Yaygın 4s lipo pil kutup parçası kusur türleri ve bunların etkisi ve tespiti

Şu anda, 4s lipo pil kutup parçalarının hazırlanması sürecinde, ürünlerin üretim kusurlarını etkili şekilde tanımlamak, kusurlu ürünleri elemek ve üretim hattına zamanında geri bildirimde bulunmak için giderek daha fazla çevrimiçi tespit teknolojisi kullanılmaktadır; böylece üretim sürecinde otomatik veya manuel ayarlamalar yapılabilir ve kusur oranı azaltılır.
Aşağıdaki bölümde, CNHL, lityum 4s lipo pil üreticisi, lityum 4s lipo pil yüzey kusurlarının yeni tespit teknolojisi yöntemi - kızılötesi termal görüntüleme teknolojisi ve bu farklı kusurlar ile elektrokimyasal performans arasındaki ilişkiyi kısaca tanıtacaktır. Bu konuda D. Mohanty ve ark. tarafından yapılan derinlemesine bir çalışmaya bakınız.

1 Lityum 4s lipo pil kutup parçalarının yüzeyindeki yaygın kusurlar

Şekil 1, lityum 4s lipo pil kutup parçası yüzeyindeki yaygın bir kusurdur, solda optik görüntü, sağda termal görüntüleyici ile çekilmiş bir görüntüdür.

Şekil 1 Kutup parçası yüzeyindeki yaygın kusurlar: (a, b) Yükselmiş torbalar/aglomera; (c, d) Döküntüler/delikler; (e, f) Metal yabancı maddeler; (g, h) Düzensiz kaplama
(a, b) Yükselmiş balyalar/aglomera, bu tür kusurlar slurry'nin düzensiz karıştırılması veya kaplama besleme hızının kararsız olması durumunda oluşabilir. Bağlayıcı ve karbon siyahı iletken ajanının aglomerasyonu, düşük aktif madde içeriği ve hafif kutup parçalarına yol açar.
(c, d) Dropouts/pinholes, these defect areas are not coated and are usually created by air bubbles in the slurry. They reduce the amount of active material and expose the current collector to the electrolyte, thereby reducing the electrochemical capacity.
(e, f) Metal yabancı madde, slurry veya ekipman ve çevreye giren metal yabancı madde, metal yabancı madde lityum 4s lipo pil için çok zararlıdır. Daha büyük boyutlu metal parçacıklar doğrudan ayırıcıyı deler, bu da pozitif ve negatif elektrotlar arasında fiziksel bir kısa devreye yol açar. Ayrıca, metal yabancı madde pozitif elektrota karıştığında, şarj sonrası pozitif elektrot potansiyeli artar, metal çözünür, elektrolit içinde yayılır ve sonra negatif elektrot yüzeyinde çökelir, sonunda diyaframı deler ve kısa devre oluşturur; bu kimyasal çözünme kısa devresidir. 4s lipo pil fabrikasında en yaygın metal yabancı maddeler Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS vb.' '1': "(c, d) Döküntüler/delikler, bu kusurlu alanlar kaplanmamıştır ve genellikle slurry içindeki hava kabarcıkları tarafından oluşturulur. Aktif madde miktarını azaltır ve akım toplayıcıyı elektrolite maruz bırakarak elektrokimyasal kapasiteyi düşürür.
(g, h) Düzensiz kaplama, örneğin slurry'nin yetersiz karıştırılması, partikül inceliği büyük olduğunda çizgiler oluşma olasılığı yüksektir ve bu da düzensiz kaplamaya yol açar; bu durum 4s lipo pilin kapasite tutarlılığını etkiler ve hatta hiç kaplama yokmuş gibi çizgiler oluşabilir. Bu çizgiler hem kapasiteyi hem de güvenliği etkiler.

