By hoppt
Литий-иондук батарейкаларда (LIBs) көптөгөн өткөөл металлдын оксидине негизделген электроддор теориялык баалуулуктан тышкары өзгөчө жогорку сактоо сыйымдуулугун көрсөтөт. Бул кубулуш кеңири айтылып келгенине карабастан, бул материалдардагы физикалык-химиялык механизмдер түшүнүксүз бойдон калууда жана талаш маселе бойдон калууда.
Жакында Канаданын Ватерлоо университетинин профессору Миао Гуоксин, Остиндеги Техас университетинин профессору Ю Гуйхуа жана Циндао университетинен Ли Хонгсен менен Ли Цян биргелешип “Табигый материалдар боюнча “Кошумча сактоо кубаттуулугу өткөөл металл оксиди литий-иондук батарейкалар in situ магнитометрия менен ачылган. Бул эмгекте, авторлор металл нанобөлүкчөлөрүндө күчтүү беттик сыйымдуулуктун бар экендигин жана мейкиндик зарядынын механизмине ылайык келген көп сандагы спин-поляризацияланган электрондордун буга чейин кыскарган металл нанобөлүкчөлөрүндө сакталышы мүмкүн экендигин көрсөтүү үчүн жеринде магниттик мониторингди колдонушкан. Мындан тышкары, ачылган мейкиндик заряд механизми башка өткөөл металл кошулмаларына да жайылтылат, бул энергияны сактоонун алдыңкы системаларын түзүү үчүн негизги колдонмо болуп саналат.
(1) Ли батарейканын ичиндеги электрондук түзүлүштүн эволюциясы 3O4/ In-situ магниттик мониторинг ыкмасын колдонуу менен типтүү Fe изилденген;
(2) Fe3O4 / Li системасында беттик заряддын сыйымдуулугу кошумча кубаттуулуктун негизги булагы болуп саналат;
(3) Металл нанобөлүкчөлөрүнүн беттик сыйымдуулугу механизми өткөөл металл кошулмаларынын кеңири спектрине чейин кеңейтилиши мүмкүн.
Монодисперстүү көңдөй Fe кадимки гидротермикалык ыкмалар менен синтезделген3O4Наносфералар, андан кийин 100 mAg−1Заряддоо жана разрядда учурдагы тыгыздыкта аткарылган (1а-сүрөт), биринчи разряд кубаттуулугу 1718 mAh g−1, 1370 mAhg, экинчи жана тиешелүүлүгүнө жараша. 1Жана 1,364 mAhg−1, алда канча 926 mAhg−1 Күтүүлөр теориясы. Толук зарядсызданган продуктунун BF-STEM сүрөттөрү (1b-c-сүрөт) литийди калыбына келтиргенден кийин, Fe3O4 наносфералары Li1O борборунда чачырап, болжол менен 3 – 2 нм өлчөмүндөгү кичинекей Fe нанобөлүкчөлөрүнө айланганын көрсөтүп турат.
Электрохимиялык цикл учурунда магнетизмдин өзгөрүшүн көрсөтүү үчүн 0.01 В чейин толук разряддан кийин магниттелүү ийри сызыгы алынган (1d-сүрөт), нанобөлүкчөлөрдүн пайда болушунан улам суперпарамагниттик жүрүм-турумду көрсөткөн.
1-сүрөт (a) 100 mAg−1Fe токтун тыгыздыгында3O4/ Li батареянын туруктуу токтун заряды жана разрядынын ийри сызыгы; (б) толугу менен литий Fe3O4Электроддун BF-STEM сүрөтү; (c) O жана Fe экөөнүн тең 2Жогорку чечилиштеги BF-STEM сүрөттөрүндө Li болушу; (г) Fe3O4 Электроддун алдында (кара) жана кийин (көк) гистерезис ийри сызыгы жана акыркысынын Лангевин орнотулган ийри сызыгы (кызгылт көк).
Электрохимияны Fe3O4Of структуралык жана магниттик өзгөрүүлөр менен айкалыштыруу үчүн, Fe3O4 менен байланышкан электроддор in situ рентген нурларынын дифракциясына (XRD) жана жеринде магниттик мониторингге дуушар болгон. Ачык чынжырдагы чыңалуудан (OCV) 1.2V3O4ке чейинки алгачкы разряд учурунда XRD дифракциясынын бир катар үлгүлөрүндөгү Fe дифракциянын чокулары интенсивдүүлүктө да, позицияда да олуттуу өзгөргөн жок (2а-сүрөт), бул Fe3O4Only Li интеркалация процессин башынан өткөргөнүн көрсөтүп турат. 3V чейин заряддалганда, Fe3O4The антишпинель структурасы бузулбаган бойдон калууда, бул чыңалуу терезесиндеги процесс өтө кайтарымдуулугун көрсөтүп турат. Магниттештирүүнүн реалдуу убакытта кандайча өнүгүп жатканын изилдөө үчүн туруктуу токтун заряды-разряд тесттери менен бирге жеринде магниттик мониторинг жүргүзүлдү (сүрөт 2b).
