Kufichua Fumbo: Uwezo wa Kinadharia Bora katika Betri za Lithium-Ion

Kwa nini betri ya lithiamu ipo uzushi wa uwezo wa kinadharia zaidi

Katika betri za lithiamu-ioni (LIBs), elektrodi nyingi za oksidi za mpito za chuma huonyesha uwezo wa juu wa uhifadhi usio wa kawaida zaidi ya thamani yao ya kinadharia. Ingawa jambo hili limeripotiwa sana, mifumo ya msingi ya physicochemical katika nyenzo hizi bado ni ngumu na inabaki kuwa suala la mjadala.

Wasifu wa matokeo

Hivi majuzi, Profesa Miao Guoxing kutoka Chuo Kikuu cha Waterloo, Kanada, Profesa Yu Guihua kutoka Chuo Kikuu cha Texas huko Austin, na Li Hongsen na Li Qiang kutoka Chuo Kikuu cha Qingdao kwa pamoja walichapisha karatasi ya utafiti kuhusu Nyenzo Asilia chini ya kichwa cha "Uwezo wa ziada wa kuhifadhi katika betri za lithiamu-ioni za oksidi za mpito zilizofunuliwa na in situ magnetometry". Katika kazi hii, waandishi walitumia ufuatiliaji wa sumaku wa situ ili kuonyesha uwepo wa uwezo mkubwa wa uso kwenye nanoparticles za chuma na kwamba idadi kubwa ya elektroni za spin-polarized zinaweza kuhifadhiwa katika nanoparticles za chuma zilizopunguzwa tayari, ambazo zinaendana na utaratibu wa malipo ya anga. Kwa kuongeza, utaratibu wa malipo ya anga uliofunuliwa unaweza kupanuliwa kwa misombo mingine ya mpito ya chuma, kutoa mwongozo muhimu wa kuanzishwa kwa mifumo ya juu ya kuhifadhi nishati.

Mambo muhimu ya utafiti

(1) Fe ya kawaida ilichunguzwa kwa kutumia mbinu ya ufuatiliaji wa sumaku ya in-situ3O4/ Mageuzi ya muundo wa kielektroniki ndani ya betri ya Li;

(2) inaonyesha kuwa Fe3O4Katika mfumo wa / Li, uwezo wa malipo ya uso ni chanzo kikuu cha uwezo wa ziada;

(3) Utaratibu wa uwezo wa uso wa nanoparticles za chuma unaweza kupanuliwa kwa anuwai ya misombo ya mpito ya chuma.

Maandishi na mwongozo wa maandishi

1. Tabia ya muundo na mali ya electrochemical

Monodisperse hollow Fe iliundwa kwa mbinu za kawaida za hydrothermal3O4Nanospheres, na kisha kutekelezwa kwa 100 mAg−1Charge na kutokwa kwa msongamano wa sasa (Mchoro 1a), uwezo wa kwanza wa kutokwa ni 1718 mAh g-1, 1370 mAhg kwa mara ya pili na ya tatu. 1Na 1,364 mAhg−1, Zaidi ya 926 mAhg−1Nadharia ya matarajio. Picha za BF-STEM za bidhaa iliyoondolewa kabisa (Mchoro 1b-c) zinaonyesha kuwa baada ya kupunguzwa kwa lithiamu, Fe3O4The nanospheres zilibadilishwa kuwa nanoparticles ndogo za Fe zenye ukubwa wa 1 - 3 nm, zilizotawanywa katika kituo cha Li2O.

Ili kuonyesha mabadiliko katika sumaku wakati wa mzunguko wa electrochemical, curve ya magnetization baada ya kutokwa kamili hadi 0.01 V ilipatikana (Mchoro 1d), kuonyesha tabia ya superparamagnetic kutokana na kuundwa kwa nanoparticles.

Kielelezo cha 1 (a) katika 100 mAg-1Fe ya uendeshaji wa baiskeli kwa msongamano wa sasa wa3O4/ Chaji ya sasa ya mara kwa mara na mkondo wa kutokeza wa betri ya Li; (b) kikamilifu lithiamu Fe3O4Picha ya BF-STEM ya elektrodi; (c) kuwepo kwa Li katika jumla ya picha za BF-STEM zenye azimio la juu2 za O na Fe; (d) Fe3O4 Mikondo ya hysteresis ya elektrodi kabla (nyeusi) na baada ya (bluu), na mkunjo uliowekwa wa Langevin wa mwisho (zambarau).

