Afhjúpa leyndardóminn: Ofurfræðileg afkastageta í litíumjónarafhlöðum

Hvers vegna litíum rafhlaða er til ofurfræðilegt afkastagetu fyrirbæri

Í litíumjónarafhlöðum (LIB) sýna mörg umbreytingarmálmoxíð-undirstaða rafskaut óvenju mikla geymslugetu umfram fræðilegt gildi þeirra. Þrátt fyrir að mikið hafi verið greint frá þessu fyrirbæri, þá eru undirliggjandi eðlisefnafræðilegir aðferðir í þessum efnum enn óviðráðanlegar og eru enn umræðuefni.

Prófíll yfir niðurstöður

Nýlega birtu prófessor Miao Guoxing frá háskólanum í Waterloo, Kanada, prófessor Yu Guihua frá háskólanum í Texas í Austin, og Li Hongsen og Li Qiang frá Qingdao háskóla í sameiningu rannsóknarritgerð um náttúruefni undir heitinu „Extra geymslurými í umbreytingarmálmoxíð litíumjónarafhlöður birtar með segulmælingu á staðnum“. Í þessari vinnu notuðu höfundar segulmælingar á staðnum til að sýna fram á tilvist sterkrar yfirborðsrýmds á málmnanóögnum og að hægt sé að geyma mikinn fjölda spunaskautaðra rafeinda í þegar minnkaðar málmnanóögnum, sem er í samræmi við staðbundna hleðslukerfið. Að auki er hægt að útvíkka hið opinbera staðbundna hleðslukerfi yfir í önnur umbreytingarmálmsambönd, sem veitir lykilleiðbeiningar fyrir stofnun háþróaðra orkugeymslukerfa.

Hápunktar rannsókna

(1) Dæmigert Fe var rannsakað með því að nota segulvöktunartækni á staðnum3O4/ Þróun rafeindabyggingarinnar inni í Li rafhlöðunni;

(2) sýnir að Fe3O4Í / Li kerfinu er yfirborðshleðslugetan aðaluppspretta aukagetunnar;

(3) Hægt er að útvíkka yfirborðsrýmdarbúnað málmnanóagna í margs konar umbreytingarmálmsambönd.

Texti og textaleiðbeiningar

1. Byggingareinkenni og rafefnafræðilegir eiginleikar

Eindreifður holur Fe var myndaður með hefðbundnum vatnshitaaðferðum3O4Nanospheres, og síðan framkvæmt við 100 mAg−1hleðslu og afhleðslu við straumþéttleika (Mynd 1a), fyrsta losunargetan er 1718 mAh g−1, 1370 mAhg í annað og þriðja skiptið, í sömu röð, 1Og 1,364 mAhg−1, Langt yfir 926 mAhg−1Væntingarkenningin. BF-STEM myndir af fullhleyptri vörunni (Mynd 1b-c) benda til þess að eftir litíumskerðingu hafi Fe3O4 Nanóhvolfunum verið breytt í smærri Fe nanóagnir sem mældust um 1 – 3 nm, dreift í Li2O miðju.

Til að sýna fram á breytingu á segulmagni meðan á rafefnafræðilegu hringrásinni stóð, fékkst segulmagnsferill eftir fulla úthleðslu í 0.01 V (Mynd 1d), sem sýnir yfirparasegulfræðilega hegðun vegna myndunar nanóagna.

Mynd 1 (a) við 100 mAg−1Fe af hringrásinni við straumþéttleika3O4/ Stöðugur straumhleðsla og afhleðsluferill Li rafhlöðunnar; (b) að fullu litíum Fe3O4BF-STEM mynd rafskautsins; (c) tilvist Li í samanlagðri 2High-upplausnar BF-STEM myndum af bæði O og Fe; (d) Fe3O4 Hysteresis ferill rafskautsins fyrir (svartur) og eftir (blár), og Langevin fitted ferill þess síðarnefnda (fjólublár).

