Sirni ochish: Lityum-ion batareyalarda super nazariy sig'im

Nima uchun lityum batareyaning super nazariy sig'imi fenomeni mavjud

Lityum-ionli batareyalarda (LIB) ko'plab o'tish metall oksidi asosidagi elektrodlar nazariy qiymatidan tashqari juda yuqori saqlash qobiliyatini namoyish etadi. Ushbu hodisa keng tarqalgan bo'lib xabar qilingan bo'lsa-da, ushbu materiallardagi asosiy fizik-kimyoviy mexanizmlar tushunarsizligicha qolmoqda va munozarali masala bo'lib qolmoqda.

Natijalar profili

Yaqinda Kanadaning Vaterlou universiteti professori Miao Guoxing, Ostindagi Texas universiteti professori Yu Guyxua va Qingdao universitetidan Li Xongsen va Li Qiang birgalikda “Tabiat materiallari bo‘yicha “Qo‘shimcha saqlash sig‘imi” sarlavhasi ostida ilmiy maqola chop etishdi. o'tish metall oksidi litiy-ion batareyalar in situ magnitometriya bilan aniqlangan". Ushbu ishda mualliflar metall nanopartikullarda kuchli sirt sig'imi mavjudligini va ko'p miqdordagi spin-polyarizatsiyalangan elektronlar allaqachon kamaytirilgan metall nanozarrachalarda saqlanishi mumkinligini ko'rsatish uchun in situ magnit monitoringidan foydalanganlar, bu fazoviy zaryad mexanizmiga mos keladi. Bundan tashqari, aniqlangan fazoviy zaryad mexanizmi boshqa o'tish metall birikmalariga ham kengaytirilishi mumkin, bu ilg'or energiya saqlash tizimlarini yaratish uchun asosiy qo'llanma beradi.

Tadqiqot voqealari

(1) Tipik Fe in-situ magnit monitoringi texnikasi 3O4 / Li batareyasi ichidagi elektron strukturaning evolyutsiyasi yordamida o'rganildi;

(2) Fe3O4 / Li tizimida sirt zaryad sig'imi qo'shimcha quvvatning asosiy manbai ekanligini aniqlaydi;

(3) Metall nanopartikullarning sirt sig'im mexanizmi o'tish metall birikmalarining keng doirasiga kengaytirilishi mumkin.

Matn va matnli qo'llanma

1. Strukturaviy xarakteristikasi va elektrokimyoviy xossalari

Monodispers ichi bo'sh Fe an'anaviy gidrotermal usullar bilan sintez qilingan3O4Nanosferalar, so'ngra 100 mAg−1 zaryadlash va oqim zichligi (1a-rasm) da amalga oshirildi, birinchi tushirish quvvati mos ravishda 1718 mAh g-1, 1370 mAhg, ikkinchi va uchinchi marta. 1Va 1,364 mAhg−1, 926 mAhg−1dan ancha yuqori Kutishlar nazariyasi. To'liq zaryadsizlangan mahsulotning BF-STEM tasvirlari (1b-c-rasm) litiyni kamaytirishdan so'ng Fe3O4 nanosferalar Li1O markazida tarqalgan, taxminan 3 - 2 nm o'lchamdagi kichikroq Fe nanozarrachalariga aylantirilganligini ko'rsatadi.

Elektrokimyoviy aylanish jarayonida magnitlanishning o'zgarishini ko'rsatish uchun 0.01 V ga to'liq zaryadsizlangandan so'ng magnitlanish egri chizig'i olindi (1d-rasm), nanozarrachalarning shakllanishi tufayli superparamagnit harakatni ko'rsatadi.

1-rasm (a) 100 mAg−1Fe oqim zichligida 3O4 / Li batareyasining doimiy oqim zaryadlash va tushirish egri chizig'i; (b) to'liq litiy Fe3O4 Elektrodning BF-STEM tasviri; (c) O va Fe ning yuqori aniqlikdagi BF-STEM agregatli tasvirlarida Li ning mavjudligi; (d) Fe2O3 Elektrodning oldingi (qora) va keyin (ko'k) histerezis egri chiziqlari va ikkinchisining Langevin o'rnatilgan egri (binafsha).

2. Strukturaviy va magnit evolyutsiyani real vaqtda aniqlash

Elektrokimyoni Fe3O4Of tuzilmaviy va magnit o'zgarishlar bilan birlashtirish uchun Fe3O4 bilan bog'langan elektrodlar in situ rentgen nurlanishi (XRD) va in situ magnit monitoringi o'tkazildi. Ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishidan (OCV) 1.2V3O4 gacha bo'lgan dastlabki tushirish paytida bir qator XRD diffraktsiya naqshlarida Fe diffraktsiya cho'qqilari intensivlikda ham, pozitsiyada ham sezilarli darajada o'zgarmadi (2a-rasm), bu Fe3O4Faqat Li interkalatsiya jarayonini boshdan kechirganligini ko'rsatadi. 3V ga zaryadlanganda, Fe3O4The anti-shpinel strukturasi buzilmagan bo'lib qoladi, bu esa bu kuchlanish oynasidagi jarayon juda qaytarilishini ko'rsatadi. Magnitlanishning real vaqtda qanday rivojlanishini o'rganish uchun doimiy oqim zaryadsizlanish sinovlari bilan birgalikda in-situ magnit monitoringi o'tkazildi (2b-rasm).