2. Ugunduzi wa wakati halisi wa mabadiliko ya kimuundo na sumaku

Ili kuchanganya kemia ya kielektroniki na Fe3O4Of mabadiliko ya kimuundo na sumaku yanayohusishwa na Fe3O4The Electrodes yalikabiliwa na diffraction ya X-ray ya situ (XRD) na ufuatiliaji wa sumaku wa situ. Fe katika mfululizo wa mifumo ya utenganishaji wa XRD wakati wa utiririshaji wa awali kutoka kwa voltage ya mzunguko wa wazi (OCV) hadi 1.2V3O4Vilele vya mtengano havikubadilika sana katika ukubwa au nafasi (Mchoro 2a), ikionyesha kuwa Fe3O4Only ilipata mchakato wa kuingiliana kwa Li. Inapochajiwa kwa 3V, muundo wa Fe3O4The anti-spinel hubakia sawa, na kupendekeza kuwa mchakato katika dirisha hili la voltage unaweza kutenduliwa kwa kiwango kikubwa. Ufuatiliaji zaidi wa sumaku ndani ya situ pamoja na vipimo vya mara kwa mara vya kutokwa kwa chaji vilifanywa ili kuchunguza jinsi usumaku unavyobadilika kwa wakati halisi (Mchoro 2b).

Kielelezo 2 Tabia ya XRD ya in-situ na ufuatiliaji wa sumaku.(A) in situ XRD; (b) Mviringo wa kutokwa kwa malipo ya Fe3O4Electrochemical chini ya T 3 ulitumia uga wa sumaku na mwitikio unaolingana wa sumaku wa situ.

Ili kupata uelewa wa kimsingi zaidi wa mchakato huu wa uongofu katika suala la mabadiliko ya sumaku, mwitikio wa sumaku hukusanywa kwa wakati halisi na mpito wa awamu unaoambatana unaoambatana na athari zinazoendeshwa na kielektroniki (Mchoro 3). Ni wazi kabisa kwamba wakati wa kutokwa kwa kwanza, majibu ya magnetization ya Fe3O4 ya elektroni hutofautiana na mizunguko mingine kutokana na Fe wakati wa kwanza wa lithalization3O4Kutokana na mabadiliko ya awamu isiyoweza kurekebishwa hutokea. Uwezo uliposhuka hadi 0.78V, awamu ya Fe3O4The antispinel ilibadilishwa kuwa na muundo wa Li2The FeO halite wa O, Fe3O4Awamu haiwezi kurejeshwa baada ya kuchaji. Sambamba, usumaku unashuka kwa kasi hadi 0.482 μ b Fe-1. Wakati lithialization ikiendelea, hakuna awamu mpya iliyoanzishwa, na ukubwa wa (200) na (220) kilele cha mtengano wa darasa la FeO ulianza kudhoofisha. Kumbuka kuwa wakati elektrodi ya Fe3O4 inapotoka kutoka 3V hadi 3V, usumaku (kutoka 4 μ b Fe-0.78Imeongezeka hadi 0.45 μ bFe-0.482), Hii ​​ilihusishwa na mmenyuko wa ubadilishaji kutoka FeO hadi Fe. Kisha, mwishoni mwa kutokwa, magnetization ilipungua polepole hadi 1 μ B Fe-1.266. Ugunduzi huu unapendekeza kuwa chuma kilichopunguzwa kabisa Fe1Nanoparticles bado kinaweza kushiriki katika mmenyuko wa kuhifadhi lithiamu, na hivyo kupunguza usumaku wa elektrodi.

Kielelezo cha 3 Uchunguzi wa in situ wa mpito wa awamu na mwitikio wa sumaku.(a）Fe3O4In situ ramani ya XRD iliyokusanywa wakati wa kutokwa kwa kwanza kwa elektrodi; (b) Kipimo cha nguvu cha sumaku cha Fe3O4In situ cha mizunguko ya kielektroniki ya seli/ seli kwenye uga wa sumaku unaotumika wa 3 T.

