일반적인 4s 리포 배터리 폴 피스 결함 유형과 그 영향 및 감지 방법

현재 4s 리포 배터리 극판 제조 과정에서 점점 더 많은 온라인 검출 기술이 사용되어 제품의 제조 결함을 효과적으로 식별하고 불량품을 제거하며 생산 라인에 신속히 피드백하여 생산 공정을 자동 또는 수동으로 조정하여 결함률을 줄이고 있습니다.
다음 부분에서는 CNHL, 리튬 4s 리포 배터리 제조업체가 리튬 4s 리포 배터리 표면 결함의 새로운 검출 기술인 적외선 열화상 기술과 이러한 다양한 결함과 전기화학적 성능 간의 관계를 간략히 소개합니다. 이에 대한 심층 연구는 D. Mohanty 등에서 확인할 수 있습니다.

1 리튬 4s 리포 배터리 극판 표면의 일반적인 결함

그림 1은 리튬 4s 리포 배터리 극판 표면의 일반적인 결함으로, 왼쪽은 광학 이미지이고 오른쪽은 열화상기로 촬영한 이미지입니다.

그림 1 극판 표면의 일반적인 결함: (a, b) 돌출된 덩어리/응집체; (c, d) 결손/핀홀; (e, f) 금속 이물질; (g, h) 불균일 코팅
(a, b) 돌출된 덩어리/응집체, 이러한 결함은 슬러리가 고르게 교반되지 않거나 코팅 공급 속도가 불안정할 때 발생할 수 있습니다. 바인더와 카본 블랙 전도제의 응집은 활성 성분 함량이 낮고 무게가 가벼운 극판을 초래합니다.
(c, d) 결손/핀홀, 이 결함 부위는 코팅되지 않았으며 보통 슬러리 내의 기포에 의해 생성됩니다. 이는 활성 물질의 양을 줄이고 전류 집전체를 전해질에 노출시켜 전기화학적 용량을 감소시킵니다.
(e, f) 금속 이물질, 슬러리 또는 장비와 환경에 유입된 금속 이물질은 리튬 4s 리포 배터리에 매우 해롭습니다. 크기가 큰 금속 입자는 분리막을 직접 뚫어 양극과 음극 사이에 단락을 일으키며, 이는 물리적 단락입니다. 또한 금속 이물질이 양극에 혼입되면 충전 후 양극 전위가 상승하고 금속이 용해되어 전해질을 통해 확산된 후 음극 표면에 침전되어 결국 분리막을 뚫고 단락을 형성하는데, 이는 화학적 용해 단락입니다. 4s 리포 배터리 공장 현장에서 가장 흔한 금속 이물질은 Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS 등입니다.
(g, h) 불균일한 코팅, 예를 들어 슬러리가 충분히 혼합되지 않은 경우, 입자 미세도가 클 때 줄무늬가 나타나 불균일한 코팅이 발생하며, 이는 4s 리포 배터리의 용량 일관성에 영향을 미치고 심지어 코팅이 전혀 없는 것처럼 보이는 줄무늬가 나타나 용량과 안전성 모두에 영향을 준다.

2 리튬 4s 리포 배터리 극판 표면 결함 검출 기술

적외선(IR) 열화상은 리튬 4s 리포 배터리의 성능에 손상을 줄 수 있는 건조 극판의 미세 결함을 검출하는 데 사용된다. 온라인 검사 중에 전극 결함이나 오염물이 발견되면 극판에 표시하고, 이후 공정에서 제거하며, 생산 라인에 피드백하여 공정을 적시에 조정하여 결함을 제거한다. 적외선은 라디오파 및 가시광선과 동일한 성질을 가진 전자기파이다. 특수 전자 장치를 사용하여 물체 표면의 온도 분포를 인간의 눈에 보이는 이미지로 변환하고, 물체 표면의 온도 분포를 다양한 색상으로 표시하는 기술을 적외선 열화상 기술이라 하며, 이 전자 장치를 적외선 열화상기라 한다. 절대 영도(-273°C) 이상의 모든 물체는 적외선 복사를 방출한다.
그림 2에 나타난 바와 같이, 적외선 열화상기(IR 카메라)는 적외선 검출기와 광학 영상 대물렌즈를 사용하여 측정 대상 물체의 적외선 복사 에너지 분포 패턴을 수신하고 이를 적외선 검출기의 감광 요소에 반사시켜 적외선 열화상을 얻는다. 이 열화상은 물체 표면의 열 분포 필드에 해당한다. 물체 표면에 결함이 있을 경우 이 영역에서 온도 변화가 발생한다. 따라서 이 기술은 특히 광학 검출 방법으로는 해상할 수 없는 일부 결함을 포함하여 물체 표면의 결함을 검출하는 데에도 사용될 수 있다. 리튬 4s 리포 배터리의 건조 극판을 온라인으로 검사할 때, 먼저 극판에 플래시 램프를 조사하여 표면 온도 변화를 유도한 후 열화상기로 표면 온도를 감지한다. 열 분포 이미지를 시각화하고, 이미지를 실시간으로 처리 및 분석하여 표면 결함을 즉시 검출하고 표시한다. D. Mohanty의 연구에서는 코터 건조 오븐 출구에 열화상기를 설치하여 극판 표면의 온도 분포 이미지를 감지하였다.
그림 2. 열화상기로 감지한 극판 표면 외관의 개략도