2-rasm In-situ XRD va magnit monitoringining tavsifi.(A) in situ XRD; (b) 3 T qo'llaniladigan magnit maydon ostida Fe4O3 Elektrokimyoviy zaryadlash-razryad egri chizig'i va mos keladigan teskari magnit javob.

Magnitlanish o'zgarishlari nuqtai nazaridan ushbu konversiya jarayonini yanada oddiyroq tushunish uchun magnit javob real vaqt rejimida yig'iladi va elektrokimyoviy boshqariladigan reaktsiyalar bilan birga keladigan tegishli fazaga o'tish (3-rasm). Ko'rinib turibdiki, birinchi zaryadsizlanish paytida Fe3O4 elektrodlarning magnitlanish reaktsiyasi birinchi litalizatsiya paytida Fe tufayli boshqa davrlardan farq qiladi3O4 Qaytarib bo'lmaydigan fazali o'tish sodir bo'ladi. Potensial 0.78 V ga tushganda, Fe3O4 antispinel fazasi Li2 ni o'z ichiga olgan O ning FeO galit tuzilishi sinfiga aylantirildi, Fe3O4 Zaryadlangandan keyin fazani tiklab bo'lmaydi. Shunga mos ravishda magnitlanish 0.482 m b Fe-1 ga tez tushadi. Litializatsiya davom etar ekan, yangi faza hosil bo'lmadi va (200) va (220) sinf FeO difraksiya cho'qqilarining intensivligi zaiflasha boshladi.teng Fe3O4 Elektrod to'liq liializatsiya qilinganida sezilarli XRD cho'qqisi saqlanib qolmaydi (3a-rasm). E'tibor bering, Fe3O4 elektrodi 0.78V dan 0.45V gacha zaryadsizlanganda magnitlanish (0.482 m b Fe−1 dan 1.266 m bFe−1 gacha ko'tarildi), bu FeO dan Fe ga o'tish reaktsiyasi bilan bog'liq. Keyin, tushirish oxirida magnitlanish asta-sekin 1.132 m B Fe-1 ga kamaydi. Ushbu topilma shuni ko'rsatadiki, to'liq qisqartirilgan metall Fe0Nanopartikullari hali ham lityumni saqlash reaktsiyasida ishtirok etishi mumkin va shu bilan elektrodlarning magnitlanishini kamaytiradi.

3-rasm Fazali o'tish va magnit javobning in situ kuzatuvlari.（a）Fe3O4 Elektrodning birinchi zaryadsizlanishi paytida to'plangan in situ XRD xaritasi; (b) 3 T qo'llaniladigan magnit maydonida / Li hujayralarining elektrokimyoviy davrlarini Fe4O3In situ magnit kuchini o'lchash.

3. O tizimining Fe0/Li2Surface sig'imi

Fe3O4 Elektrodlarning magnit o'zgarishlari past kuchlanishlarda sodir bo'ladi, bunda qo'shimcha elektrokimyoviy sig'im hosil bo'ladi, bu hujayra ichida ochilmagan zaryad tashuvchilar mavjudligini ko'rsatadi. Potentsial lityum saqlash mexanizmini o'rganish uchun Fe XPS, STEM va magnit ishlash spektri 3O4 elektrodlari yordamida magnit o'zgarish manbasini aniqlash uchun 0.01V, 0.45V va 1.4V magnitlanish cho'qqilari elektrodlari orqali o'rganildi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, magnit moment magnit o'zgarishiga ta'sir qiluvchi asosiy omil hisoblanadi, chunki O tizimining o'lchangan Fe0 / Li2 Ms magnit anizotropiya va zarrachalar orasidagi bog'lanishdan ta'sirlanmaydi.

Past kuchlanishdagi elektrodlarning Fe3O4 kinetik xususiyatlarini ko'proq tushunish uchun, turli skanerlash tezligida tsiklik voltametriya. Shakl 4a da ko'rsatilganidek, to'rtburchaklar tsiklik voltammogramma egri chizig'i 0.01V va 1V kuchlanish oralig'ida paydo bo'ladi (4a-rasm). Shakl 4b Fe3O4A sig'imli javob elektrodda sodir bo'lganligini ko'rsatadi. Doimiy oqim zaryadlash va tushirish jarayonining yuqori qaytariladigan magnit javobi bilan (4c-rasm), zaryadsizlanish jarayonida elektrodning magnitlanishi 1V dan 0.01V gacha kamaydi va zaryadlash jarayonida yana ko'tarildi, bu Fe0Of kondansatörga o'xshashligini ko'rsatadi. sirt reaksiyasi juda qaytaruvchan.