Сүрөт 2 In situ XRD жана магниттик мониторингдин мүнөздөмөсү.(A) in situ XRD; (б) Fe3O4 Электрохимиялык заряд-разряддын ийри сызыгы 3 Т колдонулган магнит талаасы жана тиешелүү кайтуучу жеринде магниттик жооп.
Магниттештирүүнүн өзгөрүшү боюнча бул конверсия процесси жөнүндө көбүрөөк түшүнүк алуу үчүн, магниттик жооп реалдуу убакытта чогултулат жана электрохимиялык реакциялар менен коштолгон тиешелүү фазалык өтүү (3-сүрөт). Биринчи разрядда электроддордун Fe3O4Магниттештирүү реакциясы биринчи литализдештирүү учурунда Fe нын башка циклдарынан айырмаланат3O4 Кайрылгыс фазалык өтүүнүн натыйжасында. Потенциал 0.78 В чейин төмөндөгөндө, Fe3O4The antispinel фазасы O, Fe2O3 классындагы Li4 классындагы FeO галит структурасын камтыган фазаны заряддоодон кийин калыбына келтирүүгө болбойт. Тиешелүү түрдө магниттелүү 0.482 μ b Fe−1ге чейин тез төмөндөйт. Литиалдашуу жүрүп жаткандыктан, жаңы фаза түзүлбөй, (200) жана (220) класстагы FeO дифракция чокуларынын интенсивдүүлүгү начарлай баштады. барабар Fe3O4Электрод толугу менен лиализацияланганда XRD чокусу сакталбайт (3a-сүрөт). Fe3O4 электродунун 0.78Вдан 0.45Вга чейин разряддалышында магниттелиши (0.482 μ b Fe−1ден 1.266 μ bFe−1ге чейин жогорулаган), бул FeO дан Fe ге айлануу реакциясы менен түшүндүрүлгөнүн эске алыңыз. Андан кийин, разряддын аягында магниттелүү акырындык менен 1.132 μ B Fe−1 чейин төмөндөдү. Бул ачылыш толугу менен кыскартылган металл Fe0Nanoparticles дагы эле литий сактоо реакциясына катыша алат, ошентип электроддордун магниттелүүсүн азайтат.
Сүрөт 3 Фазалык өтүүнү жана магниттик жоопту жеринде байкоо.（a）Fe3O4Электроддун биринчи разрядында чогултулган In situ XRD картасы; (б) Fe3O4 In situ магниттик күчтүн 3 Т колдонулган магнит талаасында / Li клеткаларынын электрохимиялык циклдерин өлчөө.
Fe3O4 Электроддордун магниттик өзгөрүүлөрү төмөнкү чыңалууларда пайда болот, мында кошумча электрохимиялык кубаттуулук пайда болот, бул клетканын ичинде ачыла элек заряд алып жүрүүчүлөрдүн бар экенин көрсөтүп турат. Потенциалдуу литийди сактоо механизмин изилдөө үчүн XPS, STEM жана магниттик эффективдүүлүк спектри3O4Электроддорунун жардамы менен магниттик өзгөрүүнүн булагын аныктоо үчүн 0.01V, 0.45V жана 1.4V магниттештирүү чокуларынын электроддору изилденген. Натыйжалар магниттик момент магниттик өзгөрүүгө таасир этүүчү негизги фактор экенин көрсөттү, анткени O системасынын өлчөнгөн Fe0/Li2The Ms магниттик анизотропия жана бөлүкчөлөр аралык кошулуу таасир этпейт.
Төмөн чыңалуудагы электроддордун Fe3O4 кинетикалык касиеттерин тереңирээк түшүнүү үчүн, ар кандай сканерлөө ылдамдыгында циклдик вольтметрия. 4а-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, тик бурчтуу циклдик вольтаммограмма ийри сызыгы 0.01V жана 1V ортосундагы чыңалуу диапазонунда пайда болот (4а-сүрөт). 4b-сүрөттө Fe3O4A сыйымдуулугу электроддо пайда болгонун көрсөтөт. Туруктуу токтун заряды жана разряд процессинин жогорку реверсивдүү магниттик реакциясы менен (4в-сүрөт) разряд процессинде электроддун магниттелиши 1Вдан 0.01Вга чейин төмөндөп, заряддоо процессинде кайра жогорулаган, бул конденсатор сымал Fe0Of экенин көрсөтөт. беттик реакция абдан кайтарымдуулугу.
4-сүрөт электрохимиялык касиеттери жана 0.011 В боюнча жеринде магниттик мүнөздөмөсү. (A) Циклдик вольтамметриялык ийри сызык. (B) b мааниси эң жогорку ток менен сканерлөө ылдамдыгынын ортосундагы корреляцияны колдонуу менен аныкталат; (в) 5 Т колдонулган магнит талаасынын астында заряд-разряд ийри сызыгына салыштырмалуу магниттелүүнүн кайра өзгөрүүчү өзгөрүүсү.
