Veelvoorkomende defecttypen van 4s lipo batterijpoolstukken en hun invloed en detectie

Momenteel worden bij de bereiding van 4s lipo batterijpools steeds meer online detectietechnologieën gebruikt om productiefouten effectief te identificeren, defecte producten uit te sluiten en tijdig feedback te geven aan de productielijn, zodat de productieprocessen automatisch of handmatig kunnen worden aangepast en het defectpercentage wordt verminderd.
In het volgende deel zal CNHL, de fabrikant van lithium 4s lipo batterijen, kort de nieuwe detectiemethode voor oppervlaktefouten van lithium 4s lipo batterijen introduceren - infrarood warmtebeeldtechnologie en de relatie tussen deze verschillende defecten en elektrochemische prestaties. Zie een diepgaande studie hierover door D. Mohanty et al.

1 Veelvoorkomende defecten op het oppervlak van lithium 4s lipo batterijpoolstukken

Figuur 1 is een veelvoorkomend defect op het oppervlak van het lithium 4s lipo batterijpoolstuk, links is een optische afbeelding en rechts een afbeelding gemaakt met een warmtebeeldcamera.

Fig. 1 Veelvoorkomende defecten op het oppervlak van het poolstuk: (a, b) Opgeheven zakken/agglomeraten; (c, d) Druppels/pinholes; (e, f) Metaalvreemde stoffen; (g, h) Ongelijke coating
(a, b) Opgeheven balen/agglomeraten, dergelijke defecten kunnen optreden als de slurry ongelijkmatig wordt geroerd of de coatingtoevoersnelheid onstabiel is. Agglomeratie van bindmiddel en koolstofzwart geleidingsmiddel resulteert in een laag gehalte aan actieve stof en lichte poolstukken.
(c, d) Uitval/pinholes, deze defectgebieden zijn niet gecoat en worden meestal veroorzaakt door luchtbellen in de slurry. Ze verminderen de hoeveelheid actief materiaal en stellen de stroomverzamelaar bloot aan het elektrolyt, waardoor de elektrochemische capaciteit afneemt.
(e, f) Metaalvreemde stoffen, metaalvreemde stoffen geïntroduceerd in slurry of apparatuur en omgeving, metaalvreemde stoffen zijn zeer schadelijk voor lithium 4s lipo batterijen. De grotere metaaldeeltjes doorboren direct de separator, wat resulteert in een kortsluiting tussen de positieve en negatieve elektroden, wat een fysieke kortsluiting is. Bovendien, wanneer metaalvreemde stoffen in de positieve elektrode worden gemengd, neemt het positieve elektrodepotentiaal toe na het opladen, lost het metaal op, diffundeert door het elektrolyt en slaat vervolgens neer op het oppervlak van de negatieve elektrode, en doorboort uiteindelijk het membraan en vormt een kortsluiting, wat een chemische oplossingskortsluiting is. De meest voorkomende metaalvreemde stoffen op de 4s lipo batterijfabriek zijn Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, enz.
(g, h) Ongelijke coating, zoals onvoldoende mengen van de slurry, kunnen strepen ontstaan wanneer de deeltjesgrootte groot is, wat resulteert in een ongelijke coating, wat de consistentie van de capaciteit van de 4s lipo batterij zal beïnvloeden, en zelfs het voorkomen dat er helemaal geen coating is. De strepen hebben invloed op zowel capaciteit als veiligheid.