4-rasm elektrokimyoviy xususiyatlar va 0.011 V da in situ magnit xarakteristikasi.(A) siklik voltametrik egri.(B) b qiymati eng yuqori oqim va skanerlash tezligi o'rtasidagi korrelyatsiya yordamida aniqlanadi; (c) 5 T qo'llaniladigan magnit maydon ostida magnitlanishning zaryad-razryad egri chizig'iga nisbatan teskari o'zgarishi.

Yuqorida aytib o'tilgan Fe3O4 Elektrodlarning elektrokimyoviy, strukturaviy va magnit xususiyatlari qo'shimcha batareya quvvati Fe0 tomonidan aniqlanishini ko'rsatadi.Nanozarrachalarning spin-polyarizatsiyalangan sirt sig'imi birga keladigan magnit o'zgarishlar tufayli yuzaga keladi. Spin-polyarizatsiyalangan sig'im interfeysda spin-polyarizatsiyalangan zaryad to'planishi natijasidir va zaryadlash va zaryadsizlanish paytida Fe3O4 ga magnit reaktsiyasini ko'rsatishi mumkin. Asosiy elektrod, birinchi tushirish jarayonida, O substratidagi Li2Fine Fe nanozarrachalarida tarqaldi. katta sirt-hajm nisbatlari va yuqori darajada lokalizatsiya qilingan d orbitallari tufayli Fermi darajasida holatlarning yuqori zichligini amalga oshiradi. Maierning fazoviy zaryadni saqlashning nazariy modeliga ko'ra, mualliflar Fe / Li2-da topilishi mumkin bo'lgan metall Fe nanozarralarining spin-bo'linish zonalarida katta miqdordagi elektronlar saqlanishi mumkinligini taklif qiladilar O nanokompozitlarida spin-polyarizatsiyalangan sirt kondensatorlarini yaratish ( 5-rasm).

grafigi 5Fe/Li2A O-interfeysdagi spin polarizatsiyalangan elektronlarning sirt sig'imining sxematik tasviri.(A) ferromagnit metall zarralari yuzasining spin polarizatsiya holati zichligining sxematik diagrammasi (bo'shatishdan oldin va keyin), aksincha. temirning ommaviy spin polarizatsiyasi; (b) haddan tashqari saqlangan lityumning sirt kondansatör modelida kosmik zaryad mintaqasining shakllanishi.

Xulosa va istiqbol

TM / Li ilg'or in-situ magnit monitoringi tomonidan tekshirildi2O nanokompozitining ichki elektron strukturasining evolyutsiyasi ushbu litiy-ion batareyasi uchun qo'shimcha saqlash hajmi manbasini aniqlash uchun. Natijalar shuni ko'rsatadiki, Fe3O4/Li modeli hujayra tizimida ham elektrokimyoviy jihatdan kamaytirilgan Fe nanozarralari katta miqdordagi spin-polyarizatsiyalangan elektronlarni saqlashi mumkin, buning natijasida hujayra sig'imi haddan tashqari o'zgargan va fazalararo magnitlanish sezilarli darajada o'zgargan. Tajribalar yanada tasdiqlangan CoO, NiO va FeF2Va Fe2 N elektrod materialida bunday sig'imning mavjudligi litiy-ionli batareyalarda metall nanozarrachalarning spin-polyarizatsiyalangan sirt sig'imi mavjudligini ko'rsatadi va bu fazoviy zaryadni saqlash mexanizmini boshqa o'tishda qo'llash uchun asos yaratadi. metall birikma asosidagi elektrod materiallari.

Adabiyot havolasi

In situ magnetometriya tomonidan aniqlangan o'tish metall oksidi litiy-ion batareyalarida qo'shimcha saqlash hajmi (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Lityum elektrod gofreti dizayn formulasi va elektrod gofreti nuqsonlarining ishlashga ta'siri

1. Pole plyonka dizayni asoslari maqolasi

Lityum batareya elektrodi metall suyuqlikka teng ravishda qo'llaniladigan zarrachalardan tashkil topgan qoplamadir. Lityum-ionli batareya elektrod qoplamasi asosan uch qismdan iborat kompozitsion material sifatida qaralishi mumkin:

(1) faol moddaning zarralari;

(2) Supero'tkazuvchilar va agentning tarkibiy bosqichi (uglerod yopishtiruvchi faza);

(3) Teshik, elektrolit bilan to'ldiring.

Har bir fazaning hajm nisbati quyidagicha ifodalanadi:

G'ovaklik + tirik moddaning hajm ulushi + uglerod yopishtiruvchi faza hajm ulushi =1

Lityum batareya elektrodi dizayni dizayni juda muhim va endi lityum batareya elektrodi dizaynining asosiy bilimlari qisqacha tanishtiriladi.