жогоруда айтылган Fe3O4 Электроддордун электрохимиялык, структуралык жана магниттик өзгөчөлүктөрү кошумча батареянын сыйымдуулугу Fe0 менен аныкталаарын көрсөтүп турат. Нанобөлүкчөлөрдүн спин-поляризацияланган беттик сыйымдуулугу аны коштоп жүргөн магниттик өзгөрүүлөрдүн натыйжасында пайда болот. Спин-поляризацияланган сыйымдуулук интерфейсте спин-поляризацияланган заряддын топтолушунун натыйжасы болуп саналат жана заряддын жана разряддын учурунда магниттик жоопту көрсөтө алат. Fe3O4 Негизги электрод, биринчи разряд процессинде, O субстратындагы Li2Fine Fe нанобөлүкчөлөрүндө дисперстүү болгон. чоң бет-көлөм катышы жана жогорку локализацияланган d орбиталдарынан улам Ферми деңгээлинде мамлекеттердин жогорку тыгыздыгын ишке ашырат. Майердин мейкиндик зарядын сактоонун теориялык моделине ылайык, авторлор O нанокомпозиттеринде Fe / Li2Creating спин-поляризацияланган беттик конденсаторлордо табылышы мүмкүн болгон металлдык Fe нанобөлүкчөлөрүнүн спин-бөлүүчү тилкелеринде көп сандагы электрондор сакталышы мүмкүн деп сунушташат ( 5-сүрөт).
график 5Fe/Li2A О-интерфейсиндеги спин-поляризацияланган электрондордун беттик сыйымдуулугунун схемалык сүрөттөлүшү. (A) ферромагниттик металл бөлүкчөлөрүнүн бетинин спиндик поляризациялык абалынын тыгыздыгынын схемалык диаграммасы (разрядга чейин жана андан кийин), темирдин массалуу поляризациясы; (б) ашыкча сакталган литийдин беттик конденсатор моделинде космостук заряд аймагынын пайда болушу.
TM / Li бул литий-иондук батарейка үчүн кошумча сактоо сыйымдуулугунун булагын ачуу үчүн О нанокомпозиттин ички электрондук структурасынын эволюциясы өнүккөн жеринде магниттик мониторинг тарабынан изилденген. Натыйжалар көрсөткөндөй, Fe2O3/Li моделинин клетка системасында да электрохимиялык жактан кыскартылган Fe нанобөлүкчөлөрү көп сандагы спин-поляризацияланган электрондорду сактай алат, мунун натыйжасында клетканын ашыкча сыйымдуулугу жана фаза аралык магнетизм олуттуу өзгөргөн. Эксперименттер андан ары тастыкталган CoO, NiO жана FeF4And Fe2 N электроддук материалда мындай сыйымдуулуктун болушу литий-иондук батарейкалардагы металл нанобөлүкчөлөрүнүн спин-поляризацияланган беттик сыйымдуулугунун бар экендигин көрсөтүп турат жана бул мейкиндик зарядын сактоо механизмин башка өткөөлдө колдонууга негиз түзөт. металл кошулмаларына негизделген электроддук материалдар.
Өткөөл металл оксиди литий-иондук батарейкаларында кошумча сактоо сыйымдуулугу in situ магнитометрия аркылуу аныкталган (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)
Литий электродунун пластинкасынын дизайн формуласынын жана электрод пластинкасынын кемчиликтеринин аткарууга тийгизген таасири
Литий батарейка электрод металл суюктугуна бирдей колдонулган бөлүкчөлөрдөн турган каптоо болуп саналат. Литий-иондук батарея электрод каптоо, негизинен, үч бөлүктөн турган курама материал катары каралышы мүмкүн:
(1) активдүү заттын бөлүкчөлөрү;
(2) өткөрүүчү агенттин жана агенттин түзүүчү фазасы (көмүртек жабышчаак фазасы);
(3) Тешикче, электролит менен толтуруңуз.
Ар бир фазанын көлөмүнүн байланышы төмөнкүчө чагылдырылат:
Пороздук + тирүү заттын көлөмдүк үлүшү + көмүртек жабышчаак фазасынын көлөмдүк үлүшү =1
литий батарея электрод дизайн дизайн абдан маанилүү, азыр литий батарея электрод дизайн негизги билим кыскача киргизилген.