2 Lityum 4s lipo pil kutup parçası yüzey kusuru tespit teknolojisi

Kızılötesi (IR) termal görüntüleme, lityum 4s lipo pillerin performansını etkileyebilecek kuru kutup parçalarındaki küçük kusurları tespit etmek için kullanılır. Çevrimiçi muayene sırasında, elektrot kusurları veya kirleticiler tespit edilirse, bunlar kutup parçalarında işaretlenir, sonraki işlemlerde çıkarılır ve süreçteki kusurları ortadan kaldırmak için üretim hattına geri bildirim sağlanır. Kızılötesi, radyo dalgaları ve görünür ışıkla aynı doğaya sahip bir elektromanyetik dalgadır. Nesne yüzeyinin sıcaklık dağılımını insan gözüyle görülebilen bir görüntüye dönüştüren özel bir elektronik cihaz kullanılarak, nesne yüzeyinin sıcaklık dağılımı farklı renklerde gösterilir; bu teknoloji kızılötesi termal görüntüleme teknolojisi olarak adlandırılır ve bu elektronik cihaza kızılötesi termal görüntüleyici denir. Mutlak sıfırın (-273°C) üzerindeki tüm nesneler kızılötesi radyasyon yayar.
Şekil 2'de gösterildiği gibi, bir kızılötesi termal görüntüleyici (IR Kamera), ölçülen hedef nesnenin kızılötesi radyasyon enerji dağılım desenini almak ve bunu kızılötesi detektörün fotosensitif elemanına yansıtmak için bir kızılötesi detektör ve optik görüntüleme objektifi kullanır ve böylece bir kızılötesi termal görüntü elde eder. Bu termal görüntü, nesnenin yüzeyindeki termal dağılım alanına karşılık gelir. Nesnenin yüzeyinde kusurlar olduğunda, bu bölgede bir sıcaklık kayması olur. Bu nedenle, bu teknoloji nesnenin yüzeyindeki kusurları tespit etmek için de kullanılabilir, özellikle optik tespit yöntemleriyle çözülemeyen bazı kusurlar için. Lityum 4s lipo pilin kuru kutup parçası çevrimiçi test edilirken, önce kutup parçası bir flaş lambası ile ışınlanır ve yüzey sıcaklığı değişir, ardından yüzey sıcaklığı bir termal görüntüleyici ile tespit edilir. Termal dağılım görüntüsü görselleştirilir, görüntü gerçek zamanlı olarak işlenir ve analiz edilir, yüzey kusurları zamanında tespit edilip işaretlenir. D. Mohanty'nin araştırması, kaplayıcının kurutma fırını çıkışına bir termal görüntüleyici yerleştirerek kutup parçasının yüzeyindeki sıcaklık dağılım görüntüsünü tespit etmiştir.
Şekil 2. Termal görüntüleyici ile tespit edilen kutup parçası yüzeyinin görünümünün şematik diyagramı

Şekil 3(a), termal görüntüleyici ile tespit edilen NMC katot elektrot kaplama yüzeyinin sıcaklık dağılımıdır ve çıplak gözle ayırt edilemeyen çok küçük bir kusur içerir. Yoldaki çizgi segmentine karşılık gelen sıcaklık dağılım eğrisi ekranda gösterilmiştir ve kusur noktasında bir sıcaklık zirvesi vardır.
Şekil 3(b)'deki görüntüye karşılık gelen kutuda sıcaklık yerel olarak artmakta ve bu da kutup parçası yüzeyindeki kusura karşılık gelmektedir.
Şekil 4, negatif kutup parçasının yüzey sıcaklık dağılımını gösteren bir grafiktir ve kusurların varlığını ortaya koyar; sıcaklığı artan zirveler kabarcıklar veya aglomeratlara, sıcaklığı azalan bölgeler ise pin deliklerine veya boşluklara karşılık gelir.

Şekil 3 Pozitif elektrot yüzeyinde termal görüntüleme sıcaklık dağılımı
Şekil 4 Negatif kutup parçası yüzeyinde termal görüntüleme sıcaklık dağılımı
Termal görüntüleme ile sıcaklık dağılımının tespiti, kutup parçalarının yüzey kusurlarını tespit etmek için iyi bir yöntem olduğu ve kutup parçası üretiminin kalite kontrolünde kullanılabileceği görülmektedir.

