseen aktiivisen aineen pitoisuuteen ja kevyisiin napapaloihin.
(c, d) Pudotukset/reiät, nämä virhealueet eivät ole päällystettyjä ja ne syntyvät yleensä slurryyn jääneistä ilmakuplista. Ne vähentävät aktiivisen aineen määrää ja paljastavat virtakokoajan elektrolyytin vaikutukselle, mikä vähentää elektrokemiallista kapasiteettia.
(e, f) Metalliset vierasesineet, metalliset vierasesineet, jotka ovat päässeet slurryyn tai laitteisiin ja ympäristöön, ovat erittäin haitallisia litium 4s lipo -akulle. Suuremmat metallihiukkaset puhkaisevat suoraan erotinlevyn, mikä aiheuttaa oikosulun positiivisen ja negatiivisen elektrodin välille, eli fyysisen oikosulun. Lisäksi kun metalliset vierasesineet sekoittuvat positiiviseen elektrodiin, positiivisen elektrodin potentiaali kasvaa latauksen jälkeen, metalli liukenee, diffusoituu elektrolyytin läpi ja saostuu negatiivisen elektrodin pinnalle, ja lopulta puhkaisee kalvon muodostaen oikosulun, joka on kemiallinen liukenemisoikosulku. Yleisimmät metalliset vierasesineet 4s lipo -akun tehtaalla ovat Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS jne.
(g, h) Epätasainen pinnoitus, kuten lietteen riittämätön sekoitus, aiheuttaa todennäköisesti juovia, kun hiukkasten hienous on suuri, mikä johtaa epätasaiseen pinnoitukseen, mikä vaikuttaa 4s lipo -akun kapasiteetin tasaisuuteen ja jopa saa aikaan vaikutelman, ettei pinnoitusta ole lainkaan. Juovat vaikuttavat sekä kapasiteettiin että turvallisuuteen.

2 Litium 4s lipo -akun napapalan pinnan vikojen havaitsemisteknologia

Infrapuna (IR) lämpökuvausta käytetään havaitsemaan pieniä vikoja kuivissa napapaloissa, jotka voisivat vahingoittaa litium 4s lipo -akkujen suorituskykyä. Online-tarkastuksen aikana, jos elektrodin viat tai epäpuhtaudet havaitaan, ne merkitään napapaloihin, poistetaan myöhemmissä prosesseissa ja palautetaan tuotantolinjalle prosessin säätämiseksi ajoissa vikojen poistamiseksi. Infrapuna on sähkömagneettinen aalto, jolla on sama luonne kuin radioaalloilla ja näkyvällä valolla. Erityisen elektronisen laitteen avulla muunnetaan kohteen pinnan lämpötilajakauma ihmisen silmälle näkyväksi kuvaksi ja esitetään kohteen pinnan lämpötilajakauma eri väreillä, tätä kutsutaan infrapunalämpökuvausteknologiaksi, ja tätä elektronista laitetta kutsutaan infrapunalämpökuvaimeksi. Kaikki absoluuttisen nollapisteen (-273 °C) yläpuolella olevat kohteet säteilevät infrapunasäteilyä.
Kuvassa 2 esitetyn mukaisesti infrapuna-lämpökuvain (IR-kamera) käyttää infrapuna-anturua ja optista kuvantamistavoitetta vastaanottaakseen mitattavan kohteen infrapunasäteilyn energian jakautumiskuvion ja heijastaakseen sen infrapuna-anturin valolle herkälle elementille saadakseen infrapunalämpökuvan. Tämä lämpökuva vastaa kohteen pinnan lämpötilajakaumaa. Kun kohteen pinnalla on vikoja, tällä alueella esiintyy lämpötilan muutoksia. Siksi tätä teknologiaa voidaan käyttää myös kohteen pinnan vikojen havaitsemiseen, erityisesti joillekin vioille, joita optiset mittausmenetelmät eivät pysty havaitsemaan. Kun litium 4s lipo -akun kuiva napapala testataan online-tilassa, napapala altistetaan ensin salamavalolle, jolloin pinnan lämpötila muuttuu, ja sitten lämpötila havaitaan lämpökuvaimella. Lämpötilajakaumakuva visualisoidaan, ja kuvaa käsitellään ja analysoidaan reaaliajassa, jolloin pinnan viat havaitaan ja merkitään ajoissa. D. Mohantyn tutkimuksessa asennettiin lämpökuvain päällystimen kuivausuunin ulostuloon havaitsemaan napapalan pinnan lämpötilajakaumakuva.
Kuva 2. Kaavio napakappaleen pinnan ulkonäöstä, joka on havaittu lämpökuvaimella

Kuva 3(a) on NMC-katodielektrodin pinnoitteen lämpötilajakauma, joka on havaittu lämpökuvaimella ja sisältää hyvin pienen vian, jota paljaalla silmällä ei voi erottaa. Viivasegmenttiin liittyvä lämpötilajakaumakäyrä on esitetty sisäkuvassa, ja vian kohdalla on lämpötilapiikki.
Kuvassa 3(b) vastaavassa laatikossa lämpötila nousee paikallisesti, mikä vastaa napakappaleen pinnan vikaa.
Kuva 4 on negatiivisen napakappaleen pinnan lämpötilajakaumakuvio, joka osoittaa vikojen olemassaolon, missä lämpötilan nousua osoittavat huiput vastaavat kuplia tai agglomeraatteja, ja lämpötilan laskua osoittavat alueet vastaavat pinholeja tai puutteita.

