Unveiling the Mystery: Super Capacità Teorica in Batterie Lithium-Ion

Perchè a batteria di litiu esiste un fenomenu di capacità super teorica

In e batterie di lithium-ion (LIB), parechji elettrodi basati in l'ossidu di metalli di transizione mostranu una capacità di almacenamentu inusualmente alta oltre u so valore teoricu. Ancu s'ellu hè statu largamente rappurtatu stu fenominu, i miccanismi fisicochimici sottostanti in questi materiali restanu sfuggiti è fermanu una materia di dibattitu.

U prufilu di i risultati

Recentemente, u prufessore Miao Guoxing di l'Università di Waterloo, Canada, u prufessore Yu Guihua di l'Università di Texas in Austin, è Li Hongsen è Li Qiang di l'Università di Qingdao anu publicatu inseme un documentu di ricerca nantu à i materiali naturali sottu u titulu di "Capacità di almacenamento extra in batterie à ioni di lithium à l'ossidu di metalli di transizione rivelate da magnetometria in situ ". In questu travagliu, l'autori anu utilizatu u monitoraghju magneticu in situ per dimustrà a prisenza di una forte capacità di superficia nantu à i nanoparticuli metallichi è chì un gran numaru d'elettroni spin-polarizzati ponu esse almacenati in nanoparticuli metallichi digià ridotti, chì hè coherente cù u mecanismu di carica spaziale. Inoltre, u mecanismu di carica spaziale revelatu pò esse allargatu à altri composti di metalli di transizione, chì furnisce una guida chjave per a creazione di sistemi avanzati di almacenamentu di energia.

Punti evidenziali di ricerca

(1) Un Fe tipicu hè statu studiatu utilizendu a tecnica di surviglianza magnetica in situ3O4 / Evoluzione di a struttura elettronica in a batteria Li;

(2) revela chì u Fe3O4In u sistema / Li, a capacità di carica di a superficia hè a fonte principale di a capacità extra;

(3) U miccanisimu di capacità di a superficia di nanoparticles di metalli pò esse allargatu à una larga gamma di cumposti di metalli di transizione.

Testu è guida di testu

1. Caratterizazione strutturale è proprietà elettrochimiche

Fe cava monodispersa hè stata sintetizzata da i metudi idrotermali convenzionali 3O4Nanospheres, è dopu realizatu à 100 mAg-1Carica è scarica à a densità di corrente (Figura 1a), a prima capacità di scaricamentu hè 1718 mAh g-1, 1370 mAhg in a seconda è a terza volta, rispettivamente. 1E 1,364 mAhg−1, assai più di 926 mAhg−1A teoria di l'aspettattivi. L'imaghjini BF-STEM di u pruduttu cumpletamente scaricatu (Figura 1b-c) indicanu chì dopu à a riduzzione di lithium, i nanosferi Fe3O4The sò stati cunvertiti in nanoparticuli Fe più chjuchi chì misuranu circa 1 - 3 nm, dispersi in u centru Li2O.

Per dimustrà u cambiamentu di magnetismu durante u ciculu elettrochimicu, hè stata ottenuta una curva di magnetizazione dopu a scaricamentu cumpletu à 0.01 V (Figura 1d), chì mostra u cumpurtamentu superparamagneticu per via di a furmazione di nanoparticelle.

Figura 1 (a) à 100 mAg-1Fe di u ciculu à a densità di corrente 3O4 / Curva di carica è scarica di corrente constante di a bateria Li; (b) cumpletamente lithium Fe3O4The BF-STEM imagine di l 'elettrodu; (c) a prisenza di Li in l'imaghjini BF-STEM aggregate2 High-resolution di O è Fe; (d) Fe3O4Le curve d'isteresi di l'elettrodu prima (neru) è dopu (blu), è a curva Langevin fitted di l'ultime (viola).

2. Rilevazione in tempu reale di l'evoluzione strutturale è magnetica

Per combine l'elettrochimica cù Fe3O4Of cambiamenti strutturali è magnetichi ligati à u Fe3O4, l'elettrodi sò stati sottumessi à diffrazione di raghji X in situ (XRD) è monitoraghju magneticu in situ. Fe in una seria di mudelli di diffrazione XRD durante a scarica iniziale da a tensione di circuitu apertu (OCV) à 1.2V3O4I picchi di diffrazione ùn anu cambiatu significativamente in intensità o pusizione (Figura 2a), chì indica chì u Fe3O4Only hà sperimentatu u prucessu di intercalazione Li. Quandu carica à u 3V, u Fe3O4A struttura anti-spinel ferma intacta, chì suggerenu chì u prucessu in questa finestra di tensione hè assai reversibile. Ulteriore monitoraghju magneticu in situ cumminatu cù teste di carica di scaricamentu di corrente constante hè stata realizata per investigà cumu a magnetizazione evoluzione in tempu reale (Figura 2b).