2. Rauntíma uppgötvun á uppbyggingu og segulmagnaðir þróun

Til þess að sameina rafefnafræðina við Fe3O4Of byggingar- og segulbreytingar tengdar Fe3O4 voru rafskautin látin fara í röntgengeislun (XRD) á staðnum og segulvöktun á staðnum. Fe í röð af XRD dreifingarmynstri við upphafslosun frá opnu spennu (OCV) til 1.2V3O4Bygjutopparnir breyttust ekki marktækt hvorki í styrkleika né stöðu (Mynd 2a), sem gefur til kynna að Fe3O4Only hafi upplifað Li-intercalation ferli. Þegar hlaðið er í 3V, er Fe3O4The andstæðingur-spinel uppbyggingin ósnortin, sem bendir til þess að ferlið í þessum spennuglugga sé mjög afturkræft. Frekari segulvöktun á staðnum ásamt stöðugum hleðslu-úthleðsluprófum var framkvæmd til að kanna hvernig segulvöktun þróast í rauntíma (Mynd 2b).

Mynd 2 Einkenni á in-situ XRD og segulvöktun.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4Rafefnafræðileg hleðslu-úthleðsluferill undir 3 T beitt segulsviði og samsvarandi afturkræf segulsvörun á staðnum.

Til að öðlast grunnskilning á þessu umbreytingarferli með tilliti til segulmyndunarbreytinga er segulsvöruninni safnað í rauntíma og samsvarandi fasaskipti sem fylgja rafefnafræðilegum knúnum viðbrögðum (Mynd 3). Það er alveg ljóst að við fyrstu losun er Fe3O4Segulsviðssvörun rafskautanna frábrugðin öðrum hringrásum vegna Fe við fyrstu lithalization3O4Vegna þess að óafturkræf fasaskipti eiga sér stað. Þegar möguleikinn fór niður í 0.78V var Fe3O4The andspínel fasanum breytt til að innihalda Li2Flokkinn FeO halít uppbyggingu O, Fe3O4 Ekki er hægt að endurheimta fasann eftir hleðslu. Að sama skapi lækkar segulmagnið hratt niður í 0.482 μ b Fe−1. Þegar lithialization heldur áfram, myndaðist enginn nýr áfangi og styrkleiki (200) og (220) flokks FeO dreifingartoppa fór að veikjast. Jafnt Fe3O4Það er enginn marktækur XRD toppur sem varðveittur er þegar rafskautið er fullkomlega tengt (mynd 3a). Athugaðu að þegar Fe3O4 rafskautið tæmist úr 0.78V til 0.45V, segulmagnið (úr 0.482 μ b Fe−1hækkað í 1.266 μ bFe−1), var þetta rakið til umbreytingarhvarfsins frá FeO í Fe. Síðan, í lok útskriftarinnar, minnkaði segulmagnið hægt og rólega niður í 1.132 μ B Fe−1. Þessi niðurstaða bendir til þess að að fullu afoxuðu málmi Fe0Nanoparticles geti enn tekið þátt í litíum geymsluviðbrögðum og þannig dregið úr segulmyndun rafskautanna.

Mynd 3 Athuganir á staðnum á fasaskiptum og segulsvörun.（a）Fe3O4In situ XRD kort safnað við fyrstu losun rafskautsins; (b) Fe3O4 In situ segulkraftsmæling á rafefnafræðilegum hringrásum / Li frumna við beitt segulsvið upp á 3 T.

3. Fe0/Li2Surface rýmd O kerfisins

Fe3O4Segulbreytingar rafskautanna eiga sér stað við lágspennu, þar sem líklegast myndast viðbótar rafefnafræðileg getu, sem bendir til þess að óuppgötvaðir hleðsluberar séu í frumunni. Til að kanna hugsanlegan litíum geymslukerfi var Fe rannsakað með XPS, STEM og segulafköstum 3O4 Rafskautum af segulmögnunartoppum við 0.01V, 0.45V og 1.4V til að ákvarða uppruna segulbreytingarinnar. Niðurstöðurnar sýna að segulmagnaðir augnablikið er lykilþáttur sem hefur áhrif á segulbreytinguna, vegna þess að mældar Fe0/Li2The Ms O kerfisins verða ekki fyrir áhrifum af segulmagnaðir anisotropy og millikornatengingu.

Til að skilja frekar Fe3O4Hreyfifræðilega eiginleika rafskautanna við lágspennu, hringlaga spennumælingu við mismunandi skannahraða. Eins og sýnt er á mynd 4a birtist ferhyrnd hringlaga voltammogram ferillinn innan spennubilsins á milli 0.01V og 1V (Mynd 4a). Mynd 4b sýnir að Fe3O4A rafrýmd svörun átti sér stað á rafskautinu. Með mjög afturkræfu segulsviðbrögðum stöðugra straumhleðslu- og afhleðsluferlisins (Mynd 4c), minnkaði segulmagn rafskautsins úr 1V í 0.01V meðan á losunarferlinu stóð og jókst aftur á meðan á hleðsluferlinu stóð, sem gefur til kynna að Fe0Of þéttilíkisins. yfirborðsviðbrögð eru mjög afturkræf.

