Tipi comuni di difetti del pezzo del polo della batteria lipo 4s e la loro influenza e rilevamento

Attualmente, nel processo di preparazione dei pezzi polari della batteria 4s lipo, vengono utilizzate sempre più tecnologie di rilevamento online, al fine di identificare efficacemente i difetti di fabbricazione dei prodotti, eliminare i prodotti difettosi e fornire un feedback tempestivo alla linea di produzione, per effettuare regolazioni al processo produttivo in modo automatico o manuale, riducendo il tasso di difetti.
Nella parte seguente, CNHL, il produttore della batteria al litio 4s lipo, introdurrà brevemente il nuovo metodo di tecnologia di rilevamento per i difetti superficiali della batteria al litio 4s lipo - la tecnologia di termografia a infrarossi e la relazione tra questi diversi difetti e le prestazioni elettrochimiche. Vedi uno studio approfondito su questo di D. Mohanty et al.

1 Difetti comuni sulla superficie dei pezzi polari della batteria al litio 4s lipo

La figura 1 mostra un difetto comune sulla superficie del pezzo polare della batteria al litio 4s lipo, a sinistra un'immagine ottica, a destra un'immagine catturata da un termografo.

Fig. 1 Difetti comuni sulla superficie del pezzo polare: (a, b) sacchetti/grumi sollevati; (c, d) mancanze/fori; (e, f) corpi estranei metallici; (g, h) rivestimento irregolare
(a, b) Grumi/aglomerati sollevati, tali difetti possono verificarsi se la sospensione è agitata in modo non uniforme o la velocità di alimentazione del rivestimento è instabile. L'aggregazione del legante e del nero di carbone come agente conduttore provoca un basso contenuto di ingrediente attivo e pezzi polari leggeri.
(c, d) Mancanze/fori, queste aree difettose non sono rivestite e sono solitamente create da bolle d'aria nella sospensione. Riducendo la quantità di materiale attivo ed esponendo il collettore di corrente all'elettrolita, si riduce la capacità elettrochimica.
(e, f) Corpi estranei metallici, corpi estranei metallici introdotti nella sospensione o nell'attrezzatura e nell'ambiente, i corpi estranei metallici sono molto dannosi per la batteria al litio 4s lipo. Le particelle metalliche di dimensioni maggiori perforano direttamente il separatore, causando un cortocircuito tra gli elettrodi positivo e negativo, che è un cortocircuito fisico. Inoltre, quando i corpi estranei metallici si mescolano all'elettrodo positivo, il potenziale dell'elettrodo positivo aumenta dopo la carica, il metallo si dissolve, diffonde attraverso l'elettrolita e poi precipita sulla superficie dell'elettrodo negativo, infine perfora il diaframma e forma un cortocircuito, che è un cortocircuito da dissoluzione chimica. I corpi estranei metallici più comuni nel sito di produzione della batteria 4s lipo sono Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, ecc.
(g, h) Rivestimento irregolare, come la miscelazione insufficiente della sospensione, è probabile che compaiano striature quando la finezza delle particelle è elevata, causando un rivestimento irregolare, che influenzerà la coerenza della capacità della batteria 4s lipo, e persino apparire come se non ci fosse alcun rivestimento. Le strisce hanno un impatto sia sulla capacità che sulla sicurezza.

2 Tecnologia di rilevamento dei difetti sulla superficie del pezzo di polo della batteria lithium 4s lipo

L'imaging termico a infrarossi (IR) viene utilizzato per rilevare piccoli difetti sui pezzi di polo secchi che potrebbero danneggiare le prestazioni delle batterie lithium 4s lipo. Durante l'ispezione online, se vengono rilevati difetti degli elettrodi o contaminanti, questi vengono contrassegnati sui pezzi di polo, rimossi nei processi successivi e segnalati alla linea di produzione per regolare tempestivamente il processo e eliminare i difetti. L'infrarosso è un'onda elettromagnetica che ha la stessa natura delle onde radio e della luce visibile. Utilizzare un dispositivo elettronico speciale per convertire la distribuzione della temperatura della superficie dell'oggetto in un'immagine visibile all'occhio umano e visualizzare la distribuzione della temperatura della superficie dell'oggetto in colori diversi si chiama tecnologia di imaging termico a infrarossi, e questo dispositivo elettronico si chiama termocamera a infrarossi. Tutti gli oggetti sopra lo zero assoluto (-273°C) emettono radiazioni infrarosse.
Come mostrato nella Figura 2, un termocamera a infrarossi (IR Camera) utilizza un rilevatore a infrarossi e un obiettivo ottico per ricevere il modello di distribuzione dell'energia di radiazione infrarossa dell'oggetto target misurato e rifletterlo sull'elemento fotosensibile del rilevatore a infrarossi per ottenere un'immagine termica a infrarossi. Questa immagine termica corrisponde al campo di distribuzione termica sulla superficie dell'oggetto. Quando ci sono difetti sulla superficie dell'oggetto, si verifica uno spostamento di temperatura in quest'area. Pertanto, questa tecnologia può essere utilizzata anche per rilevare difetti sulla superficie dell'oggetto, specialmente per alcuni difetti che non possono essere risolti con metodi di rilevamento ottico. Quando il pezzo di polo secco della batteria lithium 4s lipo viene testato online, prima il pezzo di polo viene irradiato da una lampada flash, e la temperatura della superficie cambia, quindi la temperatura della superficie viene rilevata da un termocamera. L'immagine della distribuzione termica viene visualizzata, l'immagine viene elaborata e analizzata in tempo reale, e i difetti superficiali vengono rilevati e contrassegnati tempestivamente. La ricerca di D. Mohanty ha installato un termocamera all'uscita del forno di asciugatura del rivestitore per rilevare l'immagine della distribuzione della temperatura sulla superficie del pezzo di polo.
Figura 2. Diagramma schematico dell'aspetto della superficie del pezzo polare rilevato dal termografo