Figura 2 Caratterizazione di XRD in situ è ​​monitorizazione magnetica. (A) XRD in situ; (b) Fe3O4Curva di carica-scarica elettrochimica sottu u campu magneticu applicatu à 3 T è a risposta magnetica in situ reversibile corrispondente.

Per acquistà una cunniscenza più basica di stu prucessu di cunversione in quantu à i cambiamenti di magnetizazione, a risposta magnetica hè recullata in tempu reale è a transizione di fase currispundente accumpagna reazzione elettrochimica guidata (Figura 3). Hè abbastanza chjaru chì durante u primu scaricamentu, u Fe3O4A risposta di magnetizazione di l'elettrodi difiere da l'altri ciculi per Fe durante a prima litalizazione3O4A causa di a transizione di fase irreversibile si trova. Quandu u putenziale hè cascatu à 0.78V, a fase Fe3O4A antispinel hè stata cunvertita per cuntene Li2The class FeO halite struttura di O, Fe3O4A fase ùn pò micca esse restaurata dopu a carica. In currispundenza, a magnetizazione scende rapidamente à 0.482 μ b Fe−1. Cume a litializazione procede, ùn hè micca formata una nova fase, è l'intensità di i picchi di diffrazione FeO di classi (200) è (220) cuminciaru à debbuli. uguale Fe3O4 Ùn ci hè micca un piccu XRD significativu ritenutu quandu l'elettrodu hè cumpletamente liialized (Figura 3a). Nota chì quandu l'elettrode Fe3O4 scarica da 0.78 V à 0.45 V, a magnetizazione (da 0.482 μ b Fe−1 Aumenta à 1.266 μ bFe−1), Questu hè stata attribuita à a reazione di cunversione da FeO à Fe. Dopu, à a fine di a scaricamentu, a magnetizazione hè diminuita lentamente à 1.132 μ B Fe−1. Questa scuperta suggerisce chì i Fe0Nanoparticles metallichi cumpletamente ridotti pò ancu participà à a reazione di almacenamento di litiu, riducendu cusì a magnetizazione di l'elettrodi.

Figura 3 Osservazioni in situ di a transizione di fasa è a risposta magnetica.（a）Fe3O4In situ XRD map raccolte durante a prima scarica di l'elettrodu; (b) Fe3O4Misurazione di forza magnetica in situ di cicli elettrochimici di cellule / Li à un campu magneticu applicatu di 3 T.

3. Fe0/Li2 Capacità di a superficia di u sistema O

Fe3O4I cambiamenti magnetichi di l'elettrodi si verificanu à bassa tensione, à quale una capacità elettrochimica addiziale hè probabilmente generata, chì suggerenu a presenza di trasportatori di carica scuperte in a cellula. Per spiegà u potenziale mecanismu di almacenamentu di litiu, Fe hè statu studiatu per mezu di XPS, STEM è spettru di prestazione magnetica3O4Electrodes di picchi di magnetizazione à 0.01V, 0.45V è 1.4V per determinà a fonte di u cambiamentu magneticu. I risultati mostranu chì u mumentu magneticu hè un fattore chjave chì affetta u cambiamentu magneticu, perchè u Fe0 / Li2Ms misuratu di u sistema O ùn sò micca affettati da l'anisotropia magnetica è l'accoppiamentu interparticle.

Per capiscenu più u Fe3O4, e proprietà cinetiche di l'elettrodi à bassa tensione, voltammetria ciclica à diverse frequenze di scansione. Comu mostra in a Figura 4a, a curva di voltammogramma ciclicu rettangulare appare in a gamma di tensione trà 0.01V è 1V (Figura 4a). A Figura 4b mostra chì a risposta capacitiva Fe3O4A hè accaduta nantu à l'elettrodu. Cù a risposta magnetica altamente reversibile di u prucessu di carica è scaricamentu di corrente constante (Figura 4c), a magnetizazione di l'elettrodu diminuì da 1V à 0.01V durante u prucessu di scaricamentu, è hà aumentatu di novu durante u prucessu di carica, chì indica chì Fe0Of u condensatore-like. a reazione di a superficia hè assai riversibile.