2 Technologie voor het detecteren van oppervlaktefouten op lithium 4s lipo batterij poolstukken

Infrarood (IR) thermische beeldvorming wordt gebruikt om kleine defecten op de droge poolstukken te detecteren die de prestaties van lithium 4s lipo batterijen kunnen beschadigen. Tijdens online inspectie, als elektrode-defecten of verontreinigingen worden gedetecteerd, worden deze op de poolstukken gemarkeerd, verwijderd in volgende processen, en teruggekoppeld naar de productielijn om het proces tijdig aan te passen en defecten te elimineren. Infrarood is een elektromagnetische golf die dezelfde aard heeft als radiogolven en zichtbaar licht. Het gebruik van een speciaal elektronisch apparaat om de temperatuurverdeling van het oppervlak van het object om te zetten in een voor het menselijk oog zichtbaar beeld, en de temperatuurverdeling van het oppervlak van het object in verschillende kleuren weer te geven, wordt infrarood thermische beeldvormingstechnologie genoemd, en dit elektronische apparaat wordt een infrarood thermische camera genoemd. Alle objecten boven het absolute nulpunt (-273°C) zenden infraroodstraling uit.
Zoals weergegeven in Figuur 2, gebruikt een infrarood thermische camera (IR Camera) een infrarooddetector en een optische beeldvormingsobjectieflens om het infraroodstralingsenergiedistributiepatroon van het gemeten doelobject te ontvangen en dit te projecteren op het fotosensitieve element van de infrarooddetector om een infrarood thermisch beeld te verkrijgen. Dit thermisch beeld komt overeen met het thermische distributieveld op het oppervlak van het object. Wanneer er defecten op het oppervlak van het object zijn, zal er een temperatuursverschuiving in dit gebied zijn. Daarom kan deze technologie ook worden gebruikt om defecten op het oppervlak van het object te detecteren, vooral voor sommige defecten die niet kunnen worden opgelost door optische detectiemethoden. Wanneer het droge poolstuk van een lithium 4s lipo batterij online wordt getest, wordt eerst het poolstuk bestraald door een flitslamp, waardoor de oppervlaktetemperatuur verandert, en vervolgens wordt de oppervlaktetemperatuur gedetecteerd door een thermische camera. Het thermische distributiebeeld wordt gevisualiseerd, en het beeld wordt in realtime verwerkt en geanalyseerd, waarbij oppervlaktefouten tijdig worden gedetecteerd en gemarkeerd. Het onderzoek van D. Mohanty installeerde een thermische camera bij de uitgang van de droogoven van de coater om het temperatuurdistributiebeeld op het oppervlak van het poolstuk te detecteren.
Figuur 2. Schematische weergave van het uiterlijk van het oppervlak van het poolstuk gedetecteerd door de thermische camera

Figuur 3(a) is de temperatuurverdeling van het coatingoppervlak van de NMC kathode-elektrode gedetecteerd door de thermische camera, die een zeer klein defect bevat dat met het blote oog niet te onderscheiden is. De temperatuurverdelingscurve die overeenkomt met het lijnsegment onderweg wordt weergegeven in de inset, en er is een temperatuurpiek op het defectpunt.
In het vak dat overeenkomt met de afbeelding in Fig. 3(b), neemt de temperatuur lokaal toe, wat overeenkomt met het defect op het oppervlak van het poolstuk.
Figuur 4 is een grafiek van de oppervlaktetemperatuurverdeling van het negatieve poolstuk die het bestaan van defecten toont, waarbij de pieken met verhoogde temperatuur overeenkomen met bellen of agglomeraten, en de gebieden met verlaagde temperatuur overeenkomen met pinholes of uitval.

Figuur 3 Thermische beeldvorming temperatuurverdeling op het oppervlak van de positieve elektrode
Figuur 4 Thermische beeldvorming temperatuurverdeling op het oppervlak van het negatieve poolstuk
Het is te zien dat thermische beeldvorming van temperatuurverdeling een goede methode is voor het detecteren van oppervlaktefouten van poolstukken, en kan worden gebruikt voor kwaliteitscontrole van de productie van poolstukken.

3 De invloed van lithium 4s lipo batterij poolstuk oppervlaktefouten op de prestaties van 4s lipo batterij

(1) Invloed op de capaciteitsafgifte en coulomb-efficiëntie van 4s lipo batterij

Figuur 5 is de invloedscurve van agglomeraten en pinholes op de capaciteitsafgifte en coulomb-efficiëntie van 4s lipo batterij. De agglomeraten kunnen de capaciteit van de 4s lipo batterij daadwerkelijk verhogen, maar zullen de coulomb-efficiëntie verlagen. De pinhole vermindert de capaciteit en coulomb-efficiëntie van de 4s lipo batterij, en de coulomb-efficiëntie daalt sterk bij hoge snelheden.