(1) Elektrod materialining nazariy sig'imi Elektrod materialining nazariy sig'imi, ya'ni elektrokimyoviy reaktsiyada ishtirok etadigan materialdagi barcha litiy ionlari tomonidan ta'minlangan quvvat, uning qiymati quyidagi tenglama bilan hisoblanadi:

Masalan, LiFePO4Molar massasi 157.756 g/mol va uning nazariy sig'imi:

Bu hisoblangan qiymat faqat nazariy gramm sig'imidir. Materialning teskari tuzilishini ta'minlash uchun haqiqiy lityum ionini olib tashlash koeffitsienti 1 dan kam va materialning haqiqiy gramm sig'imi:

Materialning haqiqiy gramm sig'imi = litiy ionini o'chirish koeffitsientining nazariy sig'imi

(2) Batareyaning dizayn quvvati va o'ta bir tomonlama zichligi Batareyaning dizayn quvvati quyidagi formula bo'yicha hisoblanishi mumkin: batareyaning dizayn quvvati = qoplama yuzasi zichligi faol material nisbati faol material gramm sig'imi qutbli qatlam qoplama maydoni

Ular orasida qoplamaning sirt zichligi asosiy dizayn parametridir. Siqilish zichligi o'zgarmagan bo'lsa, qoplama yuzasi zichligi oshishi qutb qatlamining qalinligi oshib borishini, elektron uzatish masofasini va elektron qarshiligini oshirishni anglatadi, lekin o'sish darajasi cheklangan. Qalin elektrod varag'ida elektrolitlardagi lityum ionlarining ko'chish empedansining oshishi nisbat xususiyatlariga ta'sir qiluvchi asosiy sababdir. G'ovaklik va g'ovak burmalarini hisobga oladigan bo'lsak, g'ovakdagi ionlarning migratsiya masofasi qutb plitasining qalinligidan bir necha baravar ko'p.

(3) Salbiy-musbat sig'im nisbati N / P manfiy sig'imning ijobiy sig'imga nisbati quyidagicha aniqlanadi:

N / P 1.0 dan katta bo'lishi kerak, odatda 1.04 ~ 1.20 bo'lishi kerak, bu asosan xavfsizlik dizaynida, salbiy tomon lityum ionini qabul qilish manbasisiz yog'ingarchilikdan himoya qilish uchun, qoplamaning og'ishi kabi jarayon imkoniyatlarini hisobga olish uchun dizayn. Biroq, N / P juda katta bo'lsa, batareya qaytarib bo'lmaydigan quvvatni yo'qotadi, natijada batareya quvvati past bo'ladi va batareya quvvati zichligi kamayadi.

Lityum titanat anod uchun ijobiy elektrodning ortiqcha dizayni qabul qilinadi va batareya quvvati lityum titanat anodining quvvati bilan belgilanadi. Ijobiy ortiqcha dizayn batareyaning yuqori haroratli ishlashini yaxshilashga yordam beradi: yuqori haroratli gaz asosan salbiy elektroddan keladi. Ijobiy ortiqcha dizaynda salbiy potentsial past va lityum titanat yuzasida SEI plyonkasini hosil qilish osonroq.

(4) Siqish zichligi va qoplamaning porozligi Ishlab chiqarish jarayonida batareya elektrodining qoplama zichligi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi. Qutbli varaqni o'ralgan holda, metall folga cho'zilganligini hisobga olsak, rulondan keyin qoplamaning sirt zichligi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi.

Avval aytib o'tilganidek, qoplama tirik material fazasi, uglerod yopishtiruvchi faza va g'ovakdan iborat bo'lib, g'ovaklikni quyidagi tenglama bilan hisoblash mumkin.

Ular orasida qoplamaning o'rtacha zichligi quyidagilardan iborat: lityum batareya elektrodi - bu qoplamaning chang zarralarining bir turi, chunki kukun zarralari yuzasi qo'pol, tartibsiz shaklda, to'planganda, zarralar va zarralar orasidagi zarralar va ba'zi zarrachalarning o'zida yoriqlar va teshiklar mavjud, shuning uchun chang hajmi, shu jumladan kukun hajmi, chang zarralari va zarrachalar orasidagi teshiklar, shuning uchun elektrod qoplama zichligi va g'ovaklik vakilligining tegishli xilma-xilligi. Kukun zarrachalarining zichligi birlik hajmdagi kukun massasini bildiradi. Kukun hajmiga ko'ra, u uch turga bo'linadi: haqiqiy zichlik, zarracha zichligi va to'planish zichligi. Turli xil zichliklar quyidagicha aniqlanadi:

1. Haqiqiy zichlik chang massasini zarrachalarning ichki va tashqi bo'shliqlarini hisobga olmaganda, hajmga (haqiqiy hajm) bo'lish natijasida olingan zichlikni anglatadi. Ya'ni, barcha bo'shliqlar hajmini hisobga olmaganda olingan moddaning o'zi zichligi.
2. Zarracha zichligi chang massasini ochiq teshik va yopiq teshikni o'z ichiga olgan zarracha hajmiga bo'lish natijasida olingan zarrachalarning zichligini anglatadi. Ya'ni, zarralar orasidagi bo'shliq, lekin zarrachalar ichidagi nozik gözenekler emas, zarrachalarning o'zlari zichligi.
3. To'planish zichligi, ya'ni qoplama zichligi chang massasi tomonidan olingan zichlikni kukun hosil qilgan qoplama hajmiga bo'linadi. Amaldagi hajm zarrachalarning o'zlari va zarrachalar orasidagi bo'shliqlarni o'z ichiga oladi.