Mynd 4 rafefnafræðilegir eiginleikar og in situ segulmagnaðir eiginleikar við 0.011 V.(A) Hringlaga rafmælingarferillinn.(B) b gildið er ákvarðað með því að nota fylgni milli hámarksstraums og skannahraða; (c) afturkræf breyting á segulvæðingu miðað við hleðslu-útskriftarferilinn undir 5 T beitt segulsviði.

ofangreint Fe3O4 Rafefnafræðilegir, burðar- og segulfræðilegir eiginleikar rafskautanna benda til þess að viðbótargeta rafhlöðunnar ræðst af Fe0. Snúningsskautað yfirborðsrýmd nanóagnanna stafar af meðfylgjandi segulbreytingum. Snúningskautað rýmd er afleiðing spunaskautaðrar hleðslusöfnunar við viðmótið og getur sýnt segulsvörun við hleðslu og afhleðslu.til Fe3O4 Grunnrafskautið, í fyrsta losunarferlinu, var dreift í Li2Fine Fe nanóögnum í O undirlaginu hafa stór yfirborðs-til-rúmmál hlutföll og átta sig á miklum þéttleika ríkja á Fermi-stigi vegna mjög staðbundinna d-svigrúmanna. Samkvæmt fræðilegu líkani Maiers af staðbundinni hleðslugeymslu, leggja höfundarnir til að hægt sé að geyma mikið magn rafeinda í spunaklofnunarböndum málmískra Fe nanóagna, sem má finna í Fe / Li2Creating spunaskautuðum yfirborðsþéttum í O nanósamsetningum ( mynd 5).

línurit 5Fe/Li2A Skýringarmynd af yfirborðsrýmd spunaskautuðu rafeindanna við O-viðmótið.(A) skýringarmynd spunaskautunarástandsþéttleika yfirborðs ferromagnetic málmagna (fyrir og eftir losun), andstætt við magnsnúningsskautun járns; (b) myndun geimhleðslusvæðisins í yfirborðsþéttalíkani af ofgeymdu litíum.

Samantekt og Outlook

TM / Li var rannsökuð með háþróaðri segulvöktun á staðnum2. Þróun innri rafeindabyggingar O nanósamsetningarinnar til að sýna uppsprettu viðbótargeymslurýmis fyrir þessa litíumjónarafhlöðu. Niðurstöðurnar sýna að bæði í Fe3O4/Li líkanfrumukerfinu geta rafefnafræðilega minnkaðar Fe nanóagnir geymt mikið magn af snúningskautuðum rafeindum, sem stafar af of mikilli frumugetu og verulega breyttri segulmagni milliflata. Tilraunir staðfestu enn frekar CoO, NiO og FeF2And Fe2 Tilvist slíkrar rýmds í N rafskautsefni gefur til kynna tilvist spunaskautaðrar yfirborðsrýmds málmnanóagna í litíumjónarafhlöðum og leggur grunninn að notkun þessa staðbundna hleðslugeymslukerfis í öðrum umskiptum rafskautsefni sem eru byggð á málmi.

Bókmenntakengil

Auka geymslupláss í litíumjónarafhlöðum úr málmoxíði sem kemur í ljós með segulmælingu á staðnum (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Áhrif hönnunarformúlu fyrir litíum rafskautsskífu og galla á rafskautsskífu á frammistöðu

1. Grein um Stöng kvikmyndahönnun

Lithium rafhlaðan rafskaut er húðun sem samanstendur af ögnum, jafnt borið á málmvökvann. Lithium ion rafhlöðu rafskautshúðun má líta á sem samsett efni, aðallega samsett úr þremur hlutum:

(1) Virk efnisagnir;

(2) efnisfasi leiðandi efnisins og efnisins (kolefnislímfasi);

(3) Svitahola, fylltu með raflausninni.

