Vanliga defekttyper på polstycken i 4s lipo-batterier och deras påverkan och upptäckt

För närvarande används allt fler onlineteknologier för detektion i processen att tillverka 4s lipo-batteri polbitar, för att effektivt identifiera tillverkningsdefekter på produkter, eliminera defekta produkter och ge snabb återkoppling till produktionslinjen, för att göra justeringar i produktionsprocessen automatiskt eller manuellt och därigenom minska defektsfrekvensen.
I följande del kommer CNHL, tillverkaren av litium 4s lipo-batteri, kort att introducera den nya metoden för detektionsteknologi för ytfel på litium 4s lipo-batteri - infraröd termografi och sambandet mellan dessa olika defekter och elektrokemisk prestanda. Se en djupgående studie av D. Mohanty et al.

1 Vanliga defekter på ytan av litium 4s lipo-batteripolbitar

Figur 1 är en vanlig defekt på ytan av litium 4s lipo-batteripolbiten, till vänster är en optisk bild och till höger en bild tagen med en värmekamera.

Fig. 1 Vanliga defekter på ytan av polbiten: (a, b) Upphöjda påsar/agglomerat; (c, d) Droppar/nålhål; (e, f) Metallfrämmande kroppar; (g, h) Ojämn beläggning
(a, b) Upphöjda buntar/agglomerat, sådana defekter kan uppstå om slurry rörs om ojämnt eller om beläggningsmatningshastigheten är instabil. Agglomerering av bindemedel och kolsvart ledande medel resulterar i låg aktiv ingredienshalt och lätta polbitar.
(c, d) Uteblivna områden/nålhål, dessa defekter är inte belagda och skapas vanligtvis av luftbubblor i slurry. De minskar mängden aktivt material och exponerar strömsamlaren för elektrolyten, vilket därmed minskar den elektrokemiska kapaciteten.
(e, f) Metallfrämmande ämnen, metallfrämmande ämnen som introduceras i slurry eller utrustning och miljö, metallfrämmande ämnen är mycket skadliga för litium 4s lipo-batteri. De större metallpartiklarna tränger direkt igenom separatorn, vilket resulterar i en kortslutning mellan den positiva och negativa elektroden, vilket är en fysisk kortslutning. Dessutom, när metallfrämmande ämnen blandas in i den positiva elektroden, ökar den positiva elektrodpotentialen efter laddning, metallen löser sig, diffunderar genom elektrolyten och fälls sedan ut på den negativa elektrodens yta, och slutligen tränger igenom membranet och bildar en kortslutning, vilket är en kemisk upplösningskortslutning. De vanligaste metallfrämmande kropparna på 4s lipo-batterifabriksplatsen är Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, etc.
(g, h) Ojämn beläggning, såsom otillräcklig blandning av slurry, kan ränder lätt uppstå när partikelstorleken är stor, vilket resulterar i ojämn beläggning, vilket påverkar kapacitetskonsistensen hos 4s lipo-batteriet och till och med kan verka som om det inte finns någon beläggning alls. Ränderna påverkar både kapacitet och säkerhet.

2 Teknik för detektion av ytfel på lithium 4s lipo-batteriets polbit

Infraröd (IR) termisk avbildning används för att upptäcka små defekter på de torra polbitarna som kan skada prestandan hos lithium 4s lipo-batterier. Under onlineinspektion, om elektroddefekter eller föroreningar upptäcks, markeras de på polbitarna, tas bort i efterföljande processer och återkopplas till produktionslinjen för att justera processen i tid för att eliminera defekter. Infrarött är en elektromagnetisk våg som har samma natur som radiovågor och synligt ljus. Att använda en speciell elektronisk enhet för att omvandla temperaturfördelningen på objektets yta till en bild synlig för det mänskliga ögat och visa temperaturfördelningen på objektets yta i olika färger kallas infraröd termisk avbildningsteknik, och denna elektroniska enhet kallas en infraröd termisk avbildare. Alla objekt över absoluta nollpunkten (-273°C) avger infraröd strålning.
Som visas i Figur 2 använder en infraröd termisk avbildare (IR-kamera) en infraröd detektor och ett optiskt bildobjektiv för att ta emot den infraröda strålningsenergins fördelningsmönster från det uppmätta målet och reflektera det på den fotosensitiva komponenten i den infraröda detektorn för att erhålla en infraröd termisk bild. Denna termiska bild motsvarar det termiska fördelningsfältet på objektets yta. När det finns defekter på objektets yta uppstår en temperaturförskjutning i detta område. Därför kan denna teknik också användas för att upptäcka defekter på objektets yta, särskilt för vissa defekter som inte kan lösas med optiska detektionsmetoder. När den torra polbiten av lithium 4s lipo-batteriet testas online, bestrålas först polbiten med en blixtlampa, och yttemperaturen förändras, och sedan detekteras yttemperaturen med en termisk avbildare. Den termiska fördelningsbilden visualiseras, och bilden bearbetas och analyseras i realtid, och ytfel upptäcks och markeras i tid. D. Mohantys forskning installerade en termisk avbildare vid utloppet av torkugnen för beläggaren för att detektera temperaturfördelningsbilden på polbitens yta.
Figur 2. Schematisk bild av utseendet på ytan av polstycket upptäckt med termisk kamera

Figur 3(a) är temperaturfördelningen på beläggningsytan av NMC-katodelektroden upptäckt med termisk kamera, som innehåller en mycket liten defekt som inte kan urskiljas med blotta ögat. Temperaturfördelningskurvan som motsvarar linjesegmentet på vägen visas i infälld bild, och det finns en temperaturtopp vid defektpunkten.
I rutan som motsvarar bilden i Fig. 3(b) ökar temperaturen lokalt, vilket motsvarar defekten på polstyckets yta.
Figur 4 är en graf över yttemperaturfördelningen på det negativa polstycket som visar förekomsten av defekter, där topparna med ökad temperatur motsvarar bubblor eller agglomerat, och områdena med minskad temperatur motsvarar nålstick eller bortfall.