Xuddi shu kukun uchun haqiqiy zichlik> zarracha zichligi> qadoqlash zichligi. Kukunning g'ovakligi - bu kukun zarralari qoplamasidagi teshiklarning nisbati, ya'ni chang zarralari va zarrachalar teshiklari orasidagi bo'shliq hajmining qoplamaning umumiy hajmiga nisbati, odatda ifodalanadi. foiz sifatida. Kukunning g'ovakliligi zarrachalar morfologiyasi, sirt holati, zarracha hajmi va zarracha hajmining taqsimlanishi bilan bog'liq bo'lgan keng qamrovli xususiyatdir. Uning g'ovakliligi elektrolitlar va litiy ionlarining uzatilishining infiltratsiyasiga bevosita ta'sir qiladi. Umuman olganda, g'ovaklik qanchalik katta bo'lsa, elektrolitlar infiltratsiyasi shunchalik oson va litiy ionining uzatilishi tezroq bo'ladi. Shuning uchun, lityum batareyani loyihalashda, ba'zida g'ovaklikni aniqlash uchun, simob bosimi usuli, gazni adsorbsiyalash usuli va boshqalar keng tarqalgan bo'lib, zichlikni hisoblash yordamida ham olinishi mumkin. G'ovaklik, shuningdek, hisob-kitoblar uchun turli zichliklardan foydalanganda turli xil ta'sir ko'rsatishi mumkin. Tirik moddaning, o'tkazuvchi vositaning va bog'lovchining g'ovakliligining zichligi haqiqiy zichlik bilan hisoblanganda, hisoblangan g'ovaklikka zarrachalar orasidagi bo'shliq va zarrachalar ichidagi bo'shliq kiradi. Tirik moddaning, o'tkazuvchi vositaning va bog'lovchining g'ovakliligi zarracha zichligi bilan hisoblanganda, hisoblangan g'ovaklik zarrachalar orasidagi bo'shliqni o'z ichiga oladi, lekin zarrachalar ichidagi bo'shliqni emas. Shuning uchun lityum batareya elektrod varag'ining gözenek hajmi ham ko'p miqyosli bo'lib, odatda zarralar orasidagi bo'shliq mikron shkalasi o'lchamida, zarrachalar ichidagi bo'shliq esa nanometrdan submikron shkalasiga to'g'ri keladi. G'ovakli elektrodlarda samarali diffuziya va o'tkazuvchanlik kabi transport xususiyatlarining munosabati quyidagi tenglama bilan ifodalanishi mumkin:

Bu erda D0 materialning o'ziga xos diffuziya (o'tkazuvchanlik) tezligini ifodalaydi, e - mos keladigan fazaning hajm ulushi, t - mos keladigan fazaning aylanma egriligi. Makroskopik bir jinsli modelda g'ovak elektrodlarning samarali musbatligini baholash uchun ɑ =1.5 koeffitsientini olib, odatda Bruggeman munosabati qo'llaniladi.

Elektrolit gözenekli elektrodlarning teshiklari bilan to'ldiriladi, bunda litiy ionlari elektrolit orqali o'tkaziladi va litiy ionlarining o'tkazuvchanlik xususiyatlari g'ovaklilik bilan chambarchas bog'liq. Porozlik qanchalik katta bo'lsa, elektrolitlar fazasining hajm ulushi shunchalik yuqori bo'ladi va litiy ionlarining samarali o'tkazuvchanligi shunchalik yuqori bo'ladi. Ijobiy elektrod varag'ida elektronlar uglerod yopishtiruvchi faza orqali uzatiladi, uglerod yopishtiruvchi fazaning hajm ulushi va uglerod yopishtiruvchi fazaning aylanma yo'li elektronlarning samarali o'tkazuvchanligini bevosita aniqlaydi.

Uglerod yopishtiruvchi fazaning g'ovakliligi va hajm ulushi bir-biriga qarama-qarshidir va katta porozlik muqarrar ravishda uglerod yopishtiruvchi fazaning hajm ulushiga olib keladi, shuning uchun lityum ionlari va elektronlarning samarali o'tkazuvchanlik xususiyatlari 2-rasmda ko'rsatilganidek, bir-biriga ziddir. G'ovaklikning pasayishi bilan litiy ionining samarali o'tkazuvchanligi pasayadi, elektronning samarali o'tkazuvchanligi esa ortadi. Ikkalasini qanday muvozanatlash elektrod dizaynida ham muhim ahamiyatga ega.