Rúmmálssamband hvers fasa er gefið upp sem:

Grop + rúmmál lifandi efnis + kolefnislímfasa rúmmálshluti =1

Hönnun litíum rafhlöðu rafskautshönnunar er mjög mikilvæg og nú er grunnþekking litíum rafskautshönnunar stuttlega kynnt.

(1) Fræðileg afkastageta rafskautsefnisins Fræðileg afkastageta rafskautsefnisins, það er getu allra litíumjóna í efninu sem tekur þátt í rafefnahvarfinu, gildi þess er reiknað út með eftirfarandi jöfnu:

Til dæmis er LiFePO4 mólmassi 157.756 g/mól og fræðileg getu hans er:

Þetta reiknaða gildi er aðeins fræðilegt grammmagn. Til að tryggja afturkræfa uppbyggingu efnisins er raunverulegur flutningsstuðull litíumjóna minna en 1 og raunverulegt gramm getu efnisins er:

Raunverulegt grammmagn efnis = fræðileg getu litíumjónaftengingarstuðulls

(2) Rafhlöðuhönnunargeta og afar einhliða þéttleiki Hægt er að reikna út rafhlöðuhönnunargetu með eftirfarandi formúlu: rafhlöðuhönnunargeta = yfirborðsþéttleiki húðunar virks efnishlutfall virks efnis gramm rúmtak stöng lak húðunarsvæði

Meðal þeirra er yfirborðsþéttleiki lagsins lykilhönnunarbreyta. Þegar þjöppunarþéttleiki er óbreyttur þýðir aukning yfirborðsþéttleika lagsins að þykkt stöngplata eykst, rafeindaflutningsfjarlægð eykst og rafeindaviðnám eykst, en aukningin er takmörkuð. Í þykku rafskautsplötunni er aukning flæðiviðnáms litíumjóna í raflausninni aðalástæðan sem hefur áhrif á hlutfallseiginleikana. Miðað við porosity og pore flækjur, er flæðifjarlægð jóna í svitaholunni margfalt meiri en þykkt skautplötunnar.

(3) Hlutfall neikvæðs-jákvæðrar getuhlutfalls N/P neikvæðrar getu og jákvæðrar getu er skilgreint sem:

N / P ætti að vera meira en 1.0, almennt 1.04 ~ 1.20, sem er aðallega í öryggishönnun, til að koma í veg fyrir að neikvæð hlið litíumjónar falli út án samþykkisgjafa, hönnun til að taka tillit til vinnslugetu, svo sem frávik í húðun. Hins vegar, þegar N / P er of stór, mun rafhlaðan missa óafturkræf getu, sem leiðir til lítillar rafhlöðugetu og minni orkuþéttleika rafhlöðunnar.

Fyrir litíumtítanat skautið er jákvæð umframhönnun rafskautsins tekin upp og rafhlaðan er ákvörðuð af getu litíumtítanatskautsins. Jákvæð umframhönnun er til þess fallin að bæta háhitaafköst rafhlöðunnar: háhitagasið kemur aðallega frá neikvæða rafskautinu. Í jákvæðri umframhönnun er neikvæði möguleikinn lítill og það er auðveldara að mynda SEI filmu á yfirborði litíumtítanats.

(4) Þjöppunarþéttleiki og porosity lagsins Í framleiðsluferlinu er húðþjöppunarþéttleiki rafhlöðu rafskautsins reiknaður út með eftirfarandi formúlu. Með hliðsjón af því að þegar stöngplatan er rúlluð, er málmþynnan framlengd, er yfirborðsþéttleiki lagsins eftir valsinn reiknaður út með eftirfarandi formúlu.

Eins og áður hefur komið fram samanstendur húðunin af lifandi efnisfasa, kolefnislímfasa og svitahola og má reikna gropið út með eftirfarandi jöfnu.

