סוגי פגמים נפוצים בחלקי קוטב של סוללות ליפו 4s והשפעתם וזיהויים

כיום, בתהליך הכנת חתיכות הקוטב של סוללת 4s ליפו, נעשה שימוש גובר בטכנולוגיות זיהוי מקוונות, כדי לזהות ביעילות פגמים בייצור המוצרים, להסיר מוצרים פגומים, ולספק משוב בזמן אמת לקו הייצור, כדי לבצע התאמות בתהליך הייצור באופן אוטומטי או ידני, ולהפחית את שיעור הפגמים.
בחלק הבא, CNHL, יצרנית סוללות ליתיום 4s ליפו, תציג בקצרה את שיטת הגילוי החדשה לטכנולוגיית זיהוי פגמים על פני שטח סוללות ליתיום 4s ליפו - טכנולוגיית הדמיה תרמית אינפרא-אדומה ואת הקשר בין הפגמים השונים הללו לביצועים האלקטרוכימיים. ראו מחקר מעמיק בנושא זה מאת D. Mohanty ואחרים.

1 פגמים נפוצים על פני שטח חתיכות הקוטב של סוללות ליתיום 4s ליפו

איור 1 הוא פגם נפוץ על פני שטח חתיכת הקוטב של סוללת ליתיום 4s ליפו, משמאל תמונה אופטית, ומימין תמונה שצולמה על ידי מצלמת תרמית.

איור 1 פגמים נפוצים על פני שטח חתיכת הקוטב: (a, b) שקיות/צברים בולטים; (c, d) טיפות/חוריים; (e, f) גופים זרים ממתכת; (g, h) ציפוי לא אחיד
(a, b) גושים/צברים בולטים, פגמים כאלה יכולים להתרחש אם התערובת נערכה בצורה לא אחידה או אם קצב ההזנה לציפוי אינו יציב. הצטברות של חומר הקשירה וסוכן מוליך פחמן שחור גורמת לתכולת חומר פעיל נמוכה ולחתיכות קוטב קלות משקל.
(c, d) אזורי נפילה/חוריים, אזורים פגומים אלה אינם מצופים ונוצרים בדרך כלל על ידי בועות אוויר בתמיסה. הם מפחיתים את כמות החומר הפעיל וחשופים את אוסף הזרם לאלקטרוליט, ובכך מפחיתים את הקיבולת האלקטרוכימית.
(e, f) גופים זרים ממתכת, גופים זרים ממתכת שהוכנסו בתמיסה או בציוד ובסביבה, גופים זרים ממתכת מזיקים מאוד לסוללת ליתיום 4s ליפו. חלקיקי המתכת הגדולים יותר חודרים ישירות למפריד, וגורמים לקצר חשמלי בין האלקטרודות החיובית והשלילית, שזהו קצר פיזי. בנוסף, כאשר גופים זרים ממתכת מעורבבים באלקטרודה החיובית, הפוטנציאל של האלקטרודה החיובית עולה לאחר הטעינה, המתכת מתמוססת, מתפזרת דרך האלקטרוליט, ואז משקעת על פני השטח של האלקטרודה השלילית, ולבסוף חודרת את הממברנה ויוצרת קצר חשמלי, שזהו קצר כימי ממס. הגופים הזרזים ממתכת הנפוצים ביותר באתר מפעל סוללות 4s ליפו הם Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS וכו'.
(g, h) ציפוי לא אחיד, כגון ערבוב לא מספק של התערובת, עלולים להופיע פסים כאשר גודל החלקיקים גדול, מה שגורם לציפוי לא אחיד, וישפיע על אחידות הקיבולת של סוללת 4s lipo, ואפילו ייראו פסים ללא ציפוי כלל. הפסים משפיעים הן על הקיבולת והן על הבטיחות.

