Загальні типи дефектів полюсних елементів акумуляторів 4s lipo та їх вплив і виявлення

Наразі в процесі підготовки 4s lipo акумуляторів полюсних деталей все більше застосовуються технології онлайн-виявлення, щоб ефективно ідентифікувати виробничі дефекти продукції, усувати браковані вироби та своєчасно передавати інформацію на виробничу лінію для автоматичного або ручного коригування виробничого процесу, що знижує рівень дефектів.
У наступній частині CNHL, виробник літієвих 4s lipo акумуляторів, коротко представить новий метод технології виявлення дефектів поверхні літієвих 4s lipo акумуляторів — інфрачервону тепловізійну технологію та зв’язок між цими різними дефектами та електрохімічними характеристиками. Детальне дослідження цього питання провели D. Mohanty та ін.

1 Загальні дефекти на поверхні полюсних деталей літієвого 4s lipo акумулятора

Рисунок 1 — загальний дефект на поверхні полюсної деталі літієвого 4s lipo акумулятора, зліва оптичне зображення, справа — зображення, отримане тепловізором.

Рис. 1 Загальні дефекти на поверхні полюсної деталі: (a, b) Підняті пакети/агломерати; (c, d) Пропуски/пори; (e, f) Металеві сторонні тіла; (g, h) Нерівномірне покриття
(a, b) Підняті пакети/агломерати, такі дефекти можуть виникати, якщо суспензію перемішують нерівномірно або швидкість подачі покриття нестабільна. Агломерація зв’язуючого і вугільного чорного провідного агента призводить до низького вмісту активного інгредієнта і легких полюсних деталей.
(c, d) Пропуски/пори, ці дефектні ділянки не покриті і зазвичай утворюються повітряними бульбашками в суспензії. Вони зменшують кількість активного матеріалу і оголюють колектор струму до електроліту, тим самим знижуючи електрохімічну ємність.
(e, f) Металеві сторонні речовини, металеві сторонні речовини, що потрапляють у суспензію або обладнання та навколишнє середовище, дуже шкідливі для літієвих 4s lipo акумуляторів. Частинки металу більшого розміру безпосередньо проколюють сепаратор, що призводить до короткого замикання між позитивним і негативним електродами, що є фізичним коротким замиканням. Крім того, коли металеві сторонні речовини змішуються з позитивним електродом, потенціал позитивного електрода зростає після заряджання, метал розчиняється, дифундує через електроліт, а потім осідає на поверхні негативного електрода і врешті-решт проколює діафрагму, утворюючи коротке замикання, що є хімічним коротким замиканням розчинення. Найпоширенішими металевими сторонніми тілами на заводі з виробництва 4s lipo акумуляторів є Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS тощо.
(g, h) Нерівномірне покриття, наприклад, недостатнє змішування суспензії, при великій крупності частинок можуть з'являтися смуги, що призводить до нерівномірного покриття, що впливає на однорідність ємності 4s lipo батареї, а іноді навіть створює враження відсутності покриття. Ці смуги впливають як на ємність, так і на безпеку.

2 Технологія виявлення дефектів на поверхні полюсних елементів літієвих 4s lipo батарей

Інфрачервона (IR) тепловізійна зйомка використовується для виявлення дрібних дефектів на сухих полюсних елементах, які можуть пошкодити продуктивність літієвих 4s lipo батарей. Під час онлайн-інспекції, якщо виявляються дефекти електродів або забруднення, їх позначають на полюсних елементах, видаляють у наступних процесах і повертають на виробничу лінію для своєчасного коригування процесу з метою усунення дефектів. Інфрачервоне випромінювання — це електромагнітна хвиля, яка має таку ж природу, як радіохвилі та видиме світло. Використання спеціального електронного пристрою для перетворення температурного розподілу поверхні об'єкта у зображення, видиме людському оку, і відображення температурного розподілу поверхні об'єкта різними кольорами називається технологією інфрачервоної тепловізійної зйомки, а цей електронний пристрій називається інфрачервоним тепловізором. Всі об'єкти вище абсолютного нуля (-273°C) випромінюють інфрачервоне випромінювання.
Як показано на рисунку 2, інфрачервоний тепловізор (IR Camera) використовує інфрачервоний детектор та оптичний об'єктив для отримання розподілу енергії інфрачервоного випромінювання вимірюваного об'єкта і відображення його на фоточутливому елементі інфрачервоного детектора для отримання інфрачервоного теплового зображення. Це теплове зображення відповідає полю теплового розподілу на поверхні об'єкта. Коли на поверхні об'єкта є дефекти, у цій зоні відбувається зміщення температури. Тому ця технологія також може використовуватися для виявлення дефектів на поверхні об'єкта, особливо для деяких дефектів, які не можна розпізнати оптичними методами. Під час онлайн-тестування сухого полюсного елемента літієвої 4s lipo батареї спочатку полюсний елемент опромінюється спалаховою лампою, поверхнева температура змінюється, а потім поверхнева температура визначається тепловізором. Тепловий розподіл візуалізується, зображення обробляється та аналізується в режимі реального часу, і дефекти на поверхні виявляються та позначаються вчасно. Дослідження Д. Моханті встановило тепловізор на виході сушильної печі покривача для виявлення температурного розподілу на поверхні полюсного елемента.
Рисунок 2. Схематичне зображення зовнішнього вигляду поверхні полюсної пластини, виявленої термографом