Fig.5 Invloed van positieve agglomeraten en pinholes op de capaciteitsafgifte en coulomb-efficiëntie van 4s lipo batterij

Fig.6 is de invloedscurve van ongelijke coating en metalen vreemde stoffen Co en Al op de snelheidscapaciteit en Coulomb-efficiëntie van 4s lipo batterij, ongelijke coating vermindert de eenheidsmassa capaciteit van de 4s lipo batterij met 10%-20%, maar de capaciteit van de gehele 4s lipo batterij is met 60% gedaald, wat aantoont dat de kwaliteit van het materiaal in het poolstuk aanzienlijk is verminderd. Metaal Co vreemde stoffen verminderen de capaciteit en Coulomb-efficiëntie, en zelfs bij hoge snelheden van 2C en 5C is er helemaal geen capaciteit, wat mogelijk te wijten is aan de vorming van legeringen door metaal Co in de elektrochemische reactie, wat delithiëren en lithium intercalatie belemmert, of het kan zijn dat de poriën van de separator door metaaldeeltjes worden geblokkeerd, wat micro-kortsluitingen veroorzaakt.
Fig.6 Invloed van ongelijke kathode coating en metalen vreemde stoffen Co en Al op de snelheidscapaciteit en Coulomb-efficiëntie van 4s lipo batterij
Samenvatting van positieve poolstuk defecten: Agglomeraten in de positieve poolstuk coating verminderen de Coulomb-efficiëntie van de 4s lipo batterij. Pinholes in de kathode coating verminderen de Coulomb-efficiëntie, wat resulteert in slechte snelheids prestaties, vooral bij hoge stroomdichtheden. Niet-uniforme coatings vertonen slechte snelheids prestaties. Metaaldeeltjesverontreiniging kan micro-kortsluitingen veroorzaken, wat de capaciteit van de 4s lipo batterij sterk kan verminderen.

(2) De invloedsresultaten van de oppervlakte defecten van het poolstuk op de snelheidscyclus van de batterij worden als volgt samengevat:

Agglomeratie: bij 2C is het capaciteitsbehoud van de niet-defecte poolstuk 4s lipo batterij 70% na 200 cycli, en van de defecte 4s lipo batterij 12%. Bij 5C is het capaciteitsbehoud van de niet-defecte poolstuk 4s lipo batterij 50% na 200 cycli, en van de defecte 4s lipo batterij 14%.
Pinhole: De capaciteitsafname is duidelijk, maar niet zo snel als het agglomeratie defect. Het capaciteitsbehoud bij 2C en 5C na 200 cycli is respectievelijk 47% en 40%.
Metaal vreemd lichaam: De capaciteit van het metaal vreemd lichaam is bijna 0 na meerdere cycli, en de 5C cyclus capaciteit van metaal vreemd lichaam Al folie neemt aanzienlijk af.
Lekke folie strepen: Onder hetzelfde lekgebied van de folie, vergeleken met een grote streep (47% capaciteitsbehoud na 200 cycli bij 5C cyclus), neemt de capaciteit van 4s lipo batterij met meerdere kleine strepen sneller af (200 cycli bij 5C cyclus). Het capaciteitsbehoud van de tweede cyclus is 7%). Dit toont aan dat hoe groter het aantal strepen, hoe groter de impact op de cyclus van de 4s lipo batterij.
Nou, het bovenstaande is de volledige inhoud van de soorten defecten aan 4s lipo batterij poolstukken, hun impact en detectiemethoden die CNHL u vandaag heeft gebracht. Ik geloof dat na het lezen van de hele tekst ieders begrip van het 4s lipo batterij poolstuk is verdiept. Meer informatie over lithiumbatterijen wordt continu bijgewerkt, tot ziens in de volgende uitgave.