(1) Электроддук материалдын теориялык сыйымдуулугу Электроддук материалдын теориялык сыйымдуулугу, башкача айтканда, электрохимиялык реакцияга катышкан материалдагы бардык литий иондору камсыз кылган сыйымдуулук, анын мааниси төмөнкү теңдеме менен эсептелет:
Мисалы, LiFePO4The молярдык массасы 157.756 г/моль жана анын теориялык кубаттуулугу:
Бул эсептелген маани теориялык грамм кубаттуулугу гана. Материалдын кайра түзүмүн камсыз кылуу үчүн, иш жүзүндө литий-ионду кетирүү коэффициенти 1ден аз, ал эми материалдын иш жүзүндөгү грамм сыйымдуулугу:
Материалдын иш жүзүндөгү грамм сыйымдуулугу = литий-ионду өчүрүү коэффициентинин теориялык сыйымдуулугу
(2) Батареянын долбоордук кубаттуулугу жана өтө бир жактуу тыгыздыгы Батареянын долбоордук кубаттуулугу төмөнкү формула боюнча эсептелиши мүмкүн: батареянын долбоордук кубаттуулугу = каптоо бетинин тыгыздыгы активдүү материалдын катышы активдүү материалдын грамм сыйымдуулугу уюл барак каптоо аянты
Алардын арасында каптоо бетинин тыгыздыгы негизги дизайн параметри болуп саналат. Тығыздоо тыгыздыгы өзгөрүүсүз болгондо, каптоо бетинин тыгыздыгынын өсүшү полюс барактын калыңдыгын, электрон өткөрүү аралыкты жана электрондун каршылыгын жогорулатууну билдирет, бирок өсүү даражасы чектелген. Калың электрод барагында электролиттеги литий иондорунун миграциялык импеданстын жогорулашы катышынын мүнөздөмөсүнө таасир эткен негизги себеп болуп саналат. Көзөнөктүүлүгүн жана тешикчелеринин бурулуштарын эске алганда, тешикчедеги иондордун миграциялык аралыгы полюстун калыңдыгынан көп эсе көп.
(3) Терс-оң кубаттуулук катышы N / P терс сыйымдуулуктун оң кубаттуулукка катышы төмөнкүчө аныкталат:
N / P 1.0, жалпысынан 1.04 ~ 1.20 көбүрөөк болушу керек, бул негизинен коопсуздук дизайнында, терс тарап литий ионунун кабыл булагы жок жаан-чачынга жол бербөө үчүн, процесстин кубаттуулугун карап чыгуу үчүн дизайн, мисалы, каптоо четтөө. Бирок, N / P өтө чоң болгондо, батарейка кайтарылгыс кубаттуулугун жоготот, натыйжада батареянын сыйымдуулугу төмөн болуп, батареянын энергия тыгыздыгы азаят.
Литий титанатты анод үчүн оң электроддун ашыкча дизайны кабыл алынат, ал эми батареянын кубаттуулугу литий титанат анодунун кубаттуулугу менен аныкталат. Оң ашыкча дизайн батареянын жогорку температуралык иштешин жакшыртууга шарт түзөт: жогорку температурадагы газ негизинен терс электроддон келет. Оң ашыкча дизайнда терс потенциал төмөн жана литий титанаттын бетинде SEI пленкасын түзүү оңой.
(4) Каптаманын тыгыздыгы жана көзөнөктүүлүгү Өндүрүш процессинде батареянын электродунун каптоо тыгыздыгы төмөнкү формула боюнча эсептелет. Уюлдук баракты прокаттаганда, металл фольга узартылганын эске алып, роликтен кийинки жабуунун беттик тыгыздыгы төмөнкү формула боюнча эсептелет.
Мурда айтылгандай, каптоо тирүү материалдык фазадан, көмүртек жабышчаак фазасынан жана тешикчеден турат жана көзөнөктүүлүгүн төмөнкү теңдеме менен эсептөөгө болот.
Алардын арасында, каптоо орточо тыгыздыгы болуп саналат: литий батарея электрод каптоо порошок бөлүкчөлөрүнүн бир түрү болуп саналат, анткени порошок бөлүкчөлөрүнүн бети орой, туура эмес формада, топтолгондо, бөлүкчөлөр менен бөлүкчөлөрдүн ортосундагы бөлүкчөлөр жана кээ бир бөлүкчөлөрдүн өзү жаракалар жана тешикчелер бар, порошок көлөмү, анын ичинде порошок көлөмү, порошок бөлүкчөлөрүнүн жана бөлүкчөлөрдүн ортосундагы тешикчелер, демек, электрод каптоо тыгыздыгы жана көзөнөктүү өкүлчүлүгү тиешелүү түрдүү. Порошок бөлүкчөлөрүнүн тыгыздыгы көлөм бирдигине порошоктун массасын билдирет. порошок көлөмү боюнча, ал үч түргө бөлүнөт: чыныгы тыгыздыгы, бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгы жана топтоо тыгыздыгы. Ар кандай тыгыздык төмөнкүчө аныкталат:
Ошол эле порошок үчүн чыныгы тыгыздык> бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгы> таңгактоо тыгыздыгы. Порошоктун көзөнөктүүлүгү – бул порошок бөлүкчөлөрүнүн каптамасындагы тешикчелердин катышы, башкача айтканда, порошок бөлүкчөлөрүнүн жана бөлүкчөлөрдүн тешикчелеринин ортосундагы боштуктун көлөмүнүн каптаманын жалпы көлөмүнө катышы, ал жалпы түрдө көрсөтүлөт. пайыз катары. Порошоктун көзөнөктүүлүгү бөлүкчөлөрдүн морфологиясына, беттик абалына, бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жана бөлүкчөлөрдүн көлөмүнүн бөлүштүрүлүшүнө байланыштуу комплекстүү касиет болуп саналат. Анын көзөнөктүүлүгү түздөн-түз электролит жана литий ионунун өтүү инфильтрациясына таасир этет. Жалпысынан алганда, көзөнөктүүлүк канчалык чоң болсо, электролиттин инфильтрациясы ошончолук жеңил болот жана литий ионунун өтүшү ошончолук тез болот. Ошондуктан, литий батареяны долбоорлоодо, кээде көзөнөктүүлүгүн аныктоо үчүн, адатта сымап басым ыкмасы, газ адсорбция ыкмасы, ж. Эсептөөлөр үчүн ар кандай тыгыздыктарды колдонууда көзөнөктүүлүк ар кандай мааниге ээ болушу мүмкүн. Тирүү заттын, өткөргүчтүн жана байланыштыргычтын көзөнөктүүлүгүнүн тыгыздыгы чыныгы тыгыздык менен эсептелгенде, эсептелген көзөнөктүүлүккө бөлүкчөлөрдүн ортосундагы боштук жана бөлүкчөлөрдүн ичиндеги боштук кирет. Тирүү заттын, өткөргүчтүн жана байланыштыргычтын көзөнөктүүлүгү бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгы менен эсептелгенде, эсептелген көзөнөктүүлүккө бөлүкчөлөрдүн ичиндеги боштук эмес, бөлүкчөлөрдүн ортосундагы боштук кирет. Ошондуктан, литий батарея электрод барактын тешикче өлчөмү да көп масштабдуу болуп саналат, жалпысынан бөлүкчөлөр ортосундагы ажырым микрон масштабдуу өлчөмү болуп саналат, ал эми бөлүкчөлөрдүн ичиндеги ажырым суб-субмикрондук масштабда нанометрде болуп саналат. Тешиктүү электроддордо эффективдүү диффузия жана өткөргүчтүк сыяктуу транспорттук касиеттердин байланышын төмөнкү теңдеме менен туюндуруп алууга болот:
Бул жерде D0 материалдын өзүнүн ички диффузия (өткөрүү) ылдамдыгын билдирет, ε - тиешелүү фазанын көлөмдүк бөлүгү, ал эми τ - тиешелүү фазанын айланма ийрилиги. Макроскопиялык гомогендик моделде кеуектүү электроддордун эффективдүү оңдугун баалоо үчүн ɑ =1.5 коэффициентин алып, жалпысынан Брюггеман катышы колдонулат.
Электролит литий иондору электролит аркылуу өткөрүлө турган көзөнөктүү электроддордун тешиктерине толтурулат жана литий иондорунун өткөргүчтүк мүнөздөмөлөрү көзөнөктүүлүк менен тыгыз байланышта. Пороздук канчалык чоң болсо, электролит фазасынын көлөмдүк үлүшү ошончолук жогору жана литий иондорунун эффективдүү өткөргүчтүгү ошончолук жогору болот. Оң электрод баракчасында электрондор көмүртек жабышчаак фазасы аркылуу өткөрүлөт, көмүртек жабышчаак фазасынын көлөмдүк үлүшү жана көмүртек жабышчаак фазасынын айланма жолу электрондордун эффективдүү өткөрүмдүүлүгүн түздөн-түз аныктайт.
Көмүртек жабышчаак фазасынын көзөнөктүүлүгү жана көлөмдүк үлүшү карама-каршы келет жана чоң көзөнөктүүлүк сөзсүз түрдө көмүртек жабышчаак фазасынын көлөмдүк үлүшүнө алып келет, ошондуктан литий иондорунун жана электрондорунун эффективдүү өткөргүч касиеттери да карама-каршы келет, 2-сүрөттө көрсөтүлгөн. Пороздуктун азайышы менен литий ионунун эффективдүү өткөргүчтүгү төмөндөйт, ал эми электрондун эффективдүү өткөргүчтүгү жогорулайт. Экөөнүн тең салмактуулугу электроддун дизайнында да маанилүү.
Сүрөт 2 Көзөнөктүүлүктүн жана литий ионунун жана электрон өткөргүчтүгүнүн схемалык диаграммасы
2. Уюлдук кемчиликтердин түрү жана аныктоо
Азыркы учурда, батарейка уюлдарын даярдоо процессинде, продукциянын өндүрүштүк кемчиликтерин натыйжалуу аныктоо, кемчиликтерди жоюу жана өндүрүш линиясына өз убагында жооп кайтаруу, өндүрүшкө автоматтык түрдө же кол менен оңдоолорду киргизүү үчүн барган сайын көбүрөөк онлайн аныктоо технологиялары кабыл алынууда. жараянын, кемчиликтерди азайтуу үчүн.