2 טכנולוגיית זיהוי פגמי פני שטח בקוטבי סוללת ליתיום 4s lipo

הדמיית חום אינפרא-אדום (IR) משמשת לזיהוי פגמים זעירים בקוטבי היבש שעלולים לפגוע בביצועי סוללות ליתיום 4s lipo. במהלך הבדיקה באונליין, אם מזוהים פגמים באלקטרודה או מזהמים, מסמנים אותם על הקוטבים, מסירים אותם בתהליכים הבאים, ומחזירים את המידע לקו הייצור כדי להתאים את התהליך בזמן ולבטל את הפגמים. אינפרא-אדום הוא גל אלקטרומגנטי שיש לו את אותה טבע כמו גלי רדיו ואור נראה. שימוש במכשיר אלקטרוני מיוחד להמרת הפצת הטמפרטורה על פני שטח האובייקט לתמונה הנראית לעין האנושית, והצגת הפצת הטמפרטורה בצבעים שונים, נקרא טכנולוגיית הדמיית חום אינפרא-אדום, והמכשיר האלקטרוני הזה נקרא מצלמת חום אינפרא-אדום. כל האובייקטים מעל האפס המוחלט (-273°C) פולטים קרינה אינפרא-אדומה.
כפי שמוצג באיור 2, מצלמת חום אינפרא-אדום (IR Camera) משתמשת בגלאי אינפרא-אדום ועדשה אופטית לקבלת דפוס הפצת אנרגיית הקרינה האינפרא-אדומה של האובייקט הנמדד ולהציגו על האלמנט הרגיש לאור של גלאי האינפרא-אדום כדי לקבל תמונת חום אינפרא-אדומה. תמונת החום הזו מתאימה לשדה הפצת החום על פני שטח האובייקט. כאשר יש פגמים על פני השטח של האובייקט, תהיה סטיית טמפרטורה באזור זה. לכן, טכנולוגיה זו יכולה לשמש גם לזיהוי פגמים על פני השטח של האובייקט, במיוחד לפגמים שאינם ניתנים לזיהוי בשיטות גילוי אופטיות. כאשר בודקים את קוטב היבש של סוללת ליתיום 4s lipo באונליין, קודם כל הקוטב מוקרן על ידי מנורת הבזק, וטמפרטורת פני השטח משתנה, ואז טמפרטורת פני השטח מתגלה על ידי מצלמת חום. תמונת הפצת החום מוצגת, והתמונה מעובדת ומנותחת בזמן אמת, ופגמי פני השטח מזוהים ומסומנים בזמן. המחקר של D. Mohanty התקין מצלמת חום ביציאת תנור הייבוש של הציפוי כדי לזהות את תמונת הפצת הטמפרטורה על פני שטח הקוטב.
איור 2. דיאגרמת סכמטית של מראה פני השטח של חתיכת הקוטב שזוהתה על ידי מצלמת חום

איור 3(א) הוא התפלגות הטמפרטורה של פני השטח של ציפוי אלקטרודת הקתודה NMC שזוהתה על ידי מצלמת חום, המכילה פגם קטן מאוד שלא ניתן להבחין בו בעין בלתי מזוינת. עקומת התפלגות הטמפרטורה המתאימה למקטע הקו בדרך מוצגת בהכנסה, ויש זינוק בטמפרטורה בנקודת הפגם.
בתיבה המתאימה לתמונה באיור 3(ב), הטמפרטורה עולה מקומית, מה שמתאים לפגם על פני חתיכת הקוטב.
איור 4 הוא גרף התפלגות טמפרטורת המשטח של חתיכת הקוטב השלילית המראה את קיומם של פגמים, כאשר הפסגות עם טמפרטורה מוגברת מתאימות לבועות או גושים, והאזורים עם טמפרטורה מופחתת מתאימים לנקבי סיכה או נפילות.

איור 3 התפלגות טמפרטורת הדמיית חום על פני משטח האלקטרודה החיובית
איור 4 התפלגות טמפרטורת הדמיית חום על פני משטח חתיכת הקוטב השלילית
ניתן לראות שזיהוי טמפרטורת התפלגות באמצעות הדמיית חום הוא שיטה טובה לזיהוי פגמים במשטח חתיכות הקוטב, וניתן להשתמש בה לבקרת איכות בייצור חתיכות הקוטב.

3 השפעת פגמים במשטח חתיכת הקוטב של סוללת ליתיום 4s ליפו על ביצועי סוללת 4s ליפו

(1) השפעה על קיבולת הקצב ויעילות הקולומב של סוללת 4s ליפו

איור 5 הוא עקומת ההשפעה של גושים ונקבי סיכה על קיבולת הקצב ויעילות הקולומב של סוללת 4s ליפו. הגושים יכולים למעשה להגדיל את הקיבולת של סוללת 4s ליפו, אך יפחיתו את יעילות הקולומב. נקב הסיכה מפחית את הקיבולת ואת יעילות הקולומב של סוללת 4s ליפו, ויעילות הקולומב יורדת משמעותית בקצבים גבוהים.