그림 3(a)는 열화상기로 감지한 NMC 양극 코팅 표면의 온도 분포로, 육안으로 구분할 수 없는 매우 작은 결함을 포함합니다. 경로상의 선분에 해당하는 온도 분포 곡선이 삽입 그림에 표시되어 있으며, 결함 지점에서 온도 급증이 있습니다.
그림 3(b)의 이미지에 해당하는 상자 내에서 온도가 국부적으로 상승하는데, 이는 극판 표면의 결함에 해당합니다.
그림 4는 결함 존재를 보여주는 음극 극판 표면 온도 분포 그래프로, 온도가 상승한 봉우리는 기포 또는 응집체에 해당하며, 온도가 낮은 영역은 핀홀 또는 탈락에 해당합니다.

그림 3 양극 표면의 열화상 온도 분포
그림 4 음극 극판 표면의 열화상 온도 분포
열화상 온도 분포 검출이 극판 표면 결함을 감지하는 좋은 방법임을 알 수 있으며, 극판 제조의 품질 관리에 사용할 수 있습니다.

3 리튬 4s 리포 배터리 극판 표면 결함이 4s 리포 배터리 성능에 미치는 영향

(1) 4s 리포 배터리의 속도 용량 및 쿨롱 효율에 미치는 영향

그림 5는 4s 리포 배터리의 속도 용량 및 쿨롱 효율에 대한 응집체와 핀홀의 영향 곡선입니다. 응집체는 실제로 4s 리포 배터리의 용량을 증가시킬 수 있지만 쿨롱 효율은 감소시킵니다. 핀홀은 4s 리포 배터리의 용량과 쿨롱 효율을 감소시키며, 고속에서 쿨롱 효율이 크게 떨어집니다.

그림 5 4s 리포 배터리의 속도 용량 및 쿨롱 효율에 대한 양성 응집체와 핀홀의 영향

그림 6은 불균일 코팅과 금속 이물질 Co 및 Al이 4s 리포 배터리의 속도 용량 및 쿨롱 효율에 미치는 영향 곡선입니다. 불균일 코팅은 4s 리포 배터리의 단위 질량 용량을 10%-20% 감소시키지만, 전체 4s 리포 배터리 용량은 60% 감소하여 극판 내 생명체 품질이 크게 저하되었음을 보여줍니다. 금속 Co 이물질은 용량과 쿨롱 효율을 감소시키며, 2C 및 5C의 높은 속도에서도 용량이 전혀 없는데, 이는 금속 Co가 전기화학 반응에서 합금을 형성하여 탈리튬화 및 리튬 삽입을 방해하거나 금속 입자가 분리막의 기공을 막아 미세 단락을 일으키기 때문일 수 있습니다.
그림 6. 불균일한 양극 코팅과 금속 이물질 Co 및 Al이 4s 리포 배터리의 속도 용량 및 쿨롱 효율에 미치는 영향
양극 극판 결함 요약: 양극 극판 코팅 내 응집체는 4s 리포 배터리의 쿨롱 효율을 감소시킵니다. 양극 코팅의 핀홀은 쿨롱 효율을 저하시켜 특히 높은 전류 밀도에서 속도 성능이 저하됩니다. 불균일한 코팅은 속도 성능이 좋지 않습니다. 금속 입자 오염은 미세 단락을 일으켜 4s 리포 배터리의 용량을 크게 감소시킬 수 있습니다.

(2) 극판 표면 결함이 배터리 속도 사이클에 미치는 영향 결과는 다음과 같이 요약됩니다:

응집: 2C에서 결함 없는 극판 4s 리포 배터리의 200회 사이클 용량 유지율은 70%이고, 결함 있는 4s 리포 배터리는 12%입니다. 5C에서는 결함 없는 극판 4s 리포 배터리의 용량 유지율이 200회 사이클에서 50%이고, 결함 있는 배터리는 14%입니다.
핀홀: 용량 감소가 뚜렷하지만 응집 결함만큼 빠르지는 않습니다. 200회 사이클 후 2C와 5C에서의 용량 유지율은 각각 47%와 40%입니다.
금속 이물질: 금속 이물질이 있는 경우 여러 사이클 후 용량이 거의 0에 가깝고, 금속 이물질이 있는 Al 호일의 5C 사이클 용량이 크게 감소합니다.
누설된 호일 줄무늬: 동일한 누설 호일 면적에서, 큰 줄무늬(5C 사이클에서 200회 사이클 시 용량 유지율 47%)와 비교할 때, 여러 개의 작은 줄무늬가 있는 4s 리포 배터리의 용량은 더 빠르게 감소합니다(5C 사이클에서 200회 사이클 시 용량 유지율 7%). 이는 줄무늬 수가 많을수록 4s 리포 배터리의 사이클에 미치는 영향이 크다는 것을 보여줍니다.
음, 위 내용은 오늘 CNHL이 여러분께 전해드리는 4s 리포 배터리 극판 결함 유형, 그 영향 및 검출 방법에 대한 전체 내용입니다. 전체 글을 읽고 나면 모두가 4s 리포 배터리 극판에 대한 이해가 깊어졌을 것이라 믿습니다. 더 많은 리튬 배터리 정보는 지속적으로 업데이트되니 다음 호에서 뵙겠습니다.