Vanlige 4s lipo batteripolstykke defekttyper og deres innflytelse og påvisning

For øyeblikket, i prosessen med å fremstille 4s lipo-batteri polstykker, brukes stadig flere online deteksjonsteknologier for effektivt å identifisere produksjonsfeil på produkter, eliminere defekte produkter og gi tilbakemelding til produksjonslinjen i tide, slik at produksjonsprosessen kan justeres automatisk eller manuelt, og redusere feilraten.
I det følgende vil CNHL, produsenten av lithium 4s lipo-batteri, kort introdusere den nye metoden for deteksjonsteknologi for overflatefeil på lithium 4s lipo-batteri - infrarød termisk bildeteknologi og sammenhengen mellom disse forskjellige defektene og elektrokjemisk ytelse. Se en grundig studie av D. Mohanty et al.

1 Vanlige defekter på overflaten av lithium 4s lipo-batteripolstykker

Figur 1 viser en vanlig defekt på overflaten av lithium 4s lipo-batteriets polstykke, til venstre er et optisk bilde, og til høyre er et bilde tatt med et termisk kamera.

Fig. 1 Vanlige defekter på overflaten av polstykket: (a, b) Hevede poser/agglomerater; (c, d) Ujevnheter/hull; (e, f) Metalliske fremmedlegemer; (g, h) Ujevn belegg
(a, b) Hevede klumper/agglomerater, slike defekter kan oppstå hvis slurryen røres ujevnt eller beleggets påføringshastighet er ustabil. Agglomerering av bindemiddel og karbon svart ledende middel resulterer i lavt innhold av aktiv ingrediens og lette polstykker.
(c, d) Ujevnheter/hull, disse defektområdene er ikke belagt og oppstår vanligvis på grunn av luftbobler i slurryen. De reduserer mengden aktivt materiale og eksponerer strømoppsamleren for elektrolytten, noe som reduserer den elektrokjemiske kapasiteten.
(e, f) Metalliske fremmedlegemer, metalliske fremmedlegemer introdusert i slurry eller utstyr og miljø, metalliske fremmedlegemer er svært skadelige for lithium 4s lipo-batteri. Metallpartikler av større størrelse punkterer direkte separatoren, noe som resulterer i kortslutning mellom positive og negative elektroder, som er en fysisk kortslutning. I tillegg, når metalliske fremmedlegemer blandes inn i den positive elektroden, øker den positive elektrodepotensialet etter lading, metallet løses opp, diffunderer gjennom elektrolytten, og utfelles deretter på den negative elektrodeoverflaten, og til slutt punkterer membranen og danner en kortslutning, som er en kjemisk oppløsningskortslutning. De vanligste metalliske fremmedlegemene på 4s lipo-batterifabrikkstedet er Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS osv.
(g, h) Ujevn belegg, som for eksempel utilstrekkelig blanding av slurry, kan striper lett oppstå når partikkelfinenheten er stor, noe som resulterer i ujevn belegg, noe som vil påvirke konsistensen i kapasiteten til 4s lipo-batteriet, og til og med fremstå som om det ikke er noe belegg i det hele tatt. Stripene påvirker både kapasitet og sikkerhet.

2 Teknologi for deteksjon av overflatefeil på lithium 4s lipo-batteriets polstykke

Infrarød (IR) termisk avbildning brukes til å oppdage små defekter på de tørre polstykkene som kan skade ytelsen til lithium 4s lipo-batterier. Under online inspeksjon, hvis elektrodedefekter eller forurensninger oppdages, markeres de på polstykkene, fjernes i påfølgende prosesser, og tilbakemeldes til produksjonslinjen for å justere prosessen i tide for å eliminere defekter. Infrarødt er en elektromagnetisk bølge som har samme natur som radiobølger og synlig lys. Å bruke en spesiell elektronisk enhet for å konvertere temperaturfordelingen på objektets overflate til et bilde synlig for det menneskelige øye, og vise temperaturfordelingen på objektets overflate i forskjellige farger, kalles infrarød termisk avbildningsteknologi, og denne elektroniske enheten kalles et infrarødt termisk kamera. Alle objekter over absolutt null (-273 °C) avgir infrarød stråling.
Som vist i Figur 2, bruker et infrarødt termisk kamera (IR-kamera) en infrarød detektor og et optisk bildeobjektiv for å motta det infrarøde strålingsenergimønsteret til det målte objektet og reflektere det på det fotosensitive elementet i den infrarøde detektoren for å oppnå et infrarødt termisk bilde. Dette termiske bildet tilsvarer det termiske fordelingsfeltet på overflaten av objektet. Når det er defekter på overflaten av objektet, vil det være en temperaturforskyvning i dette området. Derfor kan denne teknologien også brukes til å oppdage defekter på overflaten av objektet, spesielt for noen defekter som ikke kan oppdages med optiske deteksjonsmetoder. Når den tørre polstykket til lithium 4s lipo-batteriet testes online, blir først polstykket bestrålt med en blitzlampe, og overflatetemperaturen endres, deretter blir overflatetemperaturen oppdaget av et termisk kamera. Det termiske fordelingsbildet visualiseres, og bildet behandles og analyseres i sanntid, og overflatefeil oppdages og markeres i tide. D. Mohantys forskning installerte et termisk kamera ved utløpet av tørkeovnen til beleggeren for å oppdage temperaturfordelingsbildet på overflaten av polstykket.
Figur 2. Skjematisk diagram av utseendet på overflaten av polstykket oppdaget av termisk kamera

Figur 3(a) er temperaturfordelingen på beleggoverflaten til NMC-katodeelektroden oppdaget av termisk kamera, som inneholder en veldig liten defekt som ikke kan skilles med det blotte øye. Temperaturfordelingskurven som tilsvarer linjesegmentet på veien vises i innfeltet, og det er en temperatursprut ved defektpunktet.
I boksen som tilsvarer bildet i Fig. 3(b), øker temperaturen lokalt, noe som tilsvarer defekten på overflaten av polstykket.
Figur 4 er en graf over overflatetemperaturfordelingen på det negative polstykket som viser eksistensen av defekter, hvor toppene med økt temperatur tilsvarer bobler eller agglomerater, og områdene med redusert temperatur tilsvarer pinhull eller utfall.

