Types courants de défauts des pièces de pôle des batteries lipo 4s et leur influence ainsi que leur détection

Actuellement, dans le processus de préparation des pièces polaires de batteries 4s lipo, de plus en plus de technologies de détection en ligne sont utilisées, afin d'identifier efficacement les défauts de fabrication des produits, d'éliminer les produits défectueux et de fournir un retour rapide à la ligne de production, pour ajuster automatiquement ou manuellement le processus de production, réduisant ainsi le taux de défaut.
Dans la partie suivante, CNHL, le fabricant de batteries lithium 4s lipo, présentera brièvement la nouvelle méthode de technologie de détection des défauts de surface des batteries lithium 4s lipo - la technologie d'imagerie thermique infrarouge et la relation entre ces différents défauts et la performance électrochimique. Voir une étude approfondie à ce sujet par D. Mohanty et al.

1 Défauts courants à la surface des pièces polaires des batteries lithium 4s lipo

La figure 1 montre un défaut courant à la surface de la pièce polaire de la batterie lithium 4s lipo, à gauche une image optique, à droite une image capturée par une caméra thermique.

Fig. 1 Défauts courants à la surface de la pièce polaire : (a, b) Balles/boules surélevées ; (c, d) Manques/trous ; (e, f) Corps étrangers métalliques ; (g, h) Revêtement inégal
(a, b) Balles/boules surélevées, de tels défauts peuvent survenir si la boue est agitée de manière inégale ou si le débit de revêtement est instable. L'agglomération du liant et de l'agent conducteur noir de carbone entraîne une faible teneur en ingrédient actif et des pièces polaires légères.
(c, d) Manques/trous, ces zones défectueuses ne sont pas recouvertes et sont généralement créées par des bulles d'air dans la boue. Ils réduisent la quantité de matériau actif et exposent le collecteur de courant à l'électrolyte, réduisant ainsi la capacité électrochimique.
(e, f) Corps étrangers métalliques, corps étrangers métalliques introduits dans la boue ou l'équipement et l'environnement, les corps étrangers métalliques sont très nuisibles à la batterie lithium 4s lipo. Les particules métalliques de grande taille percent directement le séparateur, entraînant un court-circuit entre les électrodes positive et négative, ce qui est un court-circuit physique. De plus, lorsque des corps étrangers métalliques sont mélangés à l'électrode positive, le potentiel de l'électrode positive augmente après la charge, le métal se dissout, diffuse à travers l'électrolyte, puis précipite à la surface de l'électrode négative, et finit par percer le diaphragme et former un court-circuit, ce qui est un court-circuit par dissolution chimique. Les corps étrangers métalliques les plus courants sur le site de fabrication des batteries 4s lipo sont Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, etc.
(g, h) Revêtement irrégulier, comme un mélange insuffisant de la boue, des stries sont susceptibles d'apparaître lorsque la finesse des particules est grande, ce qui entraîne un revêtement irrégulier, affectant la cohérence de la capacité de la batterie 4s lipo, et même donnant l'impression qu'il n'y a pas de revêtement du tout. Les stries ont un impact à la fois sur la capacité et la sécurité.

2 Technologie de détection des défauts de surface des pièces de pôle de batterie lithium 4s lipo

L'imagerie thermique infrarouge (IR) est utilisée pour détecter de minuscules défauts sur les pièces de pôle sèches qui pourraient endommager les performances des batteries lithium 4s lipo. Lors de l'inspection en ligne, si des défauts d'électrode ou des contaminants sont détectés, ils sont marqués sur les pièces de pôle, retirés lors des processus suivants, et renvoyés à la ligne de production pour ajuster le processus en temps opportun afin d'éliminer les défauts. L'infrarouge est une onde électromagnétique qui a la même nature que les ondes radio et la lumière visible. Utiliser un dispositif électronique spécial pour convertir la répartition de température de la surface de l'objet en une image visible à l'œil nu, et afficher la répartition de température de la surface de l'objet en différentes couleurs, s'appelle la technologie d'imagerie thermique infrarouge, et ce dispositif électronique s'appelle un imageur thermique infrarouge. Tous les objets au-dessus du zéro absolu (-273°C) émettent un rayonnement infrarouge.
Comme illustré dans la Figure 2, un imageur thermique infrarouge (caméra IR) utilise un détecteur infrarouge et un objectif optique d'imagerie pour recevoir le motif de répartition de l'énergie du rayonnement infrarouge de l'objet cible mesuré et le refléter sur l'élément photosensible du détecteur infrarouge afin d'obtenir une image thermique infrarouge. Cette image thermique correspond au champ de répartition thermique à la surface de l'objet. Lorsqu'il y a des défauts à la surface de l'objet, il y aura un décalage de température dans cette zone. Par conséquent, cette technologie peut également être utilisée pour détecter les défauts à la surface de l'objet, en particulier pour certains défauts qui ne peuvent pas être résolus par des méthodes de détection optique. Lors du test en ligne de la pièce de pôle sèche de la batterie lithium 4s lipo, la pièce de pôle est d'abord irradiée par une lampe à flash, ce qui modifie la température de surface, puis la température de surface est détectée par un imageur thermique. L'image de répartition thermique est visualisée, et l'image est traitée et analysée en temps réel, permettant de détecter et de marquer en temps opportun les défauts de surface. La recherche de D. Mohanty a installé un imageur thermique à la sortie du four de séchage du coucheur pour détecter l'image de répartition de la température à la surface de la pièce de pôle.
Figure 2. Schéma de l'apparence de la surface de la pièce polaire détectée par l'imagerie thermique

La figure 3(a) est la distribution de température de la surface du revêtement de l'électrode cathodique NMC détectée par l'imagerie thermique, qui contient un très petit défaut indiscernable à l'œil nu. La courbe de distribution de température correspondant au segment de ligne sur le trajet est montrée dans l'encart, et il y a un pic de température au point de défaut.
Dans la boîte correspondant à l'image de la Fig. 3(b), la température augmente localement, ce qui correspond au défaut sur la surface de la pièce polaire.
La figure 4 est un graphique de la distribution de la température de surface de la pièce polaire négative montrant l'existence de défauts, où les pics de température augmentée correspondent à des bulles ou agglomérats, et les zones de température diminuée correspondent à des trous d'épingle ou des défaillances.