איור 5 השפעת גושים חיוביים ונקבי סיכה על קיבולת הקצב ויעילות הקולומב של סוללת 4s ליפו

איור 6 הוא עקומת ההשפעה של ציפוי לא אחיד וחומר זר מתכתי Co ו-Al על קיבולת הקצב והיעילות הקולומבית של סוללת 4s ליפו, ציפוי לא אחיד מפחית את קיבולת המסה היחידנית של סוללת 4s ליפו ב-10%-20%, אך הקיבולת של כל סוללת 4s ליפו ירדה ב-60%, מה שמראה שאיכות החומר בחלק הקוטב ירדה משמעותית. חומר זר מתכתי Co מפחית את הקיבולת והיעילות הקולומבית, ואפילו בקצבים גבוהים של 2C ו-5C אין כלל קיבולת, ייתכן שזה נובע מהיווצרות סגסוגות על ידי מתכת Co בתגובה האלקטרוכימית, שמפריעה לדליטה ולאינטרקלציה של ליתיום, או שהנימים של המפריד נחסמים על ידי חלקיקים מתכתיים וגורמים לקצרים מיקרוסקופיים.
איור 6 השפעת ציפוי קתודה לא אחיד וחומר זר מתכתי Co ו-Al על קיבולת הקצב והיעילות הקולומבית של סוללת 4s ליפו
סיכום פגמי חלק הקוטב החיובי: צבירות בציפוי חלק הקוטב החיובי מפחיתות את היעילות הקולומבית של סוללת 4s ליפו. חורי סיכה בציפוי הקתודה מפחיתים את היעילות הקולומבית, מה שגורם לביצועי קצב גרועים, במיוחד בצפיפויות זרם גבוהות. ציפויים לא אחידים מציגים ביצועי קצב גרועים. זיהום של חלקיקים מתכתיים יכול לגרום לקצרים מיקרוסקופיים, מה שיכול להפחית משמעותית את הקיבולת של סוללת 4s ליפו.

(2) סיכום תוצאות ההשפעה של פגמי פני השטח של חלק הקוטב על מחזור הקצב של הסוללה הוא כדלקמן:

צבירה: ב-2C, שיעור שמירת הקיבולת של סוללת 4s ליפו עם חלק קוטב ללא פגמים הוא 70% ל-200 מחזורים, ושל סוללת 4s ליפו עם פגם הוא 12%. ב-5C, שיעור שמירת הקיבולת של סוללת 4s ליפו עם חלק קוטב ללא פגמים הוא 50% ל-200 מחזורים, ושל סוללת 4s ליפו עם פגם הוא 14%.
חור סיכה: דעיכת הקיבולת ברורה, אך לא מהירה כמו פגם הצבירה. שיעור שמירת הקיבולת ב-2C ו-5C לאחר 200 מחזורים הוא 47% ו-40%, בהתאמה.
גוף זר מתכתי: הקיבולת של גוף זר מתכתי היא כמעט 0 לאחר מספר מחזורים, וקיבולת מחזור 5C של רדיד אלומיניום עם גוף זר מתכתי יורדת משמעותית.
פסי רדיד דולפים: תחת אותו אזור רדיד דולף, בהשוואה לפס רחב (שיעור שמירת קיבולת של 47% ל-200 מחזורים במחזור 5C), הקיבולת של סוללת 4s ליפו עם מספר פסי רדיד קטנים קטנה מהר יותר (שיעור שמירת קיבולת במחזור השני של 7% ל-200 מחזורים במחזור 5C). זה מראה שככל שמספר הפסים גדול יותר, כך ההשפעה על מחזור חיי סוללת 4s ליפו גדולה יותר.
ובכן, לעיל הוא התוכן המלא של סוגי הפגמים בחלקי הקוטב של סוללת 4s ליפו, השפעתם ושיטות הגילוי שהביאה לכם CNHL היום. אני מאמין שאחרי קריאת כל הטקסט, ההבנה של כולם לגבי חלק הקוטב של סוללת 4s ליפו התעמקה. מידע נוסף על סוללות ליתיום מתעדכן כל הזמן, נתראה בגיליון הבא.