Meðal þeirra er meðalþéttleiki húðunar: litíum rafhlaða rafskaut er eins konar duftagnir af húðun, vegna þess að yfirborð duftagnanna er gróft, óreglulegt lögun, við uppsöfnun, agnir milli agna og agna, og sumar agnir sjálfar hafa sprungur og svitahola, svo duft rúmmál þ.mt duft rúmmál, svitahola milli duft agna og agna, því samsvarandi fjölbreytni af rafskaut húðun þéttleika og porosity framsetning. Þéttleiki duftagnanna vísar til massa duftsins á rúmmálseiningu. Samkvæmt rúmmáli duftsins er því skipt í þrjár tegundir: raunverulegur þéttleiki, agnaþéttleiki og uppsöfnunarþéttleiki. Hinir ýmsu þéttleikar eru skilgreindir sem hér segir:

1. Raunveruleg þéttleiki vísar til þéttleika sem fæst með því að deila duftmassanum með rúmmáli (raunrúmmál) að undanskildum innri og ytri eyðum agnanna. Það er, þéttleiki efnisins sjálfs sem fæst eftir að rúmmál allra tómarúmanna hefur verið undanskilið.
2. Agnaþéttleiki vísar til þéttleika agna sem fæst með því að deila duftmassanum deilt með agnarúmmálinu, þar með talið opna gatið og lokaða gatið. Það er bilið á milli agnanna, en ekki fínu svitaholurnar inni í agnunum, þéttleiki agnanna sjálfra.
3. Uppsöfnunarþéttleiki, það er lagþéttleiki, vísar til þéttleika sem fæst með duftmassanum deilt með rúmmáli húðarinnar sem myndast af duftinu. Rúmmálið sem notað er inniheldur svitahola agnanna sjálfra og holurnar á milli agnanna.

Fyrir sama duft, sannur þéttleiki> agnaþéttleiki> pökkunarþéttleiki. Grop duftsins er hlutfall svitahola í duftagnahúðinni, það er hlutfall rúmmáls tómarúmsins milli duftagnanna og svitahola agnanna og heildarrúmmáls húðarinnar, sem er almennt gefið upp. sem hlutfall. Gropi dufts er alhliða eiginleiki sem tengist formgerð agna, yfirborðsástandi, kornastærð og kornastærðardreifingu. Grop þess hefur bein áhrif á íferð raflausna og litíumjónaflutnings. Almennt séð, því stærri sem gropið er, því auðveldara er íferð raflausna og því hraðari er flutningur litíumjóna. Þess vegna, í hönnun litíum rafhlöðu, stundum til að ákvarða porosity, almennt notuð kvikasilfursþrýstingsaðferð, gas aðsogsaðferð osfrv. Einnig er hægt að fá með því að nota þéttleikaútreikning. Gropið getur einnig haft mismunandi þýðingu þegar mismunandi þéttleiki er notaður fyrir útreikningana. Þegar þéttleiki porosity lifandi efnisins, leiðandi efnisins og bindiefnisins er reiknaður út af raunverulegum þéttleika, nær reiknaður porosity bilið á milli agnanna og bilið inni í agnunum. Þegar grop hins lifandi efnis, leiðandi efnis og bindiefnis er reiknað út af agnþéttleikanum, tekur reiknaður gropinn með bilinu á milli agnanna, en ekki bilið inni í agnunum. Þess vegna er holastærð litíum rafskautsplötunnar einnig í mörgum mælikvarða, almennt er bilið milli agnanna í míkron kvarðastærð, en bilið inni í agnunum er í nanómetra til undirmíkróna mælikvarða. Í gljúpum rafskautum er hægt að tjá samband flutningseiginleika eins og áhrifaríkrar dreifni og leiðni með eftirfarandi jöfnu:

Þar sem D0 táknar innri dreifingarhraða (leiðni) efnisins sjálfs, er ε rúmmálshlutfall samsvarandi fasa og τ er hringrás samsvarandi fasa. Í stórsæja einsleita líkaninu er Bruggeman sambandið almennt notað, þar sem stuðullinn ɑ =1.5 er tekinn til að meta virka jákvæðni gljúpu rafskautanna.

Raflausnin er fyllt í svitaholur gljúpu rafskautanna, þar sem litíumjónirnar eru leiddar í gegnum raflausnina, og leiðnieiginleikar litíumjónanna eru nátengdir gljúpunni. Því stærri sem porosity er, því hærra er rúmmálshlutfall raflausnarfasans, og því meiri áhrifarík leiðni litíumjóna. Í jákvæðu rafskautsblaðinu eru rafeindir sendar í gegnum kolefnislímfasann, rúmmálshlutfall kolefnislímfasans og krókur kolefnislímfasans ákvarða beint skilvirka leiðni rafeinda.