Figura 4 proprietà elettrochimichi è caratterizazioni magnetichi in situ à 0.011 V. (A) A curva voltammetric ciclicu. (B) u valore b hè determinatu utilizendu a correlazione trà u currenti piccu è u scan rate; (c) u cambiamentu reversibile di a magnetizazione relative à a curva di scaricamentu di carica sottu à un campu magneticu applicatu di 5 T.

sopra-mintuatu Fe3O4The electrochimica, strutturale è magnetichi caratteristiche di l 'elettrodi indicanu chì a capacità batterie addiziunali hè ditarminata da Fe0The spin-polarized capacità superficia di i nanoparticles hè causatu da i cambiamenti magnetichi accumpagna. A capacità spin-polarizzata hè u risultatu di l'accumulazione di carica spin-polarizzata à l'interfaccia è pò vede una risposta magnetica durante a carica è a scaricamentu. à Fe3O4L'elettrodu di basa, durante u primu prucessu di scaricamentu, hè stata dispersa in nanoparticelle Li2Fine Fe in u sustrato O anu. grande rapportu superficia-a-vulume è rializà una alta densità di stati à u livellu Fermi per via di l 'orbitals d altamente localizati. Sicondu u mudellu teoricu di Maier di u almacenamentu di carica spaziale, l'autori pruponenu chì una grande quantità di elettroni ponu esse almacenati in i bandi di spin-splitting di nanoparticelle metalliche Fe, chì ponu esse truvati in Fe / Li2Creating capacitors di superfici polarizzate spin in i nanocomposites O. Figura 5).

Graficu 5Fe / Li2A Rappresentazione schematica di a capacità di a superficia di l'elettroni spin-polarizzati à l'interfaccia O. (A) u schema schematicu di a densità di u statu di polarizazione di spin di a superficia di particeddi metalli ferromagnetici (prima è dopu à scaricamentu), cuntrariu à a polarizazione di spin in massa di ferru; (b) a furmazione di a regione di carica spaziale in u mudellu di condensatore di superficia di lithium overstored.

Riassuntu è Prospettiva

TM / Li hè statu investigatu da un monitoring magneticu avanzatu in situ2L'evoluzione di a struttura elettronica interna di l'O nanocomposite per revelà a fonte di capacità di almacenamento supplementu per questa batteria di lithium-ion. I risultati mostranu chì, tramindui in u sistema di cellula Fe3O4 / Li modellu, nanoparticelle di Fe ridutte elettrochimicamente ponu almacenà una grande quantità di elettroni polarizzati in spin, risultatu per una capacità di cellula eccessiva è un magnetismu interfacial significativamente alteratu. Esperimenti ulteriormente validati CoO, NiO, è FeF2And Fe2A prisenza di tali capacità in materiale di l'elettrodu N indica l'esistenza di capacità di superficia spin-polarizzata di nanoparticelle metalliche in batterie di ioni di litio è pone a basa per l'applicazione di stu mecanismu di almacenamentu di carica spaziale in altre transizioni. Materiali di l'elettrodi di metalli composti.

Ligame di literatura

Capacità di almacenamento extra in batterie di lithium-ion d'ossidu di metalli di transizione rivelata da magnetometria in situ (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

L'influenza di a formula di design di wafer di l'elettrodu di litiu è i difetti di l'elettrodu nantu à u rendiment

1. Articulu di fundazione di u Pole Film Design

L'elettrodu di a bateria di lithium hè un revestimentu cumpostu di particeddi, appiicati uniformemente à u fluidu metallicu. U revestimentu di l'elettrodu di a batteria di ioni di litio pò esse cunsideratu cum'è un materiale cumpostu, cumpostu principalmente di trè parti:

(1) Particelle di sustanza attiva;

(2) a fase custituente di l'agente conduttivu è l'agente (fase adesiva di carbone);

(3) Pore, riempite cù l'elettrolitu.

A relazione di u voluminu di ogni fase hè espressa cum'è:

Porosità + frazione di volume di materia viva + frazione di volume di fasi adesive di carbone = 1

U disignu di u disignu di l'elettrodu di a batteria di lithium hè assai impurtante, è avà a cunniscenza basica di u disignu di l'elettrodu di a batteria di lithium hè brevemente presentata.