Уюлдук баракты өндүрүүдө көбүнчө колдонулган онлайн аныктоо технологиялары шламдын мүнөздөмөсүн аныктоону, полюс барактын сапатын аныктоону, өлчөмдү аныктоону жана башкаларды камтыйт, Мисалы: (1) онлайн илешкектүүлүк өлчөгүч реологиялык аныктоо үчүн каптоо сактагычка түздөн-түз орнотулган. реалдуу убакытта шламдын мүнөздөмөлөрү, шламдын туруктуулугун текшерүү; (2) каптоо жараянында рентген же β -ray колдонуу, Анын жогорку өлчөө тактыгы, бирок ири нурлануу, жабдуулардын жана тейлөө кыйынчылык жогорку баасы; (3) Лазердик онлайн жоондугун өлчөө технологиясы полюс барагынын калыңдыгын өлчөө үчүн колдонулат, Өлчөөнүн тактыгы ± 1. 0 μ мге жетиши мүмкүн, Ал ошондой эле өлчөнгөн калыңдыгынын жана калыңдыгынын өзгөрүү тенденциясын реалдуу убакытта көрсөтө алат, Маалыматты көзөмөлдөөгө көмөктөшөт. жана талдоо; (4) CCD көрүү технологиясы, башкача айтканда, CCD сызык массивдери өлчөнгөн объектти сканерлөө үчүн колдонулат, реалдуу убакыт режиминде сүрөттү иштетүү жана дефект категорияларын талдоо, полюс баракчасынын бетиндеги кемчиликтерди кыйратпаган онлайн аныктоону ишке ашыруу.
Сапатты көзөмөлдөө куралы катары, жарым фабрикаттарга квалификациялуу/квалификацияланбаган критерийлерди аныктоо үчүн дефекттердин жана батареянын иштешинин ортосундагы байланышты түшүнүү үчүн онлайн тестирлөө технологиясы да маанилүү.
Акыркы бөлүгүндө, литий-иондук батареянын бетиндеги кемчиликтерди аныктоо технологиясынын жаңы ыкмасы, инфракызыл жылуулук сүрөттөө технологиясы жана бул ар кандай кемчиликтер менен электрохимиялык көрсөткүчтөрдүн ортосундагы байланыш кыскача тааныштырылат. Consult D. Mohanty Mohanty et al.
(1) Уюл барак бетиндеги жалпы кемчиликтер
3-сүрөттө литий-иондук аккумулятордун электродунун бетиндеги жалпы кемчиликтер көрсөтүлгөн, оптикалык сүрөт сол жакта жана тепловизор тарабынан тартылган сүрөт оң жакта.
3-сүрөт Уюлдук барактын бетиндеги кеңири таралган кемчиликтер: (а, б) томпок конверт/агрегат; (в, г) материалды түшүрүү / тешик; (д, е) металл бөтөн денеси; (ж, ч) тегиз эмес каптоо
(А, б) көтөрүлгөн томпок/агрегат, эгерде суспензия бир калыпта аралашса же каптоо ылдамдыгы туруксуз болсо, мындай кемчиликтер пайда болушу мүмкүн. жабышчаак жана көмүр кара өткөргүч агенттердин агрегация активдүү ингредиенттердин төмөн мазмунуна жана полярдык таблеткалардын жеңил салмагына алып келет.
(в, г) тамчы / тешик, бул бузулган жерлер капталган эмес жана көбүнчө шламдагы көбүкчөлөр тарабынан пайда болот. Алар активдүү материалдын көлөмүн азайтып, коллекторду электролитке тийгизип, электрохимиялык кубаттуулукту азайтат.
(E, f) жабдууларга жана айлана-чөйрөгө киргизилген металл бөтөн телолор, шлам же металл бөтөн телолор жана металл бөтөн денелери литий батареяларына чоң зыян келтириши мүмкүн. Чоң металл бөлүкчөлөрү түздөн-түз диафрагманы начарлатып, натыйжада оң жана терс электроддордун ортосунда кыска туташуу пайда болот, бул физикалык кыска туташуу. Мындан тышкары, металл бөтөн денеси оң электродго аралашканда, заряддалгандан кийин оң потенциал жогорулайт, металл эрийт, электролит аркылуу тарайт, андан кийин терс бетине чөкмө түшүп, акыры диафрагманы тешип, кыска туташуу пайда болот. бул химиялык эрүү кыска туташуу болуп саналат. Батарея заводунун аймагында эң кеңири тараган металл бөтөн денелери Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS ж.б.
(g, h) тегиз эмес каптоо, мисалы, суспензияны аралаштыруу жетишсиз, бөлүкчө чоң болгондо бөлүкчөлөрдүн майдалыгы оңой эле тилкелер пайда болот, натыйжада текши эмес каптоо пайда болот, бул батареянын сыйымдуулугунун консистенциясына таасир этет, ал тургай толугу менен пайда болот. каптоо тилкеси жок, кубаттуулугу жана коопсуздугуна таасирин тийгизет.
