Tipos comuns de defeitos na peça do polo da bateria lipo 4s e a sua influência e deteção

Atualmente, no processo de preparação das 4s lipo battery peças de pólo, são utilizadas cada vez mais tecnologias de deteção online, de forma a identificar eficazmente os defeitos de fabrico dos produtos, eliminar produtos defeituosos e fornecer feedback atempado à linha de produção, para que sejam feitos ajustes ao processo de produção automaticamente ou manualmente, reduzindo a taxa de defeitos.
Na parte seguinte, a CNHL, fabricante de baterias de lítio 4s lipo battery, irá apresentar brevemente o novo método de tecnologia de deteção para defeitos superficiais das baterias de lítio 4s lipo battery - tecnologia de termografia por infravermelhos e a relação entre estes diferentes defeitos e o desempenho eletroquímico. Veja um estudo aprofundado sobre este tema por D. Mohanty et al.

1 Defeitos comuns na superfície das peças de pólo da bateria de lítio 4s lipo battery

A Figura 1 mostra um defeito comum na superfície da peça de pólo da bateria de lítio 4s lipo battery, à esquerda uma imagem ótica e à direita uma imagem capturada por uma câmara térmica.

Fig. 1 Defeitos comuns na superfície da peça de pólo: (a, b) Bolsas/aglomerados elevados; (c, d) Quedas/poros; (e, f) Corpos estranhos metálicos; (g, h) Revestimento irregular
(a, b) Bolsas/aglomerados elevados, estes defeitos podem ocorrer se a pasta for agitada de forma desigual ou se a taxa de alimentação do revestimento for instável. A aglomeração do ligante e do agente condutor negro de fumo resulta em peças de pólo com baixo teor de ingrediente ativo e peso reduzido.
(c, d) Quedas/poros, estas áreas defeituosas não são revestidas e são geralmente criadas por bolhas de ar na pasta. Reduzem a quantidade de material ativo e expõem o coletor de corrente ao eletrólito, diminuindo assim a capacidade eletroquímica.
(e, f) Corpos estranhos metálicos, corpos estranhos metálicos introduzidos na pasta ou no equipamento e ambiente, são muito prejudiciais à bateria de lítio 4s lipo battery. As partículas metálicas de maior tamanho perfuram diretamente o separador, causando um curto-circuito físico entre os eletrodos positivo e negativo. Além disso, quando corpos estranhos metálicos se misturam ao eletrodo positivo, o potencial do eletrodo positivo aumenta após a carga, o metal dissolve-se, difunde-se através do eletrólito e depois precipita na superfície do eletrodo negativo, perfurando finalmente a membrana e formando um curto-circuito, que é um curto-circuito por dissolução química. Os corpos estranhos metálicos mais comuns na fábrica de 4s lipo battery são Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, etc.
(g, h) Revestimento irregular, como mistura insuficiente da pasta, é provável que apareçam estrias quando a finura das partículas é grande, resultando em revestimento irregular, o que afetará a consistência da capacidade da 4s lipo battery, podendo até parecer que não há revestimento algum. As estrias afetam tanto a capacidade como a segurança.

2 Tecnologia de deteção de defeitos na superfície das peças de pólo da bateria de lítio 4s lipo battery

A termografia por infravermelhos (IR) é usada para detetar pequenos defeitos nas peças de pólo secas que podem prejudicar o desempenho das baterias de lítio 4s lipo battery. Durante a inspeção online, se forem detetados defeitos nos eletrodos ou contaminantes, estes são marcados nas peças de pólo, removidos nos processos subsequentes e é dado feedback à linha de produção para ajustar o processo a tempo e eliminar os defeitos. O infravermelho é uma onda eletromagnética que tem a mesma natureza das ondas de rádio e da luz visível. Utilizando um dispositivo eletrónico especial para converter a distribuição de temperatura da superfície do objeto numa imagem visível ao olho humano, e mostrar a distribuição de temperatura da superfície do objeto em diferentes cores, chama-se tecnologia de termografia por infravermelhos, e este dispositivo eletrónico chama-se câmara térmica por infravermelhos. Todos os objetos acima do zero absoluto (-273°C) emitem radiação infravermelha.
Como mostrado na Figura 2, uma câmara térmica por infravermelhos (IR Camera) usa um detector infravermelho e uma lente objetiva de imagem ótica para receber o padrão de distribuição da energia da radiação infravermelha do objeto alvo medido e refletir isso no elemento fotossensível do detector infravermelho para obter uma imagem térmica por infravermelhos, esta imagem térmica corresponde ao campo de distribuição térmica na superfície do objeto. Quando existem defeitos na superfície do objeto, haverá uma alteração de temperatura nessa área. Portanto, esta tecnologia pode também ser usada para detetar defeitos na superfície do objeto, especialmente para alguns defeitos que não podem ser resolvidos por métodos de deteção ótica. Quando a peça de pólo seca da bateria de lítio 4s lipo battery é testada online, primeiro a peça de pólo é irradiada por uma lâmpada de flash, a temperatura da superfície muda, e depois a temperatura da superfície é detetada por uma câmara térmica. A imagem da distribuição térmica é visualizada, a imagem é processada e analisada em tempo real, e os defeitos superficiais são detetados e marcados a tempo. A pesquisa de D. Mohanty instalou uma câmara térmica na saída do forno de secagem do revestidor para detetar a imagem da distribuição de temperatura na superfície da peça de pólo.
Figura 2. Diagrama esquemático da aparência da superfície da peça de pólo detetada pela câmara térmica