3 Lityum 4s lipo pil kutup parçası yüzey kusurlarının 4s lipo pil performansı üzerindeki etkisi

(1) 4s lipo pilin hız kapasitesi ve Coulomb verimliliği üzerindeki etkisi

Şekil 5, aglomeratlar ve pin deliklerinin 4s lipo pilin hız kapasitesi ve coulomb verimliliği üzerindeki etki eğrisidir. Aglomeratlar aslında 4s lipo pilin kapasitesini artırabilir, ancak coulomb verimliliğini düşürür. Pin deliği ise 4s lipo pilin kapasitesini ve coulomb verimliliğini azaltır ve yüksek hızlarda coulomb verimliliği büyük ölçüde düşer.

Şekil 5 Pozitif aglomeratlar ve pin deliklerinin 4s lipo pilin hız kapasitesi ve coulomb verimliliği üzerindeki etkisi

Şekil 6, düzensiz kaplama ve metalik yabancı madde Co ve Al'nin 4s lipo pilin hız kapasitesi ve coulomb verimliliği üzerindeki etki eğrisidir; düzensiz kaplama 4s lipo pilin birim kütle kapasitesini %10-%20 azaltırken, tüm 4s lipo pilin kapasitesi %60 düşmüştür; bu, kutup parçasındaki canlıların kalitesinin önemli ölçüde azaldığını gösterir. Metal Co yabancı madde kapasite ve Coulomb verimliliğini düşürür ve hatta 2C ve 5C gibi yüksek hızlarda hiç kapasite yoktur; bu, metal Co'nun elektrokimyasal reaksiyonda alaşım oluşturması nedeniyle delityasyon ve lityum interkalasyonunu engellemesi ya da metal parçacıkların ayırıcı gözeneklerini tıkayarak mikro-kısa devrelere neden olmasıyla açıklanabilir.
Şekil 6 Düzensiz katot kaplaması ve metalik yabancı madde Co ve Al'nin 4s lipo pilin hız kapasitesi ve coulomb verimliliği üzerindeki etkisi
Pozitif kutup parçası kusurlarının özeti: Pozitif kutup parçası kaplamasındaki aglomeratlar 4s lipo pilin Coulomb verimliliğini düşürür. Katot kaplamasındaki delikler Coulomb verimliliğini azaltır ve özellikle yüksek akım yoğunluklarında kötü hız performansına yol açar. Düzensiz kaplamalar kötü hız performansı gösterir. Metal parçacık kontaminasyonu mikro-kısa devrelere neden olabilir ve bu da 4s lipo pilin kapasitesini büyük ölçüde azaltabilir.

(2) Kutup parçası yüzey kusurlarının pilin hız döngüsüne etkisi aşağıdaki gibi özetlenmiştir:

Aglomerasyon: 2C'de, kusursuz kutup parçası 4s lipo pilin 200 döngü için kapasite koruma oranı %70 iken, kusurlu 4s lipo pil %12'dir. 5C'de, kusursuz kutup parçası 4s lipo pilin 200 döngü için kapasite koruma oranı %50 iken, kusurlu 4s lipo pil %14'tür.
Delik: Kapasite azalması belirgindir, ancak aglomerat kusur kadar hızlı değildir. 200 döngü sonrası 2C ve 5C kapasite koruma oranları sırasıyla %47 ve %40'tır.
Metal yabancı cisim: Metal yabancı cisimli pilin kapasitesi birkaç döngüden sonra neredeyse 0 olur ve metal yabancı cisimli Al folyolu pilin 5C döngü kapasitesi belirgin şekilde azalır.
Sızıntılı folyo şeritleri: Aynı sızıntılı folyo alanı altında, büyük bir şeritle karşılaştırıldığında (5C döngüsünde 200 döngü için %47 kapasite koruma oranı), çoklu küçük şeritlere sahip 4s lipo pilin kapasitesi daha hızlı azalır (5C döngüsünde 200 döngü). İkinci döngünün kapasite koruma oranı %7'dir. Bu, şerit sayısı arttıkça 4s lipo pilin döngüsüne olan etkinin de arttığını gösterir.
Yukarıda, CNHL'nin bugün size sunduğu 4s lipo pil kutup parçası kusur türlerinin tam içeriği, etkileri ve tespit yöntemleri yer almaktadır. Bence metni tamamen okuduktan sonra herkesin 4s lipo pil kutup parçası hakkındaki anlayışı derinleşmiştir. Daha fazla lityum pil bilgisi sürekli güncellenmektedir, bir sonraki sayıda görüşmek üzere.