2-rasm G'ovaklik va litiy-ion va elektron o'tkazuvchanlikning sxematik diagrammasi

2. Qutb nuqsonlarining turi va aniqlanishi

 

Hozirgi vaqtda batareya qutblarini tayyorlash jarayonida mahsulotlarning ishlab chiqarish nuqsonlarini samarali aniqlash, nuqsonli mahsulotlarni bartaraf etish va ishlab chiqarish liniyasiga o'z vaqtida qayta aloqa qilish, ishlab chiqarishni avtomatik yoki qo'lda sozlash uchun tobora ko'proq onlayn aniqlash texnologiyalari qo'llanilmoqda. jarayon, nuqsonlar darajasini kamaytirish uchun.

Qutbli qatlam ishlab chiqarishda keng qo'llaniladigan on-layn aniqlash texnologiyalari atala xususiyatlarini aniqlash, qutbli varaq sifatini aniqlash, o'lchamlarni aniqlash va hokazolarni o'z ichiga oladi, Masalan: (1) onlayn viskozite o'lchagich reologik aniqlash uchun to'g'ridan-to'g'ri qoplamani saqlash idishiga o'rnatiladi. real vaqt rejimida atala xarakteristikalari, atala barqarorligini tekshirish; (2) Qoplash jarayonida rentgen yoki b-raydan foydalanish, uning yuqori o'lchov aniqligi, lekin katta radiatsiya, uskunaning yuqori narxi va texnik xizmat ko'rsatish muammosi; (3) Lazerli onlayn qalinlikni o'lchash texnologiyasi qutb varag'ining qalinligini o'lchash uchun qo'llaniladi, o'lchov aniqligi ± 1 m m ga yetishi mumkin, shuningdek, real vaqtda o'lchangan qalinlik va qalinlikning o'zgarish tendentsiyasini ko'rsatishi mumkin, ma'lumotlarni kuzatishni osonlashtiradi. va tahlil qilish; (0) CCD ko'rish texnologiyasi, ya'ni CCD chiziqli qatori o'lchangan ob'ektni skanerlash uchun ishlatiladi, real vaqtda tasvirni qayta ishlash va nuqson toifalarini tahlil qilish, qutb varag'i yuzasi nuqsonlarini buzilmaydigan onlayn aniqlashni amalga oshirish.

Sifatni nazorat qilish vositasi sifatida, yarim tayyor mahsulotlar uchun malakali / malakasiz mezonlarni aniqlash uchun nuqsonlar va batareyaning ishlashi o'rtasidagi bog'liqlikni tushunish uchun onlayn sinov texnologiyasi ham muhimdir.

Oxirgi qismda lityum-ion batareyasining sirt nuqsonlarini aniqlash texnologiyasining yangi usuli, infraqizil termal tasvirlash texnologiyasi va bu turli nuqsonlar va elektrokimyoviy ko'rsatkichlar o'rtasidagi munosabatlar qisqacha tanishtiriladi.consult D. Mohanty Mohanty va boshqalar tomonidan to'liq o'rganish.

(1) Pole varaq yuzasida umumiy nuqsonlar

3-rasmda lityum ionli akkumulyator elektrodining yuzasida keng tarqalgan nuqsonlar ko'rsatilgan, chap tomonda optik tasvir va o'ng tomonda termal tasvirga olingan tasvir mavjud.

3-rasm Qutbli varaq yuzasida tez-tez uchraydigan nuqsonlar: (a, b) bo'rtma konvert / agregat; (c, d) tushirish materiali / teshik; (e, f) metall begona jism; (g, h) notekis qoplama

 

(A, b) ko'tarilgan bo'rtiq / agregat, atala bir xil aralashtirilganda yoki qoplama tezligi beqaror bo'lsa, bunday nuqsonlar paydo bo'lishi mumkin. Yopishqoq va uglerod qora Supero'tkazuvchilar moddalarning birlashishi faol moddalarning past tarkibiga va qutbli planshetlarning engil vazniga olib keladi.

 

(c, d) tomchi / pinhole, bu nuqsonli joylar qoplanmagan va odatda atala ichidagi pufakchalar tomonidan ishlab chiqariladi. Ular faol moddaning miqdorini kamaytiradi va kollektorni elektrolitga ta'sir qiladi, shuning uchun elektrokimyoviy quvvatni kamaytiradi.

 

(E, f) uskuna va atrof-muhitga kiritilgan metall begona jismlar, atala yoki metall begona jismlar va metall begona jismlar lityum batareyalarga katta zarar etkazishi mumkin. Katta metall zarralari to'g'ridan-to'g'ri diafragmani buzadi, natijada ijobiy va salbiy elektrodlar o'rtasida qisqa tutashuv paydo bo'ladi, bu jismoniy qisqa tutashuvdir. Bunga qo'shimcha ravishda, metall begona jism musbat elektrodga aralashtirilganda, zaryadlangandan keyin ijobiy potentsial kuchayadi, metall eriydi, elektrolitlar orqali tarqaladi va keyin salbiy yuzaga cho'kadi va nihoyat diafragmani teshib, qisqa tutashuv hosil qiladi, bu kimyoviy eritma qisqa tutashuvi. Batareya zavodida eng keng tarqalgan metall begona jismlar Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS va boshqalar.