Kuva 3. Lämpökuvaus positiivisen elektrodin pinnan lämpötilajakaumasta
Kuva 4. Lämpökuvaus negatiivisen napakappaleen pinnan lämpötilajakaumasta
On nähtävissä, että lämpökuvaus lämpötilajakauman havaitsemiseksi on hyvä menetelmä napakappaleiden pintavikojen tunnistamiseen, ja sitä voidaan käyttää napakappaleiden valmistuksen laadunvalvontaan.

3 Litium 4s lipo -akun napakappaleen pinnan vikojen vaikutus 4s lipo -akun suorituskykyyn

(1) Vaikutus 4s lipo -akun virtauskestoon ja coulomb-tehokkuuteen

Kuva 5 esittää agglomeraattien ja pinholejen vaikutuskäyrän 4s lipo -akun virtauskestoon ja coulomb-tehokkuuteen. Agglomeraatit voivat itse asiassa lisätä 4s lipo -akun kapasiteettia, mutta vähentävät coulomb-tehokkuutta. Pinhole vähentää 4s lipo -akun kapasiteettia ja coulomb-tehokkuutta, ja coulomb-tehokkuus laskee merkittävästi korkeilla virroilla.

Kuva 5. Positiivisten agglomeraattien ja pinholejen vaikutus 4s lipo -akun virtauskestoon ja coulomb-tehokkuuteen

Kuva 6 esittää epätasaisen pinnoitteen ja metallisten vierasesineiden Co:n ja Al:n vaikutuskäyrän 4s lipo -akun syklinopeuteen ja coulomb-tehokkuuteen. Epätasainen pinnoite vähentää 4s lipo -akun yksikkömassakapasiteettia 10–20 %, mutta koko 4s lipo -akun kapasiteetti on laskenut 60 %, mikä osoittaa, että napapalan elollisen aineen laatu on merkittävästi heikentynyt. Metallinen Co-vierasesine vähentää kapasiteettia ja coulomb-tehokkuutta, ja jopa korkeilla 2C- ja 5C-nopeuksilla kapasiteettia ei ole lainkaan, mikä saattaa johtua metallisen Co:n muodostamista seoksista elektrolyyttisessä reaktiossa, jotka estävät delitiumaation ja litiumin interkalaation, tai metallihiukkaset voivat tukkia erotinmateriaalin huokoset aiheuttaen mikrosulkuja.
Kuva 6. Epätasaisen katodipinnoitteen ja metallisen vierasesineen Co:n ja Al:n vaikutus 4s lipo -akun syklinopeuteen ja coulomb-tehokkuuteen
Yhteenvedossa positiivisen napapalan viat: Kokkareet positiivisen napapalan pinnoitteessa vähentävät 4s lipo -akun coulomb-tehokkuutta. Pienireiät katodipinnoitteessa heikentävät coulomb-tehokkuutta, mikä johtaa huonoon syklinopeuden suorituskykyyn, erityisesti korkeilla virrantiheyksillä. Epätasaiset pinnoitteet osoittavat huonoa syklinopeuden suorituskykyä. Metallihiukkasten saastuminen voi aiheuttaa mikrosulkuja, jotka voivat merkittävästi vähentää 4s lipo -akun kapasiteettia.

(2) Napapalan pintavikojen vaikutustulokset akun syklinopeuteen on koottu seuraavasti:

Kokkareituminen: 2C:llä virheettömän napapalan 4s lipo -akun kapasiteetin säilyvyys on 70 % 200 syklin jälkeen, ja viallisella 4s lipo -akulla 12 %. 5C:llä virheettömän napapalan 4s lipo -akun kapasiteetin säilyvyys on 50 % 200 syklin jälkeen, ja viallisella 4s lipo -akulla 14 %.
Pienireikä: Kapasiteetin heikkeneminen on selkeä, mutta ei yhtä nopeaa kuin kokkarevikassa. 2C- ja 5C-syklin jälkeen 200 kierroksen kapasiteetin säilyvyys on 47 % ja 40 %.
Metallinen vierasesine: Metallisen vierasesineen kapasiteetti on lähes 0 useiden syklien jälkeen, ja metallisen vierasesineen Al-folion 5C-syklin kapasiteetti laskee merkittävästi.
Vuotavat folioviirut: Samalla vuotavan folion alueella verrattuna suureen viivaan (47 % kapasiteetin säilyvyys 200 sykliä 5C-syklillä), 4s lipo -akun kapasiteetti, jossa on useita pieniä viiruja, laskee nopeammin (200 sykliä 5C-syklillä). Toisen syklin kapasiteetin säilyvyys on 7 %. Tämä osoittaa, että mitä enemmän viiruja on, sitä suurempi vaikutus on 4s lipo -akun sykliseen kestoon.
No, yllä on CNHL:n tänään tuoma täydellinen sisältö 4s lipo -akun napapalan vikatyypeistä, niiden vaikutuksista ja tunnistusmenetelmistä. Uskon, että koko tekstin lukemisen jälkeen kaikkien ymmärrys 4s lipo -akun napapalasta on syventynyt. Lisää litiumakkujen tietoa päivitetään jatkuvasti, nähdään seuraavassa numerossa.