(1) Capacità teorica di u materiale di l'elettrodu A capacità teorica di u materiale di l'elettrodu, vale à dì, a capacità furnita da tutti i ioni di lithium in u materiale implicatu in a reazzione elettrochimica, u so valore hè calculatu da a seguente equazioni:

Per esempiu, u LiFePO4 A massa molare hè 157.756 g / mol, è a so capacità teorica hè:

Stu valore calculatu hè solu a capacità teorica di gramma. Per assicurà a struttura reversibile di u materiale, u coefficiente di rimozione di ioni di litiu attuale hè menu di 1, è a capacità di gramma attuale di u materiale hè:

Capacità grammatica attuale di u materiale = capacità teorica di u coefficiente di scollegamentu di ioni di litiu

(2) A capacità di cuncepimentu di a batteria è a densità estremamente unilaterale A capacità di cuncepimentu di a batteria pò esse calculata da a seguente formula: capacità di cuncepimentu di a batteria = a densità di a superficia di a superficia di a superficia di a superficia di u materiale attivu u rapportu di u materiale attivu di a capacità di u gramma di l'area di u palu di a foglia di u polu.

Frà elli, a densità di a superficia di u revestimentu hè un paràmetru chjave di u disignu. Quandu a densità di compactazione ùn hè micca cambiata, l'aumentu di a densità di a superficia di u revestimentu significa chì u grossu di u fogliu di u polu aumenta, a distanza di trasmissione di l'elettroni aumenta, è a resistenza di l'elettroni aumenta, ma u gradu di crescita hè limitatu. In u fogliu di l'elettrodu grossu, l'aumentu di l'impedenza di migrazione di ioni di litiu in l'elettroliti hè u mutivu principale chì affetta e caratteristiche di u rapportu. In cunsiderà a porosità è a torsione di poru, a distanza di migrazione di ioni in u poru hè parechje volte più di u gruixu di a foglia di u polu.

(3) U rapportu di u rapportu di capacità negativa-pusitiva N / P capacità negativa à a capacità positiva hè definitu cum'è:

N / P deve esse più grande di 1.0, in generale 1.04 ~ 1.20, chì hè principarmenti in u disignu di sicurità, à impedisce u latu negativu lithium ion da precipitazione senza surghjente accettazione, cuncepimentu à cunsiderà a capacità di prucessu, comu deviazione rivestimentu. In ogni casu, quandu N / P hè troppu grande, a batteria perderà a capacità irreversibile, risultatu in una capacità di batteria bassa è una densità d'energia di a batteria più bassa.

Per l'anodu di titanate di litiu, u disignu di l'eccessu di l'elettrodu pusitivu hè aduttatu, è a capacità di a bateria hè determinata da a capacità di l'anodu di titanate di litio. U disignu di l'excedente pusitivu hè favurevule à migliurà a prestazione d'alta temperatura di a bateria: u gasu d'alta temperatura vene principalmente da l'elettrodu negativu. In u disignu eccessivu pusitivu, u putenziale negativu hè bassu, è hè più faciule per furmà film SEI nantu à a superficia di titanate di lithium.

(4) A densità di compattazione è a porosità di u revestimentu In u prucessu di produzzione, a densità di compactazione di u revestimentu di l'elettrodu di a bateria hè calculata da a seguente formula. Cunsiderendu chì quandu u fogliu di u polu hè rotulatu, u fogliu di metallu hè allargatu, a densità di a superficia di u revestimentu dopu à u roller hè calculata da a seguente formula.

Cumu l'ammentatu prima, u revestimentu hè custituitu da a fase di materiale vivente, a fase adesiva di carbonu è u poru, è a porosità pò esse calculata da l'equazione seguente.

Frà elli, a densità media di u revestimentu hè: l'elettrodu di a batteria di lithium hè un tipu di particelle di polvera di rivestimentu, perchè a superficia di particella di polvera ruvida, forma irregulare, quandu l'accumulazione, particelle trà e particelle è particeddi, è certi particelle stessu anu crepe è pori, cusì u voluminu di polveri cumpresi u voluminu di polveri, i pori trà e particelle di polveri è e particelle, per quessa, a varietà currispundenti di densità di rivestimentu di l'elettrodu è rapprisintazioni di porosità. A densità di e particelle di polvere si riferisce à a massa di u polu per unità di volume. Sicondu u voluminu di u polu, hè divisu in trè tippi: densità vera, densità di particella è densità d'accumulazione. E diverse densità sò definite cusì:

1. A densità vera si riferisce à a densità ottenuta dividendu a massa di polveri da u voluminu (volume reale) escludendu i spazii interni è esterni di e particelle. Questu hè, a densità di a materia stessa ottenuta dopu escludendu u voluminu di tutti i vuoti.
2. A densità di particella si riferisce à a densità di particelle ottenute dividendu a massa di polvera divisa da u voluminu di particella, cumpresu u pirtusu apertu è u pirtusu chjusu. Questu hè, u distaccu trà e particeddi, ma micca i pori fini in i particeddi, a densità di i particeddi stessi.
3. A densità di l'accumulazione, vale à dì a densità di u revestimentu, si riferisce à a densità ottenuta da a massa di polvera divisa da u voluminu di u revestimentu furmatu da u polveru. U voluminu utilizatu include i pori di i particeddi stessi è i vuoti trà e particeddi.

Per a stessa polvera, densità vera> densità di particella> densità di imballaggio. A porosità di u polu hè u rapportu di i pori in u revestimentu di particella di polvere, vale à dì, u rapportu di u voluminu di u vacu trà e particelle di polvere è i pori di e particelle à u voluminu tutale di u revestimentu, chì hè cumunimenti spressione. cum'è un percentinu. A porosità di u polu hè una pruprietà cumpleta ligata à a morfologia di e particelle, u statu di a superficia, a dimensione di e particella è a distribuzione di a dimensione di particella. A so porosità influenza direttamente l'infiltrazione di l'elettroliti è a trasmissione di ioni di litiu. In generale, più grande hè a porosità, più faciule l'infiltrazione di l'elettroliti, è più veloce a trasmissione di ioni di lithium. Per quessa, in u disignu di batterie di lithium, qualchì volta per determinà a porosità, u metudu di pressione di mercuriu cumunimenti utilizatu, u metudu di adsorption di gas, etc. Pò esse ancu uttene cù u calculu di densità. A porosità pò ancu avè diverse implicazioni quandu si usanu diverse densità per i calculi. Quandu a densità di a porosità di a sustanza vivente, l'agente conduttivu è u legante hè calculata da a densità vera, a porosità calculata include a distanza trà e particeddi è u gap in i particeddi. Quandu a porosità di a sustanza vivente, l'agente conduttivu è u legante hè calculata da a densità di particella, a porosità calculata include a distanza trà e particelle, ma micca a distanza in i particeddi. Dunque, a dimensione di i pori di u fogliu di l'elettrodu di a batteria di lithium hè ancu multi-scala, in generale, u distaccu trà e particelle hè in a dimensione di a scala micron, mentre chì a distanza in l'internu di e particelle hè in a nanometru à a scala sub-submicron. In l'elettrodi porosi, a relazione di e proprietà di trasportu, cum'è a diffusività efficace è a conduttività, pò esse espressa da l'equazioni seguenti:

Induve D0 rapprisenta a velocità di diffusione (conduzzione) intrinseca di u materiale stessu, ε hè a frazione di volume di a fase currispondente, è τ hè a curvatura tortuosa di a fase currispondente. In u mudellu homogeneu macroscòpicu, a relazione Bruggeman hè generalmente utilizata, pigliendu u coefficient ɑ = 1.5 per stimà a positività effettiva di l'elettrodi porosi.

L'elettrolitu hè chinu in i pori di l'elettrodi porosi, in i quali i ioni di litiu sò cundutti per l'elettroliti, è e caratteristiche di cunduzzione di i ioni di litiu sò strettamente ligati à a porosità. A più grande a porosità, u più altu hè a frazione di voluminu di a fase elettrolitica, è più grande a conduttività efficace di ioni di litiu. In u fogliu di l'elettrodu pusitivu, l'elettroni sò trasmessi à traversu a fase adesiva di carbone, a frazione di volume di a fase adesiva di carbone è a deviazione di a fase adesiva di carbone determinanu direttamente a conduttività effettiva di l'elettroni.

A porosità è a frazione di u voluminu di a fase adesiva di carbone sò contraddittorie, è a grande porosità porta inevitabilmente à a frazione di voluminu di a fase adesiva di carbone, per quessa, e proprietà di cunduzzione efficaci di ioni di lithium è elettroni sò ancu contraddittorie, cum'è mostra in Figura 2. Quandu a porosità diminuisce, a conduttività effettiva di l'ioni di litiu diminuisce mentre a conduttività effettiva di l'elettroni aumenta. Cumu equilibrà i dui hè ancu criticu in u disignu di l'elettrodu.