Grop og rúmmálshlutfall kolefnislímfasans eru mótsagnakennd og stór gropið leiðir óhjákvæmilega til rúmmálshlutfalls kolefnislímfasans, þess vegna eru virkir leiðni eiginleikar litíumjóna og rafeinda einnig misvísandi, eins og sýnt er á mynd 2 Þegar porosity minnkar, minnkar virka leiðni litíumjóna á meðan rafeindavirka leiðni eykst. Hvernig á að jafna þetta tvennt er einnig mikilvægt í rafskautshönnuninni.

Mynd 2 Skýringarmynd af porosity og litíumjóna- og rafeindaleiðni

2. Tegund og uppgötvun staurgalla

 

Sem stendur, í því ferli að undirbúa rafhlöðustöng, eru sífellt fleiri uppgötvunartækni á netinu tekin upp til að bera kennsl á framleiðslugalla vöru, útrýma gölluðum vörum og tímanlega endurgjöf til framleiðslulínunnar, sjálfvirkar eða handvirkar breytingar á framleiðslunni. ferli, til að draga úr gallaða hlutfallinu.

Netgreiningartæknin sem almennt er notuð við framleiðslu á stöngplötum felur í sér greiningu á slurry eiginleika, gæðagreiningu stöngplata, víddarskynjun og svo framvegis, Til dæmis: (1) seigjumælirinn á netinu er beint uppsettur í húðunargeyminum til að greina gigt eiginleikar slurrys í rauntíma, Prófaðu stöðugleika slurrys; (2) Notkun röntgengeisla eða β-geisla í húðunarferlinu, mikil mælingarnákvæmni þess, en mikil geislun, hátt verð á búnaði og viðhaldsvandræði; (3) Laser á netinu þykktarmælingartækni er beitt til að mæla þykkt stöngplötunnar, mælingarnákvæmni getur náð ± 1. 0 μ m, það getur einnig sýnt breytingastefnu mældrar þykktar og þykktar í rauntíma, auðveldað rekjanleika gagna og greining; (4) CCD sjóntækni, það er að segja að CCD línufylki er notað til að skanna mældan hlut, rauntíma myndvinnslu og greining á gallaflokkum, átta sig á óeyðandi netuppgötvun yfirborðsgalla á stöng lakinu.

Sem tæki til gæðaeftirlits er prófunartækni á netinu einnig nauðsynleg til að skilja fylgni milli galla og afköst rafhlöðunnar, til að ákvarða hæf / óhæf viðmið fyrir hálfunnar vörur.

Í síðari hlutanum er stuttlega kynnt hin nýja aðferð við yfirborðsgallagreiningartækni litíumjónarafhlöðu, innrauða hitamyndatækni og tengsl þessara mismunandi galla og rafefnafræðilegrar frammistöðu. ráðfærðu þig við D. Mohanty Ítarleg rannsókn Mohanty o.fl.

(1) Algengar gallar á yfirborði stangarplötunnar

Mynd 3 sýnir algenga galla á yfirborði litíumjónarafhlöðu rafskautsins, með sjónmyndinni vinstra megin og myndina tekin af hitamyndatækinu til hægri.

Mynd 3 Algengar gallar á yfirborði stangarplötunnar: (a, b) bunguhjúpur / fylling; (c, d) slepptu efni / nál; (e, f) aðskotahluti úr málmi; (g, h) ójöfn húðun

 

(A, b) upphækkuð bunga / fylling, slíkir gallar geta komið fram ef slurry er jafnt hrært eða húðunarhraði er óstöðugur. Samsöfnun lím- og kolsvartleiðandi efna leiðir til lágs innihalds virkra efna og léttar skauttaflna.

 

(c, d) dropa/nálgata, þessi gölluðu svæði eru ekki húðuð og eru venjulega framleidd af loftbólum í grugglausninni. Þeir draga úr magni virks efnis og útsetja safnarann ​​fyrir raflausninni og draga þannig úr rafefnafræðilegri getu.

 

(E, f) aðskotahlutir úr málmi, slurry eða aðskotahlutir úr málmi sem koma inn í búnaðinn og umhverfið, og aðskotahlutir úr málmi geta valdið litíum rafhlöðum miklum skaða. Stórar málmagnir skaða þindið beint, sem leiðir til skammhlaups milli jákvæðu og neikvæðu rafskautanna, sem er líkamleg skammhlaup. Að auki, þegar málmaðskotahluturinn er blandaður inn í jákvæða rafskautið, eykst jákvæði möguleikinn eftir hleðslu, málmurinn leysist, dreifist í gegnum raflausnina og fellur síðan út á neikvæða yfirborðið, og loks stungur þindið, myndar skammhlaup, sem er efnaupplausn skammhlaup. Algengustu aðskotahlutarnir úr málmi á rafhlöðuverksmiðjunni eru Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, osfrv.