La Figura 3(a) mostra la distribuzione della temperatura della superficie del rivestimento dell'elettrodo catodico NMC rilevata dal termografo, che contiene un difetto molto piccolo non distinguibile a occhio nudo. La curva di distribuzione della temperatura corrispondente al segmento di linea è mostrata nell'inserto, con un picco di temperatura nel punto del difetto.
Nella casella corrispondente all'immagine in Fig. 3(b), la temperatura aumenta localmente, il che corrisponde al difetto sulla superficie del pezzo polare.
La Figura 4 è un grafico della distribuzione della temperatura superficiale del pezzo polare negativo che mostra l'esistenza di difetti, dove i picchi con aumento di temperatura corrispondono a bolle o agglomerati, e le zone con diminuzione di temperatura corrispondono a pinholes o cadute.

Figura 3 Distribuzione della temperatura tramite termografia sulla superficie dell'elettrodo positivo
Figura 4 Distribuzione della temperatura tramite termografia sulla superficie del pezzo polare negativo
Si può osservare che il rilevamento termografico della distribuzione della temperatura è un buon metodo per individuare i difetti superficiali dei pezzi polari e può essere utilizzato per il controllo qualità della produzione dei pezzi polari.

3 L'influenza dei difetti superficiali del pezzo polare della batteria lipo 4s al litio sulle prestazioni della batteria lipo 4s

(1) Influenza sulla capacità di carica e sull'efficienza coulombica della batteria lipo 4s

La Figura 5 mostra la curva di influenza degli agglomerati e dei pinholes sulla capacità di carica e sull'efficienza coulombica della batteria lipo 4s. Gli agglomerati possono effettivamente aumentare la capacità della batteria lipo 4s, ma riducono l'efficienza coulombica. I pinholes riducono la capacità e l'efficienza coulombica della batteria lipo 4s, e l'efficienza coulombica diminuisce notevolmente ad alte velocità.

Fig.5 Influenza degli agglomerati positivi e dei pinholes sulla capacità di carica e sull'efficienza coulombica della batteria lipo 4s

Fig.6 è la curva di influenza del rivestimento irregolare e della materia estranea metallica Co e Al sulla capacità di velocità e sull'efficienza coulombica della batteria lipo 4s, il rivestimento irregolare riduce la capacità unitaria di massa della batteria lipo 4s del 10%-20%, ma la capacità dell'intera batteria lipo 4s è diminuita del 60%, il che dimostra che la qualità degli elementi nel pezzo polare è stata significativamente ridotta. La materia estranea metallica Co riduce la capacità e l'efficienza coulombica, e anche a velocità elevate di 2C e 5C, non c'è capacità, il che può essere dovuto alla formazione di leghe da parte del metallo Co nella reazione elettrochimica, che ostacola la delitazione e l'intercalazione del litio, oppure può essere bloccato dai pori del separatore dalle particelle metalliche causando micro cortocircuiti.
Fig.6 Influenza del rivestimento catodico irregolare e della materia estranea metallica Co e Al sulla capacità di velocità e sull'efficienza coulombica della batteria lipo 4s
Riepilogo dei difetti del pezzo polare positivo: Gli aggregati nel rivestimento del pezzo polare positivo riducono l'efficienza coulombica della batteria lipo 4s. I fori puntiformi nel rivestimento del catodo riducono l'efficienza coulombica, causando scarse prestazioni di velocità, specialmente ad alte densità di corrente. I rivestimenti non uniformi mostrano scarse prestazioni di velocità. La contaminazione da particelle metalliche può causare micro cortocircuiti, che possono ridurre notevolmente la capacità della batteria lipo 4s.

(2) I risultati dell'influenza dei difetti superficiali del pezzo polare sul ciclo di velocità della batteria sono riassunti come segue:

Agglomerazione: a 2C, il tasso di ritenzione della capacità della batteria lipo 4s con pezzo polare non difettoso è del 70% per 200 cicli, e la batteria lipo 4s difettosa è del 12%. A 5C, il tasso di mantenimento della capacità della batteria lipo 4s con pezzo polare non difettoso è del 50% per 200 cicli, e la batteria lipo 4s difettosa è del 14%.
Foro puntiforme: Il decadimento della capacità è evidente, ma non così rapido come il difetto di agglomerato. Il tasso di ritenzione della capacità a 2C e 5C dopo 200 cicli è rispettivamente del 47% e del 40%.
Corpo estraneo metallico: La capacità del corpo estraneo metallico è quasi 0 dopo diversi cicli di corpo estraneo metallico, e la capacità di ciclo 5C del foglio di alluminio del corpo estraneo metallico diminuisce significativamente.
Strisce di foglio perdenti: Nella stessa area di foglio perdente, rispetto a una striscia grande (tasso di ritenzione della capacità del 47% per 200 cicli a ciclo 5C), la capacità della batteria lipo 4s con più strisce piccole diminuisce più rapidamente (200 cicli a ciclo 5C). Il tasso di ritenzione della capacità del secondo ciclo è del 7%). Ciò dimostra che maggiore è il numero di strisce, maggiore è l'impatto sul ciclo della batteria lipo 4s.
Bene, quanto sopra è il contenuto completo dei tipi di difetti del pezzo polare della batteria lipo 4s, il loro impatto e i metodi di rilevamento che CNHL vi ha presentato oggi. Credo che dopo aver letto l'intero testo, la comprensione del pezzo polare della batteria lipo 4s da parte di tutti sia stata approfondita. Ulteriori informazioni sulle batterie al litio vengono continuamente aggiornate, ci vediamo nel prossimo numero.