 

(g, h) notekis qoplama, masalan, atala aralashmasi etarli emas, zarrachaning nozikligi zarracha katta bo'lganda chiziqlar paydo bo'lishi oson, bu notekis qoplamaga olib keladi, bu batareya quvvatining mustahkamligiga ta'sir qiladi va hatto butunlay ko'rinadi. qoplama chizig'i yo'q, quvvat va xavfsizlikka ta'sir qiladi.

(2) Qutb chipi yuzasi nuqsonlarini aniqlash texnologiyasi Infraqizil (IR) termal tasvirlash texnologiyasi quruq elektrodlarda lityum-ion batareyalarning ishlashiga zarar etkazishi mumkin bo'lgan kichik nuqsonlarni aniqlash uchun ishlatiladi. Onlayn aniqlash paytida, agar elektrod nuqsoni yoki ifloslantiruvchi aniqlansa, uni qutb varag'iga belgilang, keyingi jarayonda uni yo'q qiling va uni ishlab chiqarish liniyasiga qaytaring va nuqsonlarni bartaraf etish uchun jarayonni o'z vaqtida sozlang. Infraqizil nurlar - bu radio to'lqinlari va ko'rinadigan yorug'lik bilan bir xil tabiatga ega bo'lgan elektromagnit to'lqinlarning bir turi. Ob'ekt sirtining harorat taqsimotini inson ko'zining ko'rinadigan tasviriga aylantirish uchun maxsus elektron qurilma qo'llaniladi va ob'ekt sirtining harorat taqsimotini turli ranglarda ko'rsatish uchun infraqizil termal tasvirlash texnologiyasi deyiladi. Ushbu elektron qurilma infraqizil termal tasvirlagich deb ataladi. Mutlaq noldan (-273℃) yuqori bo'lgan barcha ob'ektlar infraqizil nurlanish chiqaradi.
4-rasmda ko'rsatilganidek, infraqizil termal yaqinlashtiruvchi (IR kamera) infraqizil detektor va optik tasvirlash ob'ektividan o'lchangan maqsadli ob'ektning infraqizil nurlanish energiyasini taqsimlash sxemasini qabul qilish va uni infraqizil detektorning fotosensitiv elementida aks ettirish uchun foydalanadi. ob'ekt yuzasida termal taqsimot maydoniga mos keladigan infraqizil termal tasvir. Ob'ekt yuzasida nuqson mavjud bo'lganda, harorat hududda siljiydi. Shu sababli, ushbu texnologiya ob'ekt yuzasidagi nuqsonlarni aniqlash uchun ham qo'llanilishi mumkin, ayniqsa optik aniqlash vositalari bilan ajratilmaydigan ba'zi nuqsonlar uchun mos keladi. Lityum ion batareyasining quritish elektrodi onlayn tarzda aniqlanganda, elektrod elektrodi birinchi navbatda chirog' bilan nurlanadi, sirt harorati o'zgaradi, so'ngra sirt harorati termal tasvir bilan aniqlanadi. Issiqlik taqsimoti tasviri ingl. va tasvir real vaqt rejimida qayta ishlanadi va tahlil qilinadi va sirt nuqsonlarini aniqlash va ularni vaqtida belgilash.D. Mohanty Tadqiqot elektrod plitasi yuzasining harorat taqsimot tasvirini aniqlash uchun qoplama quritish pechining chiqish joyiga termal tasvirni o'rnatdi.

Shakl 5 (a) - termal tasvirlagich tomonidan aniqlangan NMC musbat qutbli varaqning qoplama yuzasining harorat taqsimoti xaritasi bo'lib, u yalang'och ko'z bilan ajratib bo'lmaydigan juda kichik nuqsonni o'z ichiga oladi. Marshrut segmentiga mos keladigan haroratni taqsimlash egri chizig'i ichki insetda, nuqson nuqtasida haroratning keskin ko'tarilishi bilan ko'rsatilgan. Shakl 5 (b) da harorat qutbli varaq yuzasining nuqsoniga mos keladigan mos keladigan qutida mahalliy ravishda ortadi. ANJIR. 6 - nuqsonlar mavjudligini ko'rsatadigan salbiy elektrod varag'ining sirt harorati taqsimoti diagrammasi, bu erda haroratning o'sishi cho'qqisi qabariq yoki agregatga to'g'ri keladi va haroratning pasayishi maydoni pin teshigi yoki tushishiga to'g'ri keladi.