Рисунок 3(a) — розподіл температури на поверхні покриття катодного електрода NMC, виявлений термографом, який містить дуже маленький дефект, що не розрізняється неозброєним оком. Крива розподілу температури, що відповідає відрізку лінії на шляху, показана на вставці, і в точці дефекту спостерігається температурний сплеск.
У вікні, що відповідає зображенню на рис. 3(b), температура локально підвищується, що відповідає дефекту на поверхні полюсної пластини.
Рисунок 4 — графік розподілу температури поверхні негативної полюсної пластини, що показує наявність дефектів, де піки з підвищеною температурою відповідають бульбашкам або агломератам, а області з пониженою температурою відповідають пінхолам або пропускам.

Рисунок 3 Розподіл температури на поверхні позитивного електрода за допомогою термографії
Рисунок 4 Розподіл температури на поверхні негативної полюсної пластини за допомогою термографії
Можна побачити, що термографічне виявлення розподілу температури є хорошим методом для виявлення дефектів поверхні полюсних пластин і може використовуватися для контролю якості виготовлення полюсних пластин.

3 Вплив дефектів поверхні полюсних пластин літієвої 4s літій-полімерної батареї на характеристики 4s літій-полімерної батареї

(1) Вплив на ємність при різних швидкостях розряду та кулонівську ефективність 4s літій-полімерної батареї

Рисунок 5 показує криву впливу агломератів і пінхолів на ємність при різних швидкостях розряду та кулонівську ефективність 4s літій-полімерної батареї. Агломерати фактично можуть збільшувати ємність 4s літій-полімерної батареї, але знижують кулонівську ефективність. Пінхол зменшує ємність і кулонівську ефективність 4s літій-полімерної батареї, а кулонівська ефективність значно падає при високих швидкостях.

Рис.5 Вплив позитивних агломератів і пінхолів на ємність при різних швидкостях розряду та кулонівську ефективність 4s літій-полімерної батареї

Рис.6 — крива впливу нерівномірного покриття та металевого стороннього матеріалу Co і Al на швидкісну ємність і кулонівську ефективність 4s lipo акумулятора. Нерівномірне покриття знижує питомий об'єм ємності 4s lipo акумулятора на 10%-20%, але ємність всього 4s lipo акумулятора впала на 60%, що свідчить про значне погіршення якості живих речовин у полюсному елементі. Металевий Co сторонній матеріал знижує ємність і кулонівську ефективність, і навіть при високих швидкостях 2C і 5C ємність відсутня зовсім, що може бути пов’язано з утворенням сплавів металевого Co в електрохімічній реакції, що перешкоджає делітіації та інтеркаляції літію, або ж пори сепаратора блокуються металевими частинками, викликаючи мікрокороткі замикання.
Рис.6 Вплив нерівномірного покриття катода та металевого стороннього матеріалу Co і Al на швидкісну ємність і кулонівську ефективність 4s lipo акумулятора
Підсумок дефектів позитивного полюсного елемента: Агломерати в покритті позитивного полюсного елемента знижують кулонівську ефективність 4s lipo акумулятора. Пінхоли в покритті катода знижують кулонівську ефективність, що призводить до поганої швидкісної продуктивності, особливо при високих густинах струму. Нерівномірні покриття демонструють погану швидкісну продуктивність. Забруднення металевими частинками може викликати мікрокороткі замикання, що значно знижує ємність 4s lipo акумулятора.

(2) Результати впливу поверхневих дефектів полюсного елемента на циклічність швидкості акумулятора підсумовані наступним чином:

Агломерація: при 2C рівень збереження ємності 4s lipo акумулятора з непошкодженим полюсним елементом становить 70% після 200 циклів, а з дефектним — 12%. При 5C рівень збереження ємності 4s lipo акумулятора з непошкодженим полюсним елементом становить 50% після 200 циклів, а з дефектним — 14%.
Пінхол: Спад ємності очевидний, але не такий швидкий, як при дефекті агломерації. Рівень збереження ємності при 2C і 5C після 200 циклів становить відповідно 47% і 40%.
Металеве стороннє тіло: Ємність металевого стороннього тіла майже 0 після кількох циклів, а ємність алюмінієвої фольги з металевим стороннім тілом при 5C значно знижується.
Протікаючі смужки фольги: При однаковій площі протікання фольги, порівняно з великою смужкою (рівень збереження ємності 47% після 200 циклів при 5C), ємність 4s lipo акумулятора з кількома маленькими смужками зменшується швидше (рівень збереження ємності другого циклу 7% після 200 циклів при 5C). Це показує, що чим більша кількість смужок, тим більший вплив на цикл 4s lipo акумулятора.
Отже, наведене вище є повним змістом типів дефектів полюсних елементів 4s lipo акумулятора, їх впливу та методів виявлення, які CNHL представив вам сьогодні. Вірю, що після прочитання всього тексту розуміння 4s lipo акумулятора полюсного елемента у всіх поглибилося. Більше інформації про літієві батареї постійно оновлюється, до зустрічі у наступному випуску.