Figura 2 Schema schematicu di porosità è ioni di lithium è cunduttività di l'elettroni

2. Tipu è rilevazione di difetti di u polu

 

Attualmente, in u prucessu di preparazione di u polu di a batteria, più è più tecnulugia di rilevazione in linea sò aduttate, in modu di identificà in modu efficace i difetti di fabricazione di i prudutti, eliminà i prudutti difetti, è feedback puntuale à a linea di produzzione, aghjustamenti automatichi o manuali à a produzzione. prucessu, per riduce u rateu difettu.

I tecnulugii di rilevazione in linea cumunimenti usati in a fabricazione di fogli di pali includenu a rilevazione di caratteristiche di slurry, a rilevazione di a qualità di u polu, a rilevazione di dimensioni è cusì, per esempiu: (1) u metru di viscosità in linea hè stallatu direttamente in u tank di almacenamentu di rivestimentu per detectà a reologia. caratteristiche di u slurry in tempu reale, Testa a stabilità di u slurry; (2) Utilizendu X-ray o β-ray in u prucessu di rivestimentu, A so alta precisione di misurazione, Ma grande radiazione, altu prezzu di l'equipaggiu è prublemi di mantenimentu; (3) A tecnulugia di misurazione di spessore in linea laser hè appiicata per misurà u spessore di u fogliu di u polu, A precisione di a misura pò ghjunghje à ± 1. 0 μ m, pò ancu vede a tendenza di cambiamentu di u grossu misuratu è u grossu in tempu reale, Facilitate a tracciabilità di dati. è analisi; (4) Tecnulugia di visione CCD, Vale à dì, u CCD line array hè utilizatu per scansà l'ughjettu misuratu, Trattamentu d'imaghjini in tempu reale è analisi di categurie di difetti, Realizà a rilevazione in linea non distruttiva di i difetti di a superficia di u polu.

Cum'è strumentu per u cuntrollu di qualità, a tecnulugia di teste in linea hè ancu essenziale per capisce a correlazione trà i difetti è u rendiment di a batteria, in modu di determinà i criteri qualificati / micca qualificati per i prudutti semifiniti.

In l'ultima parte, u novu metudu di a tecnulugia di rilevazione di difetti di a superficia di a bateria di lithium-ion, a tecnulugia di l'imaghjini termale infrared è a relazione trà questi difetti diffirenti è u funziunamentu elettrochimicu sò brevemente introduttu.consult D. Mohanty Un studiu approfonditu da Mohanty et al.

(1) Difetti cumuni nantu à a superficia di u polu

A figura 3 mostra i difetti cumuni nantu à a superficia di l'elettrodu di a bateria di lithium ion, cù l'imaghjini otticu à a manca è l'imaghjini catturati da l'imager termale à a diritta.

Figura 3 Difetti cumuni nantu à a superficia di u polu sheet: (a, b) bulge envelope / aggregate; (c, d) drop materiale / pinhole; (e, f) corpu straneru di metallu; (g, h) rivestimentu irregolare

 

(A, b) bulge / aggregate elevatu, tali difetti ponu accade se u slurry hè agitatu uniformemente o a velocità di revestimentu hè instabile. A gregazione di l'agenti conduttori adesivi è neri di carbone porta à pocu cuntenutu di ingredienti attivi è pesu ligeru di pasticchi polari.

 

(c, d) goccia / pinhole, sti zoni difettosi ùn sò micca rivestiti è sò generalmente pruduciuti da bolle in u slurry. Reducenu a quantità di materiale attivu è espone u cullettore à l'elettroliti, riducendu cusì a capacità elettrochimica.

 

(E, f) corpi straneri di metallu, slurry o corpi straneri di metallu introduttu in l'equipaggiu è l'ambiente, è i corpi straneri di metallu ponu causari assai danni à e batterie di lithium. I particeddi di metalli grossi imparanu direttamente u diafragma, risultatu in un cortu circuitu trà l'elettrodi pusitivi è negativi, chì hè un cortu circuitu fisicu. Inoltre, quandu u corpu straneru di metallu hè mischiatu in l'elettrodu pusitivu, u putenziale pusitivu aumenta dopu à a carica, u metale si risolve, si sparghje à traversu l'elettroliti, è poi precipitate nantu à a superficia negativa, è infine punisce u diafragma, furmendu un cortu circuitu. chì hè un cortu circuitu di dissoluzione chimica. I corpi straneri metallici più cumuni in u situ di a fabbrica di batterie sò Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, etc.