(2) Поле чипинин бетиндеги кемчиликтерди аныктоо технологиясы Infrared (IR) жылуулук сүрөттөө технологиясы литий-иондук батарейкалардын иштешине зыян келтирүүчү кургак электроддордогу майда кемчиликтерди аныктоо үчүн колдонулат. Онлайн аныктоо учурунда, электрод кемчилиги же булгоочу аныкталса, аны полюс баракчасына белгилеп, аны кийинки процессте жок кылып, өндүрүш линиясына кайтарып бериңиз жана кемчиликтерди жоюу үчүн процессти өз убагында тууралаңыз. Инфракызыл нурлар – радиотолкундар жана көзгө көрүнгөн жарык сыяктуу табиятка ээ болгон электромагниттик толкундун бир түрү. Объекттин бетинин температуралык бөлүштүрүлүшүн адамдын көзүнө көрүнгөн сүрөттөлүшкө айландыруу үчүн атайын электрондук прибор колдонулат жана предметтин бетинин температуралык бөлүштүрүлүшүн ар түрдүү түстө көрсөтүү үчүн инфракызыл тепловизор технологиясы деп аталат. Бул электрондук аппарат инфракызыл тепловизор деп аталат. Абсолюттук нөлдөн (-273℃) жогору бардык объекттер инфракызыл нурланууну чыгарышат.
4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, инфракызыл жылуулук жакындоочу (IR Камера) инфракызыл детекторду жана оптикалык сүрөттөө объектисин өлчөнгөн максаттуу объекттин инфракызыл нурлануу энергиясын бөлүштүрүү үлгүсүн кабыл алуу жана инфракызыл детектордун фотосезгич элементине чагылдыруу үчүн колдонот. объекттин бетиндеги жылуулук бөлүштүрүүчү талаага туура келген инфракызыл жылуулук сүрөтү. Объекттин бетинде кемчилик болгондо ал жерде температура жылып кетет. Ошондуктан, бул технология объекттин бетиндеги кемчиликтерди аныктоо үчүн да колдонулушу мүмкүн, өзгөчө оптикалык аныктоо каражаттары менен айырмаланбай турган кээ бир кемчиликтерге ылайыктуу. Литий-иондук батарейканын кургатуу электрод онлайн аныкталганда, электрод электрод биринчи жаркылдап, бетинин температурасы өзгөрөт, андан кийин бетинин температурасы тепловизор менен аныкталат. Жылуулук бөлүштүрүүнүн сүрөтү визуалдаштырылган, ал эми беттик кемчиликтерди аныктоо жана аларды өз убагында белгилөө үчүн реалдуу убакыт режиминде сүрөт иштетилип, талданат.D. Mohanty изилдөө электрод барак бетинин температура бөлүштүрүү сүрөтүн аныктоо үчүн coater кургатуу мешинин чыгуусуна тепловизор орнотулган.
5 (а)-сүрөт – ЖМБнын оң полюс барагынын каптоо бетинин температуралык бөлүштүрүүнүн картасы тепловизор тарабынан аныкталган, анда жөнөкөй көз менен айырмалоого мүмкүн болбогон өтө кичинекей кемчилик бар. Маршруттук сегментке туура келген температураны бөлүштүрүү ийри сызыгы кемчиликтердин чекитинде температуранын көтөрүлүшү менен ички инстаграммда көрсөтүлгөн. 5 (б)-сүрөттө полюстун бетинин дефектине туура келген тиешелүү кутуда температура локалдуу жогорулайт. FIG. 6 - тескери электрод барактын беттик температурасынын бөлүштүрүлгөн диаграммасы, анда кемчиликтердин бар экендиги көрсөтүлөт, мында температуранын жогорулашынын чокусу көбүккө же агрегатка, ал эми температуранын төмөндөшүнүн аянты пин тешикке же тамчыга туура келет.
5-сүрөт Оң электрод барактын бетинин температуралык бөлүштүрүлүшү
6-сүрөт Терс электроддун бетинин температуранын бөлүштүрүлүшү
Температураны бөлүштүрүүнү тепловизор аркылуу аныктоо поляк барактарынын бетиндеги кемчиликтерди аныктоонун жакшы каражаты экенин көрүүгө болот, ал поляк барактын сапатын көзөмөлдөө үчүн колдонулушу мүмкүн. Батареянын иштөөсүнө полюс барагынын бетиндеги кемчиликтердин таасири
(1) Батареянын мультипликаторунун сыйымдуулугуна жана Кулон эффективдүүлүгүнө таасири
7-сүрөттө агрегаттын жана тешиктин батареянын мультипликаторунун сыйымдуулугуна жана кулендин эффективдүүлүгүнө тийгизген таасири ийри сызыгы көрсөтүлгөн. Агрегат чындыгында батарейканын кубаттуулугун жакшырта алат, бирок кулен натыйжалуулугун төмөндөтөт. Пин тешиги батареянын сыйымдуулугун жана Кулун эффективдүүлүгүн төмөндөтөт, ал эми Кулун эффективдүүлүгү жогорку ылдамдыкта абдан төмөндөйт.