Figure 3 Distribution de la température par imagerie thermique à la surface de l'électrode positive
Figure 4 Distribution de la température par imagerie thermique à la surface de la pièce polaire négative
On peut voir que la détection par imagerie thermique de la distribution de température est une bonne méthode pour détecter les défauts de surface des pièces polaires, et peut être utilisée pour le contrôle qualité de la fabrication des pièces polaires.

3 L'influence des défauts de surface des pièces polaires de la batterie lipo lithium 4s sur la performance de la batterie lipo 4s

(1) Influence sur la capacité en courant et l'efficacité coulombique de la batterie lipo 4s

La figure 5 est la courbe d'influence des agglomérats et des trous d'épingle sur la capacité en courant et l'efficacité coulombique de la batterie lipo 4s. Les agglomérats peuvent en réalité augmenter la capacité de la batterie lipo 4s, mais réduisent l'efficacité coulombique. Le trou d'épingle réduit la capacité et l'efficacité coulombique de la batterie lipo 4s, et l'efficacité coulombique chute fortement à des taux élevés.

Fig.5 Influence des agglomérats positifs et des trous d'épingle sur la capacité en courant et l'efficacité coulombique de la batterie lipo 4s

La Fig.6 est la courbe d'influence du revêtement inégal et des corps étrangers métalliques Co et Al sur la capacité en taux et l'efficacité coulombique de la batterie lipo 4s, le revêtement inégal réduit la capacité massique unitaire de la batterie lipo 4s de 10 % à 20 %, mais la capacité de l'ensemble de la batterie lipo 4s a chuté de 60 %, ce qui montre que la qualité des éléments vivants dans la pièce de pôle a été significativement réduite. Le corps étranger métallique Co réduit la capacité et l'efficacité coulombique, et même à des taux élevés de 2C et 5C, il n'y a aucune capacité, ce qui peut être dû à la formation d'alliages par le métal Co dans la réaction électrochimique, ce qui entrave la délithiation et l'intercalation du lithium, ou cela peut être bloqué par les particules métalliques. Les pores du séparateur causent des micro-courts-circuits.
Fig.6 Influence du revêtement cathodique inégal et des corps étrangers métalliques Co et Al sur la capacité en taux et l'efficacité coulombique de la batterie lipo 4s
Résumé des défauts de la pièce de pôle positive : Les agrégats dans le revêtement de la pièce de pôle positive réduisent l'efficacité coulombique de la batterie lipo 4s. Les trous d'épingle dans le revêtement cathodique réduisent l'efficacité coulombique, entraînant une mauvaise performance en taux, surtout à des densités de courant élevées. Les revêtements non uniformes montrent une mauvaise performance en taux. La contamination par des particules métalliques peut provoquer des micro-courts-circuits, ce qui peut grandement réduire la capacité de la batterie lipo 4s.

(2) Les résultats de l'influence des défauts de surface de la pièce de pôle sur le cycle de taux de la batterie sont résumés comme suit :

Agglomération : à 2C, le taux de rétention de capacité de la batterie lipo 4s avec pièce de pôle non défectueuse est de 70 % pour 200 cycles, et la batterie lipo 4s défectueuse est de 12 %. À 5C, le taux de maintien de capacité de la batterie lipo 4s avec pièce de pôle non défectueuse est de 50 % pour 200 cycles, et la batterie lipo défectueuse est de 14 %.
Trou d'épingle : La dégradation de la capacité est évidente, mais pas aussi rapide que le défaut d'agglomération. Le taux de rétention de capacité à 2C et 5C après 200 cycles est respectivement de 47 % et 40 %.
Corps étranger métallique : La capacité du corps étranger métallique est presque nulle après plusieurs cycles, et la capacité à un cycle 5C de la feuille d'aluminium avec corps étranger métallique diminue significativement.
Bandes de feuille fuyantes : Sous la même zone de fuite de feuille, comparé à une grande bande (taux de rétention de capacité de 47 % pour 200 cycles à un cycle 5C), la capacité de la batterie lipo 4s avec plusieurs petites bandes diminue plus rapidement (200 cycles à un cycle 5C). Le taux de rétention de capacité du deuxième cycle est de 7 %. Cela montre que plus le nombre de bandes est grand, plus l'impact sur le cycle de la batterie lipo 4s est important.
Eh bien, ce qui précède est le contenu complet des types de défauts des pièces de pôle de batterie lipo 4s, leur impact et les méthodes de détection que CNHL vous a présentés aujourd'hui. Je crois qu'après avoir lu tout le texte, la compréhension de chacun sur la pièce de pôle de batterie lipo 4s s'est approfondie. Plus d'informations sur les batteries lithium sont continuellement mises à jour, à bientôt dans le prochain numéro.