 

(g, h) rivestimentu irregolare, cum'è u mischju di slurry ùn hè micca abbastanza, a finezza di particella hè faciule per appare strisce quandu a particella hè grande, risultatu in un revestimentu irregolare, chì affettarà a coerenza di a capacità di a batteria, è ancu cumparisce completamente. senza striscia di rivestimentu, hà un impattu nantu à a capacità è a sicurezza.

(2) Tecnulugia di rilevazione di difetti di superficia di chip Pole Tecnulugia d'imaghjini termali Infrared (IR) hè aduprata per detectà difetti minuri nantu à l'elettrodi secchi chì ponu dannà u rendiment di e batterie di lithium-ion. Durante a rilevazione in linea, se u difettu di l'elettrodu o l'inquinante hè rilevatu, marcallu nantu à u polu, sguassate in u prucessu sussegwente, è rinviate à a linea di produzzione, è aghjustate u prucessu in tempu per eliminà i difetti. U ragiu infrarossu hè un tipu d'onda elettromagnetica chì hà a listessa natura cum'è l'onda radiu è a luce visibile. Un dispositivu elettronicu speciale hè utilizatu per cunvertisce a distribuzione di a temperatura di a superficia di un ughjettu in una maghjina visibile di l'ochju umanu, è per vede a distribuzione di a temperatura di a superficia di l'ughjettu in diversi culori hè chjamata tecnulugia termale infrared. Stu dispusitivu elettronicu hè chjamatu infrared thermal imager. Tutti l'uggetti sopra u zero assolutu (-273 ℃) emettenu radiazioni infrared.
Cum'è mostra in a Figura 4, l'approssimatore termale infrarossu (Camera IR) usa u detector infrared è l'ughjettu di l'imaghjini otticu per accettà u mudellu di distribuzione di energia di radiazione infrared di l'ughjettu di mira misuratu è riflette nantu à l'elementu fotosensibile di u detector infrared per ottene u imagine termale infrared, chì currisponde à u campu di distribuzione termale nantu à a superficia di l'ughjettu. Quandu ci hè un difettu nantu à a superficia di un ughjettu, a temperatura cambia in a zona. Per quessa, sta tecnulugia pò ancu esse usata per detectà i difetti nantu à a superficia di l'ughjettu, soprattuttu adattatu per certi difetti chì ùn ponu esse distinti da i mezi di deteczione otticu. Quandu l'elettrodu d'asciugatura di a batteria di ioni di litio hè rilevatu in linea, l'elettrodu di l'elettrodu hè prima irradiatu da u lampu, a temperatura di a superficia cambia, è dopu a temperatura di a superficia hè rilevata cù una termocamera. L'imaghjini di distribuzione di u calore hè visualizatu, è l'imaghjini hè trattatu è analizatu in tempu reale per detectà i difetti di a superficia è marcate in u tempu.D. Mohanty U studiu hà stallatu una termocamera à l'outlet di u fornu d'asciugatura di coater per detectà l'imaghjini di distribuzione di temperatura di a superficia di l'elettrodu.

A figura 5 (a) hè una mappa di distribuzione di a temperatura di a superficia di rivestimentu di a foglia di u polu pusitivu NMC rilevata da a termocamera, chì cuntene un difettu assai chjucu chì ùn pò micca esse distintu à l'occhiu nudu. A curva di distribuzione di a temperatura chì currisponde à u segmentu di a strada hè mostrata in l'inseritu internu, cù un puntu di temperatura in u puntu di difettu. In a Figura 5 (b), a temperatura aumenta localmente in a casella currispundenti, currispundenti à u difettu di a superficia di u polu. FIG. 6 hè un diagramma di distribuzione di a temperatura di a superficia di u fogliu di l'elettrodu negativu chì mostra l'esistenza di difetti, induve u piccu di a temperatura aumenta currisponde à a bolla o aggregate, è l'area di a temperatura diminuite currisponde à u pinhole o goccia.

Figura 5 Distribuzione di temperatura di a superficia di u fogliu di l'elettrodu pusitivu

Figura 6 Distribuzione di temperatura di a superficia di l'elettrodu negativu

 

Si pò esse vistu chì u dittizzioni termale imaghjini di distribuzione temperature hè un bonu mezzu di diteczione di difetti di superficia foglia polu, chì pò esse usata per u cuntrollu di qualità di manufacturing.3. Effettu di i difetti di a superficia di u polu nantu à u rendiment di a batteria

 

(1) Impattu nantu à a capacità multiplicatore di batterie è l'efficienza di Coulomb

Figura 7 mostra a curve influenza di l 'aggregate è pinhole nant'à a capacità multiplicatore batterie è l 'efficienza coulen. L'aggregate pò veramente migliurà a capacità di a bateria, ma riduce l'efficienza di u coulen. U pinhole riduce a capacità di a bateria è l'efficienza Kulun, è l'efficienza Kulun diminuisce assai à un ritmu altu.