A Figura 3(a) é a distribuição de temperatura da superfície do revestimento do eletrodo cátodo NMC detetada pela câmara térmica, que contém um defeito muito pequeno que não pode ser distinguido a olho nu. A curva de distribuição de temperatura correspondente ao segmento de linha no caminho está mostrada no recanto, e há um pico de temperatura no ponto do defeito.
No quadro correspondente à imagem na Fig. 3(b), a temperatura aumenta localmente, o que corresponde ao defeito na superfície da peça de pólo.
A Figura 4 é um gráfico da distribuição da temperatura da superfície da peça de pólo negativa que mostra a existência de defeitos, onde os picos com aumento de temperatura correspondem a bolhas ou aglomerados, e as regiões com diminuição de temperatura correspondem a poros ou quedas.

Figura 3 Distribuição da temperatura por termografia na superfície do eletrodo positivo
Figura 4 Distribuição da temperatura por termografia na superfície da peça de pólo negativa
Pode-se ver que a deteção por termografia da distribuição de temperatura é um bom método para detetar defeitos superficiais das peças de pólo, podendo ser usado para controlo de qualidade na fabricação das peças de pólo.

3 A influência dos defeitos na superfície das peças de pólo da bateria de lítio 4s lipo battery no desempenho da 4s lipo battery

(1) Influência na capacidade de taxa e eficiência coulômbica da 4s lipo battery

A Figura 5 é a curva de influência dos aglomerados e poros na capacidade de taxa e eficiência coulômbica da 4s lipo battery. Os aglomerados podem na verdade aumentar a capacidade da 4s lipo battery, mas reduzem a eficiência coulômbica. O poro reduz a capacidade e a eficiência coulômbica da 4s lipo battery, e a eficiência coulômbica cai muito em altas taxas.

Fig.5 Influência dos aglomerados e poros positivos na capacidade de taxa e eficiência coulômbica da 4s lipo battery

A Fig.6 é a curva de influência do revestimento irregular e dos corpos estranhos metálicos Co e Al na capacidade de taxa e eficiência coulômbica da 4s lipo battery, o revestimento irregular reduz a capacidade por unidade de massa da 4s lipo battery em 10%-20%, mas a capacidade de toda a 4s lipo battery caiu 60%, o que mostra que a qualidade dos materiais na peça de pólo foi significativamente reduzida. O corpo estranho metálico Co reduz a capacidade e a eficiência coulômbica, e mesmo em altas taxas de 2C e 5C, não há capacidade alguma, o que pode dever-se à formação de ligas pelo metal Co na reação eletroquímica, que dificulta a deslitiação e a intercalação de lítio, ou pode ser devido ao bloqueio dos poros do separador por partículas metálicas, causando microcurtos-circuitos.
Fig.6 Influência do revestimento irregular do cátodo e dos corpos estranhos metálicos Co e Al na capacidade de taxa e eficiência coulômbica da 4s lipo battery
Resumo dos defeitos na peça de pólo positiva: Aglomerações no revestimento da peça de pólo positiva reduzem a eficiência coulômbica da 4s lipo battery. Poros no revestimento do cátodo reduzem a eficiência coulômbica, resultando em desempenho de taxa pobre, especialmente em densidades de corrente elevadas. Revestimentos não uniformes mostram desempenho de taxa pobre. A contaminação por partículas metálicas pode causar microcurtos-circuitos, que podem reduzir muito a capacidade da 4s lipo battery.

(2) Os resultados da influência dos defeitos na superfície da peça de pólo no ciclo de taxa da bateria são resumidos como segue:

Aglomeração: a 2C, a taxa de retenção de capacidade da 4s lipo battery com peça de pólo sem defeitos é de 70% após 200 ciclos, e a da bateria com defeito é de 12%. A 5C, a taxa de manutenção da capacidade da 4s lipo battery com peça de pólo sem defeitos é de 50% após 200 ciclos, e a bateria com defeito é de 14%.
Poro: A degradação da capacidade é óbvia, mas não tão rápida quanto o defeito de aglomeração. A taxa de retenção de capacidade a 2C e 5C após 200 ciclos é de 47% e 40%, respetivamente.
Corpo estranho metálico: A capacidade do corpo estranho metálico é quase 0 após vários ciclos, e a capacidade do ciclo a 5C do corpo estranho metálico em folha de Al diminui significativamente.
Estrias de folha com fugas: Sob a mesma área de fuga de folha, comparado com uma estria grande (47% de retenção de capacidade para 200 ciclos a ciclo de 5C), a capacidade da 4s lipo battery com múltiplas estrias pequenas diminui mais rapidamente (7% de retenção de capacidade após 200 ciclos a ciclo de 5C). Isto mostra que quanto maior o número de estrias, maior o impacto no ciclo da 4s lipo battery.
Bem, o acima é o conteúdo completo dos tipos de defeitos das peças de pólo da 4s lipo battery, seu impacto e métodos de deteção que a CNHL trouxe para si hoje. Acredito que após ler todo o texto, a compreensão de todos sobre a peça de pólo da 4s lipo battery se aprofundou. Mais informações sobre baterias de lítio serão atualizadas continuamente, até à próxima edição.