 

(g, h) ójöfn húðun, eins og slurry blöndunin er ekki nægjanleg, fínleiki agnanna er auðvelt að birtast í röndum þegar ögnin er stór, sem leiðir til ójafnrar húðunar, sem mun hafa áhrif á samkvæmni rafhlöðunnar og jafnvel birtast alveg engin húðunarrönd, hefur áhrif á afkastagetu og öryggi.

(2) Tækni til að greina yfirborðsgalla á skautflís Innrauð (IR) hitamyndatækni er notuð til að greina minniháttar galla á þurrum rafskautum sem geta skaðað afköst litíumjónarafhlöðu. Við uppgötvun á netinu, ef rafskautsgallinn eða mengunarefnið er greint, merktu það á stöngplötuna, útrýmdu því í síðara ferlinu og sendu það aftur til framleiðslulínunnar og stilltu ferlið í tíma til að útrýma göllunum. Innrauður geisli er eins konar rafsegulbylgja sem hefur sama eðli og útvarpsbylgjur og sýnilegt ljós. Sérstakt rafeindatæki er notað til að breyta hitadreifingu yfirborðs hlutar í sýnilega mynd af mannsauga og til að sýna hitadreifingu yfirborðs hlutar í mismunandi litum er kölluð innrauð hitamyndatækni. Þetta rafeindatæki er kallað innrauð hitamyndatæki. Allir hlutir yfir algjöru núlli (-273 ℃) gefa frá sér innrauða geislun.
Eins og sýnt er á mynd 4, notar innrauða hitauppstreymið (IR myndavél) innrauða skynjarann ​​og sjónmyndamarkmiðið til að samþykkja innrauða geislunarorkudreifingarmynstur mælda markhlutarins og endurspegla það á ljósnæma hluta innrauða skynjarans til að fá innrauða hitamynd, sem samsvarar hitadreifingarsviði á yfirborði hlutarins. Þegar galli er á yfirborði hlutar breytist hitastigið á svæðinu. Þess vegna er einnig hægt að nota þessa tækni til að greina galla á yfirborði hlutarins, sérstaklega hentugur fyrir suma galla sem ekki er hægt að greina með sjónskynjunaraðferðum. Þegar þurrkandi rafskaut litíumjónarafhlöðunnar er greint á netinu er rafskautið fyrst geislað af flassinu, yfirborðshitastigið breytist og síðan er yfirborðshitastigið greint með hitamyndavél. Hitadreifingarmyndin er sýnd og myndin er unnin og greind í rauntíma til að greina yfirborðsgallana og merkja þá í tíma.D. Mohanty Rannsóknin setti upp hitamyndavél við úttak þurrkunarofnsins til að greina hitadreifingarmynd yfirborðs rafskautsplötunnar.

Mynd 5 (a) er hitadreifingarkort af húðunaryfirborði NMC jákvæðu skautplötunnar sem hitamyndavélin greinir, sem inniheldur mjög lítinn galla sem ekki er hægt að greina með berum augum. Hitadreifingarferillinn sem samsvarar leiðarhlutanum er sýndur í innra innskotinu, með hitastigi á gallapunktinum. Á mynd 5 (b) hækkar hitastigið staðbundið í samsvarandi kassa, sem samsvarar gallanum á skautplötuyfirborðinu. MYND. Mynd 6 er dreifingarmynd yfirborðshitastigs af neikvæða rafskautsblaðinu sem sýnir tilvist galla, þar sem hámark hitastigshækkunar samsvarar kúlu eða samsöfnun, og flatarmál hitalækkandi samsvarar holu eða dropi.