5-rasm Musbat elektrodli qatlam yuzasining harorat taqsimoti

6-rasm Salbiy elektrod sirtining harorat taqsimoti

 

Ko'rinib turibdiki, harorat taqsimotining termal tasvirini aniqlash qutb varag'i yuzasi nuqsonlarini aniqlashning yaxshi vositasi bo'lib, u qutbli qatlam ishlab chiqarish sifatini nazorat qilish uchun ishlatilishi mumkin.3. Qutbli qatlam yuzasi nuqsonlarining batareyaning ishlashiga ta'siri

 

(1) Batareya multiplikatori sig'imi va Coulomb samaradorligiga ta'siri

7-rasmda agregat va teshikning akkumulyator ko'paytirgich sig'imi va kulen samaradorligiga ta'sir egri chizig'i ko'rsatilgan. Agregat batareya quvvatini yaxshilashi mumkin, ammo kulen samaradorligini pasaytiradi. Teshik batareya quvvatini va Kulun samaradorligini pasaytiradi va Kulun samaradorligi yuqori tezlikda sezilarli darajada kamayadi.

7-shakl katod agregati va teshigining batareya quvvatiga ta'siri va 8-rasmning samaradorligi notekis qoplamadir va metall begona jism Co va Al batareya quvvatiga va samaradorlik egri chizig'iga ta'siri, notekis qoplama batareyaning massa hajmini 10% kamaytiradi - 20% ga, lekin butun batareya quvvati 60% ga kamaydi, bu qutb qismidagi tirik massa sezilarli darajada kamayganligini ko'rsatadi. Metall Co begona jismning sig'imi va Kulon samaradorligi pasaygan, hatto 2C va 5C yuqori kattalashtirishda ham, sig'imi umuman yo'q, bu litiy va litiy ko'milgan elektrokimyoviy reaktsiyada metall Co ning hosil bo'lishi yoki metall zarralari bo'lishi mumkin. diafragma teshigini blokirovka qilish mikro qisqa tutashuvga olib keldi.

Shakl 8. Musbat elektrodning notekis qoplamasi va metall begona jismlar Co va Al ning batareya ko'paytiruvchisi sig'imi va kulen samaradorligiga ta'siri

Katodli qatlam nuqsonlari haqida qisqacha ma'lumot: Katodli qatlam qoplamasidagi moddalar batareyaning Coulomb samaradorligini pasaytiradi. Ijobiy qoplamaning pinhona teshigi Coulomb samaradorligini pasaytiradi, natijada, ayniqsa, yuqori oqim zichligida, yomon multiplikator ishlashiga olib keladi. Heterojen qoplama yomon kattalashtirish ko'rsatkichlarini ko'rsatdi. Metall zarrachalarni ifloslantiruvchi moddalar mikro-qisqa tutashuvlarga olib kelishi mumkin va shuning uchun batareya quvvatini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.
9-rasmda manfiy qochqin folga chizig'ining batareyaning multiplikator quvvatiga va Kulun samaradorligiga ta'siri ko'rsatilgan. Salbiy elektrodda oqish sodir bo'lganda, batareyaning quvvati sezilarli darajada kamayadi, lekin gramm hajmi aniq emas va Kulun samaradorligiga ta'siri sezilarli emas.

 

9-rasm Manfiy elektrod qochqin folga chizig'ining akkumulyator ko'paytirgich sig'imiga va Kulun samaradorligiga ta'siri (2) Batareyani ko'paytiruvchi tsiklning ishlashiga ta'siri 10-rasm elektrod yuzasi nuqsonining batareya ko'paytirgich aylanishiga ta'siri natijasidir. Ta'sir natijalari quyidagicha umumlashtiriladi:
Egregatsiya: 2C da, 200 tsiklning sig'imga xizmat ko'rsatish darajasi 70% va nuqsonli batareya 12%, 5C tsiklida esa 200 tsiklning quvvatiga xizmat ko'rsatish darajasi 50% va nuqsonli batareya 14% ni tashkil qiladi.
Igna teshigi: sig'imning pasayishi aniq, ammo agregat nuqsonlarning susayishi tez emas va 200 tsiklning 2C va 5C quvvatini saqlash darajasi mos ravishda 47% va 40% ni tashkil qiladi.
Metall begona jism: metall Co begona jismning sig'imi bir necha tsikllardan keyin deyarli 0 ga teng va metall begona jismning 5C tsikli Al folga hajmi sezilarli darajada kamayadi.
Oqish chizig'i: Bir xil oqish maydoni uchun bir nechta kichikroq chiziqlar batareya quvvati kattaroq chiziqqa qaraganda tezroq kamayadi (47C da 200 tsikl uchun 5%) (7C da 200 tsikl uchun 5%). Bu shuni ko'rsatadiki, chiziqlar soni qanchalik ko'p bo'lsa, batareyaning aylanishiga ta'siri shunchalik ko'p bo'ladi.

Shakl 10 Elektrod varag'i yuzasi nuqsonlarining hujayra tezligi aylanishiga ta'siri

 

Ref.: [1] Lazerli kaliper va IR termografiya usullari bilan slot bilan qoplangan lityum ikkilamchi akkumulyator elektrodlarini buzilmaydigan baholash [J]. ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Effekt Lityum-ion batareyalarning elektrokimyoviy ko'rsatkichlari bo'yicha elektrod ishlab chiqarish nuqsonlari: Batareyaning ishdan chiqishi manbalarini bilish [J]. Quvvat manbalari jurnali.2016, 312: 70-79.