7-сүрөт катоддун агрегатынын жана тешикченин батареянын сыйымдуулугуна жана 8-сүрөттүн эффективдүүлүгүнө тийгизген таасири текши эмес каптоо, ал эми металлдын бөтөн денеси Co жана Al аккумулятордун сыйымдуулугуна жана эффективдүү ийри сызыгынын таасири, тегиз эмес каптоо батареянын массасынын кубаттуулугун 10% азайтат - 20% га, бирок бүт батарейканын кубаттуулугу 60% га азайган, бул полярдык бөлүгүндө тирүү масса бир кыйла кыскарганын көрсөтүп турат. Metal Co бөтөн денеси 2С жана 5С жогорку чоңойтуудо да сыйымдуулугун жана Кулон эффективдүүлүгүн төмөндөтөт, бул литий менен литийдин орнотулган электрохимиялык реакциясында металл Ко пайда болушуна байланыштуу болушу мүмкүн, же ал металл бөлүкчөлөрү болушу мүмкүн. диафрагманын тешикчеси жабылып, микро кыска туташуу пайда болду.
Сүрөт 8 Оң электроддун текши эмес каптоосунун жана металл бөтөн денелеринин Co жана Al батареясынын мультипликаторунун сыйымдуулугуна жана кулен эффективдүүлүгүнө тийгизген таасири
Катод баракчасынын кемчиликтеринин кыскача баяндамасы: Катод баракчасынын каптоосундагы заттар батареянын кулон эффективдүүлүгүн төмөндөтөт. Позитивдүү каптаманын тешиги кулон эффективдүүлүгүн төмөндөтөт, натыйжада мультипликатордун начар иштешине алып келет, айрыкча токтун жогорку тыгыздыгында. Гетерогендүү каптоо начар чоңойтуу көрсөткүчүн көрсөттү. Металл бөлүкчөлөрүнүн булгоочу заттары микро кыска туташууларды пайда кылышы мүмкүн, демек, батареянын кубаттуулугун бир топ төмөндөтүшү мүмкүн.
9-сүрөттө терс агып чыгуучу фольга тилкесинин мультипликатордун кубаттуулугуна жана батареянын Кулун эффективдүүлүгүнө тийгизген таасири көрсөтүлгөн. Терс электроддо агып чыкканда, аккумулятордун сыйымдуулугу бир кыйла азаят, бирок грамм сыйымдуулугу ачык эмес, Кулун эффективдүүлүгүнө таасири олуттуу эмес.
9-сүрөт Терс электроддун агып кетишинин фольга тилкесинин батареянын мультипликаторунун сыйымдуулугуна жана Кулун эффективдүүлүгүнө тийгизген таасири (2) Батарея мультипликаторунун циклинин иштешине тийгизген таасири 10-сүрөт электрод бетинин дефектинин батареянын мультипликатор циклине тийгизген таасиринин натыйжасы. Таасири натыйжалары төмөнкүчө чагылдырылган:
Эгрегация: 2Cде 200 циклдин кубаттуулугун тейлөө ылдамдыгы 70% жана бузулган батарея 12%, ал эми 5C циклинде 200 циклдин кубаттуулугун тейлөө ылдамдыгы 50% жана бузулган батарея 14% түзөт.
Ийне тешиги: кубаттуулуктун начарлашы айкын, бирок эч кандай агрегаттык кемчиликтин басаңдашы тез эмес жана 200 цикл 2C жана 5C кубаттуулугун тейлөө ылдамдыгы тиешелүүлүгүнө жараша 47% жана 40% түзөт.
Металл бөтөн орган: металл Co бөтөн дененин сыйымдуулугу бир нече циклден кийин дээрлик 0 болот, ал эми металл бөтөн дененин Al фольгасынын 5С циклинин кубаттуулугу кыйла төмөндөйт.
Ачуу тилкеси: Ошол эле агып кеткен аймак үчүн бир нече кичине тилкелердин батарея сыйымдуулугу чоңураак тилкеге караганда тез азаят (47Cде 200 цикл үчүн 5%) (7Cде 200 цикл үчүн 5%). Бул сызыктардын саны канчалык көп болсо, батареянын циклине таасири ошончолук чоң экенин көрсөтүп турат.
Сүрөт 10 Электрод барагынын бетиндеги кемчиликтердин клетканын ылдамдыгы циклине тийгизген таасири
Шилтеме: [1] Лазердик штангенциркуль жана IR термографиялык методдор менен уячалары менен капталган литий экинчилик батарея электроддорун кыйратуучу эмес баалоо [J].ANALYTICALMETODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Effect Литий-иондук батарейкалардын электрохимиялык көрсөткүчтөрү боюнча электрод өндүрүшүнүн кемчиликтери: Батареянын бузулуу булактарын таануу[J]. Power Sources журналы.2016, 312: 70-79.
6 сааттын ичинде жооп бериңиз, бардык суроолоруңуз кабыл алынат!