Mynd 5 Dreifing hitastigs á yfirborði jákvæða rafskautsplötunnar

Mynd 6 Dreifing hitastigs á yfirborði neikvæðra rafskauta

 

Það má sjá að hitamyndagreining á hitadreifingu er góð leið til að greina yfirborðsgalla á skautplötu, sem hægt er að nota til gæðaeftirlits við framleiðslu á stöngplötu.3. Áhrif yfirborðsgalla á skautplötu á afköst rafhlöðunnar

 

(1) Áhrif á margfaldara getu rafhlöðunnar og skilvirkni Coulomb

Mynd 7 sýnir áhrifaferil samsöfnunar og pinnagats á margfaldara getu rafhlöðunnar og skilvirkni coulen. Samanlagt getur í raun bætt rafhlöðugetu, en dregið úr skilvirkni coulen. Gatið dregur úr rafhlöðugetu og Kulun skilvirkni og Kulun skilvirkni minnkar mjög á miklum hraða.

Mynd 7 bakskaut samanlagður og pinhole áhrif á rafhlöðuna getu og skilvirkni mynd 8 er ójöfn húðun, og málm aðskotahlutur Co og Al á rafhlöðu getu og áhrif skilvirkni feril, ójafn húðun draga úr rafhlöðu eining massa getu 10% - 20%, en öll rafhlaðan minnkaði um 60%, þetta sýnir að lifandi massi í skauthlutanum minnkaði verulega. Metal Co aðskotahlutur minnkaði getu og Coulomb skilvirkni, jafnvel í 2C og 5C mikilli stækkun, alls engin getu, sem getur stafað af myndun málms Co í rafefnafræðilegum viðbrögðum litíums og litíums innfellds, eða það getur verið málmagnirnar stíflaði þindhola olli ör skammhlaupi.

Mynd 8 Áhrif jákvæðrar rafskauts ójafnrar húðunar og aðskotahluta úr málmi Co og Al á margfaldara getu rafhlöðunnar og skilvirkni coulen

Samantekt um galla bakskautsplötu: Átið í bakskautsplötunni dregur úr Coulomb skilvirkni rafhlöðunnar. Pinhole jákvæðu lagsins dregur úr Coulomb skilvirkni, sem leiðir til lélegrar margföldunarafkasta, sérstaklega við mikinn straumþéttleika. Misleita húðunin sýndi lélega stækkunargetu. Mengun úr málmögnum getur valdið örskammhlaupum og getur því dregið verulega úr rafhlöðunni.
Mynd 9 sýnir áhrif neikvæðu lekaþynnuræmunnar á margföldunargetu og Kulun skilvirkni rafhlöðunnar. Þegar lekinn á sér stað við neikvæða rafskautið minnkar afkastageta rafhlöðunnar verulega, en grammgetan er ekki augljós og áhrifin á Kulun skilvirkni eru ekki mikil.

 

Mynd 9 Áhrif neikvæðrar rafskautslekaþynnustrimla á rafhlöðu margfaldara getu og Kulun skilvirkni (2) Áhrif á frammistöðu rafhlöðu margfaldara hringrás Mynd 10 er afleiðing af áhrifum rafskautsyfirborðsgalla á rafhlöðu margfaldara hringrás. Niðurstöður áhrifa eru dregnar saman sem hér segir:
Sameining: við 2C er afkastagetu viðhaldshlutfallið 200 lotur 70% og gallaða rafhlaðan er 12%, en í 5C lotu er getuviðhaldshlutfallið 200 lotur 50% og gallaða rafhlaðan er 14%.
Nálargat: afkastagetudempunin er augljós, en engin heildargalladempun er hröð og viðhaldshlutfall 200 lota 2C og 5C er 47% og 40%, í sömu röð.
Metal aðskotahlutur: getu málm Co aðskotahluti er næstum 0 eftir nokkrar lotur, og 5C hringrás getu málm aðskotahlut Al filmu minnkar verulega.
Lekaræma: Fyrir sama lekasvæði minnkar rafhlöðugeta margra minni rönda hraðar en stærri rönd (47% fyrir 200 lotur í 5C) (7% fyrir 200 lotur í 5C). Þetta gefur til kynna að því fleiri sem röndin eru, því meiri áhrif hafa á rafhlöðuna.

Mynd 10 Áhrif yfirborðsgalla á rafskautsplötu á frumuhraða hringrás

 

Tilvísun: [1] Óeyðileggjandi mat á rafhlöðuhúðuðum litíum auka rafhlöðurafskautum með innri leysimæli og IR hitagreiningaraðferðum [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Áhrif af rafskautsframleiðslugöllum á rafefnafræðilegri frammistöðu litíumjónarafhlöðu: Vitneskja um uppsprettur rafhlöðubilunar[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.