Figura 7 aggregate cathode è pinhole effettu nant'à a capacità di a bateria è l'efficienza di a figura 8 hè un revestimentu irregolare, è u corpu straneru di metallu Co è Al nantu à a capacità di a batteria è l'effettu di a curva di efficienza, u revestimentu irregolare riduce a capacità di massa di unità di batteria 10% - 20%, ma tutta a capacità di a bateria hè diminuita di 60%, questu mostra chì a massa vivente in u pezzu polare ridutta significativamente. Metal Co corpu straneru ridutta capacità è efficienza Coulomb, ancu in 2C è 5C altu ingrandimentu, senza capacità à tutti, chì pò esse duvuta à a furmazione di metallu Co in a reazzione elettrochimica di lithium è lithium incrustati, o pò esse u particeddi di metallu bluccatu u poru diafragma causatu micro short circuit.

Figura 8 Effetti di u revestimentu irregolare di l'elettrodu pusitivu è i corpi estranei di metalli Co è Al nantu à a capacità di multiplicatore di a batteria è l'efficienza di coulen

Riassuntu di difetti di foglia di catodu: L'attuali in u revestimentu di u fogliu di catodu riduce l'efficienza Coulomb di a bateria. U pinhole di u revestimentu pusitivu riduce l'efficienza di Coulomb, risultatu in un rendimentu di multiplicatore poviru, soprattuttu à alta densità di corrente. U revestimentu eterogeneu dimustrava un rendimentu di ingrandimentu poviru. I contaminanti di particelle metalliche ponu causà microcircuiti, è per quessa ponu riduce assai a capacità di a bateria.
A figura 9 mostra l'impattu di a striscia di foglia di fuga negativa nantu à a capacità multiplicatore è l'efficienza Kulun di a bateria. Quandu a fuga si trova à l'elettrodu negativu, a capacità di a bateria hè significativamente ridutta, ma a capacità di gramma ùn hè micca evidenti, è l'impattu nantu à l'efficienza Kulun ùn hè micca significativu.

 

Figura 9 Influenza di a striscia di foglia di fuga di l'elettrodu negativu nantu à a capacità di u multiplicatore di a batteria è l'efficienza Kulun (2) Influenza di u rendiment di u ciclu di u multiplicatore di a batteria Figura 10 hè u risultatu di l'influenza di u difettu di a superficia di l'elettrodu nantu à u ciclu di u multiplicatore di a batteria. I risultati di l'influenza sò riassunti cum'è seguitu:
Egregazione: à 2C, u tassu di mantenimentu di capacità di 200 cicli hè 70% è a bateria difettu hè 12%, mentre chì in u ciclu 5C, u tassu di mantenimentu di capacità di 200 cicli hè 50% è a bateria difettu hè 14%.
Needlehole: l'attenuazione di a capacità hè ovvia, ma l'attenuazione di difetti aggregati ùn hè veloce, è a tarifa di mantenimentu di capacità di 200 cicli 2C è 5C sò 47% è 40%, rispettivamente.
Corpu straneru di metallu: a capacità di u corpu straneru di metallu Co hè quasi 0 dopu à parechji cicli, è a capacità di u ciclu 5C di u corpu straneru di metallu Al foil diminuisce significativamente.
Striscia di fuga: Per a stessa zona di fuga, a capacità di a bateria di parechje strisce più chjuche diminuite più veloce di una striscia più grande (47% per 200 cicli in 5C) (7% per 200 cicli in 5C). Questu indica chì u più grande u numeru di strisce, u più grande hè l'impattu nantu à u ciculu di a bateria.

Figura 10 Effettu di i difetti di a superficia di l'elettrodu nantu à u ciculu di a tarifa di cellula

 

Ref .: [1] Valutazione non-distruttiva di slot-die-coated batterie di lithium secondaryelectrodes da in-line caliper laser è metudi di termografia IR [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6 (3): 674-683.[2] Effettu. di difetti di fabricazione di l'elettrodi nantu à u funziunamentu elettrochimicu di e batterie di lithium-ion: Cognizance of the battery failure sources[J]. Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.