Figur 3 Termisk bildetemperaturfordeling på overflaten av den positive elektroden
Figur 4 Termisk bildetemperaturfordeling på overflaten av det negative polstykket
Det kan sees at termisk bildedeteksjon av temperaturfordeling er en god metode for å oppdage overflatefeil på polstykker, og kan brukes til kvalitetskontroll av polstykkefremstilling.

3 Påvirkningen av overflatefeil på lithium 4s lipo-batteriets polstykke på ytelsen til 4s lipo-batteriet

(1) Påvirkning på kapasitetsrate og coulombisk effektivitet for 4s lipo-batteri

Figur 5 viser påvirkningskurven for agglomerater og pinhull på kapasitetsrate og coulombisk effektivitet for 4s lipo-batteri. Agglomeratene kan faktisk øke kapasiteten til 4s lipo-batteriet, men vil redusere den coulombiske effektiviteten. Pinhullet reduserer kapasiteten og den coulombiske effektiviteten til 4s lipo-batteriet, og den coulombiske effektiviteten faller kraftig ved høye rater.

Fig.5 Påvirkning av positive agglomerater og pinhull på kapasitetsrate og coulombisk effektivitet for 4s lipo-batteri

Fig.6 er påvirkningskurven for ujevnt belegg og metalliske fremmedlegemer Co og Al på sykluskapasitet og Coulomb-effektivitet til 4s lipo-batteri. Ujevnt belegg reduserer den enhetsmassekapasiteten til 4s lipo-batteriet med 10 %–20 %, men kapasiteten til hele 4s lipo-batteriet har falt med 60 %, noe som viser at kvaliteten på materialene i polstykket er betydelig redusert. Metallisk Co-fremmedlegeme reduserer kapasiteten og Coulomb-effektiviteten, og selv ved høye hastigheter på 2C og 5C er det ingen kapasitet i det hele tatt, noe som kan skyldes dannelse av legeringer av metallisk Co i den elektrokjemiske reaksjonen, som hindrer delithiering og litiuminterkalering, eller at metallpartikler blokkerer porene i separatoren og forårsaker mikro-kortslutninger.
Fig.6 Påvirkning av ujevnt katodebelegg og metalliske fremmedlegemer Co og Al på sykluskapasitet og Coulomb-effektivitet til 4s lipo-batteri
Oppsummering av positive polstykke-defekter: Agglomerater i den positive polstykkets belegg reduserer Coulomb-effektiviteten til 4s lipo-batteriet. Pinhull i katodebelegget reduserer Coulomb-effektiviteten, noe som resulterer i dårlig syklushastighetsprestasjon, spesielt ved høye strømtettheter. Ikke-uniforme belegg viser dårlig syklushastighetsprestasjon. Metallpartikkelkontaminasjon kan forårsake mikro-kortslutninger, som kan redusere kapasiteten til 4s lipo-batteriet betydelig.

(2) Påvirkningsresultatene av overflatefeil på polstykket på batteriets syklushastighet oppsummeres som følger:

Agglomerasjon: Ved 2C er kapasitetsretensjonen for 4s lipo-batteriet med feilfritt polstykke 70 % etter 200 sykluser, og for det defekte 4s lipo-batteriet 12 %. Ved 5C er kapasitetsretensjonen for 4s lipo-batteriet med feilfritt polstykke 50 % etter 200 sykluser, og for det defekte 4s lipo-batteriet 14 %.
Pinhull: Kapasitetsnedgangen er tydelig, men ikke så rask som agglomerasjonsdefekten. Kapasitetsretensjonen ved 2C og 5C etter 200 sykluser er henholdsvis 47 % og 40 %.
Metallfremmedlegeme: Kapasiteten til metallfremmedlegemet er nesten 0 etter flere sykluser med metallfremmedlegeme, og 5C sykluskapasiteten til metallfremmedlegeme Al-folie reduseres betydelig.
Lekkasjestriper i folie: Under samme lekkasjefolieområde, sammenlignet med en stor stripe (47 % kapasitetsretensjon etter 200 sykluser ved 5C), avtar kapasiteten til 4s lipo-batteriet med flere små striper raskere (200 sykluser ved 5C). Kapasitetsretensjonen i den andre syklusen er 7 %). Dette viser at jo flere striper, desto større påvirkning på syklusen til 4s lipo-batteriet.
Vel, ovenfor er det fullstendige innholdet om typene defekter på 4s lipo-batteriets polstykke, deres påvirkning og deteksjonsmetoder som CNHL har presentert for deg i dag. Jeg tror at etter å ha lest hele teksten, har alles forståelse av 4s lipo-batteriets polstykke blitt dypere. Mer informasjon om litiumbatterier oppdateres kontinuerlig, vi sees i neste utgave.