Figur 3 Termisk bild temperaturfördelning på ytan av den positiva elektroden
Figur 4 Termisk bild temperaturfördelning på ytan av det negativa polstycket
Det kan ses att termisk bilddetektion av temperaturfördelning är en bra metod för att upptäcka ytfel på polstycken och kan användas för kvalitetskontroll vid tillverkning av polstycken.

3 Påverkan av ytfel på litium 4s lipo-batteriets polstycke på prestandan hos 4s lipo-batteriet

(1) Påverkan på kapaciteten och coulombiska effektiviteten hos 4s lipo-batteri

Figur 5 visar påverkanskurvan för agglomerat och nålstick på kapaciteten och coulombisk effektivitet hos 4s lipo-batteri. Agglomeraten kan faktiskt öka kapaciteten hos 4s lipo-batteriet, men minskar den coulombiska effektiviteten. Nålsticket minskar kapaciteten och den coulombiska effektiviteten hos 4s lipo-batteriet, och den coulombiska effektiviteten sjunker kraftigt vid höga hastigheter.

Fig.5 Påverkan av positiva agglomerat och nålstick på kapaciteten och coulombisk effektivitet hos 4s lipo-batteri

Fig.6 är påverkanskurvan för ojämn beläggning och metalliska främmande ämnen Co och Al på hastighetskapacitet och coulombisk effektivitet hos 4s lipo-batteri, ojämn beläggning minskar den enhetsmasskapaciteten hos 4s lipo-batteriet med 10 %–20 %, men kapaciteten för hela 4s lipo-batteriet har sjunkit med 60 %, vilket visar att kvaliteten på levande ting i polstycket har minskat avsevärt. Metall Co-främmande ämnen minskar kapaciteten och Coulomb-effektiviteten, och även vid höga hastigheter på 2C och 5C finns ingen kapacitet alls, vilket kan bero på bildandet av legeringar av metall Co i den elektrokemiska reaktionen, vilket hindrar delitiering och litiuminterkalation, eller att metallpartiklar blockerar separatorns porer och orsakar mikrokortslutningar.
Fig.6 Påverkan av ojämn katodbeläggning och metalliska främmande ämnen Co och Al på hastighetskapacitet och coulombisk effektivitet hos 4s lipo-batteri
Sammanfattning av defekter på positiva polstycken: Agglomerat i beläggningen på det positiva polstycket minskar Coulomb-effektiviteten hos 4s lipo-batteriet. Nålhål i katodbeläggningen minskar Coulomb-effektiviteten, vilket resulterar i dålig hastighetsprestanda, särskilt vid höga strömtätheter. Ojämna beläggningar visar dålig hastighetsprestanda. Metallpartikelföroreningar kan orsaka mikrokortslutningar, vilket kan kraftigt minska kapaciteten hos 4s lipo-batteriet.

(2) Påverkansresultaten av ytfel på polstycket på batteriets hastighetscykel sammanfattas enligt följande:

Agglomeration: vid 2C är kapacitetsbehållningen för icke-defekt polstycke 4s lipo-batteri 70 % efter 200 cykler, och för defekt 4s lipo-batteri 12 %. Vid 5C är kapacitetsbehållningen för icke-defekt polstycke 4s lipo-batteri 50 % efter 200 cykler, och för defekt 4s lipo-batteri 14 %.
Nålhål: Kapacitetsförfallet är tydligt, men inte lika snabbt som agglomeratdefekten. Kapacitetsbehållningen vid 2C och 5C efter 200 cykler är respektive 47 % och 40 %.
Metallfrämmande kropp: Kapaciteten hos metallfrämmande kropp är nästan 0 efter flera cykler med metallfrämmande kropp, och 5C-cykelkapaciteten för metallfrämmande kropp Al-folie minskar avsevärt.
Läckande folieband: Under samma läckande folieområde, jämfört med ett stort band (47 % kapacitetsbehållning efter 200 cykler vid 5C-cykel), minskar kapaciteten hos 4s lipo-batteriet med flera små band snabbare (200 cykler vid 5C-cykel). Kapacitetsbehållningen vid andra cykeln är 7 %). Detta visar att ju fler band, desto större påverkan på cyklingen av 4s lipo-batteriet.
Nåväl, ovan är det fullständiga innehållet om typer av defekter på 4s lipo-batteriets polstycken, deras påverkan och detektionsmetoder som CNHL presenterade för dig idag. Jag tror att efter att ha läst hela texten har allas förståelse för 4s lipo-batteriets polstycke fördjupats. Mer information om litiumbatterier uppdateras kontinuerligt, vi ses i nästa nummer.