3. Uwezo wa Fe0/Li2Surface wa mfumo wa O

Fe3O4Mabadiliko ya sumaku ya elektrodi hutokea kwa viwango vya chini vya voltage, ambapo uwezo wa ziada wa elektrokemikali huwezekana zaidi kuzalishwa, na hivyo kupendekeza kuwepo kwa wabebaji wa malipo ambao hawajagunduliwa ndani ya seli. Ili kuchunguza utaratibu unaowezekana wa kuhifadhi lithiamu, Fe ilichunguzwa kwa kutumia XPS, STEM na wigo wa utendakazi wa sumaku3O4Electrodi za kilele cha usumaku katika 0.01V,0.45V na 1.4V ili kubaini chanzo cha mabadiliko ya sumaku. Matokeo yanaonyesha kuwa muda wa sumaku ni sababu kuu inayoathiri mabadiliko ya sumaku, kwa sababu mfumo uliopimwa wa Fe0/Li2The Ms wa O hauathiriwi na anisotropy ya sumaku na muunganisho wa chembe chembe.

Ili kuelewa zaidi Fe3O4The kinetic sifa za elektrodi katika voltage ya chini, cyclic voltammetry katika viwango tofauti scan. Kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 4a, mkunjo wa voltammogram ya mzunguko wa mstatili inaonekana ndani ya masafa ya volteji kati ya 0.01V na 1V (Mchoro 4a). Kielelezo 4b kinaonyesha kuwa majibu ya capacitive ya Fe3O4A ilitokea kwenye electrode. Kwa mwitikio wa sumaku unaoweza kugeuzwa sana wa chaji ya sasa na mchakato wa kutokwa (Mchoro 4c), sumaku ya elektrodi ilipungua kutoka 1V hadi 0.01V wakati wa mchakato wa kutokwa, na kuongezeka tena wakati wa mchakato wa kuchaji, ikionyesha kuwa Fe0Of kama capacitor. mmenyuko wa uso unaweza kugeuzwa sana.

Kielelezo cha 4 sifa za kielektroniki na sifa za sumaku katika 0.011 V.(A) Mviringo wa mzunguko wa voltammetric.(B) thamani ya b hubainishwa kwa kutumia uunganisho kati ya kiwango cha juu cha mkondo na kasi ya kuchanganua; (c) badiliko linaloweza kutenduliwa la usumaku linalohusiana na mkondo wa kutokeza chaji chini ya uga wa sumaku uliotumika wa T 5.

Fe3O4 iliyotajwa hapo juu Vipengele vya kielektroniki, kimuundo na sumaku vya elektrodi vinaonyesha kuwa uwezo wa ziada wa betri hubainishwa na Fe0Uwezo wa uso wa spin-polarized wa nanoparticles husababishwa na mabadiliko yanayoambatana na sumaku. Uwezo wa spin-polarized ni matokeo ya mkusanyiko wa chaji ya spin-polarized kwenye kiolesura na inaweza kuonyesha mwitikio wa sumaku wakati wa kuchaji na kutokwa.to Fe3O4Elektrodi ya msingi, wakati wa mchakato wa kwanza wa kutokwa, ilitawanywa katika nanoparticles Li2Fine Fe katika substrate ya O. uwiano mkubwa wa uso-kwa-kiasi na kutambua msongamano mkubwa wa majimbo katika kiwango cha Fermi kutokana na obiti za d zilizojanibishwa sana. Kulingana na mfano wa kinadharia wa Maier wa uhifadhi wa malipo ya anga, waandishi wanapendekeza kwamba kiasi kikubwa cha elektroni kinaweza kuhifadhiwa katika bendi za mgawanyiko wa metali za Fe nanoparticles, ambazo zinaweza kupatikana katika Fe / Li2Creating capacitors ya uso wa spin-polarized katika O nanocomposites. Kielelezo 5).

grafu 5Fe/Li2A Uwakilishi wa kimuundo wa uwezo wa uso wa elektroni zinazozunguka-polarized kwenye kiolesura cha O. (A) mchoro wa mpangilio wa hali ya mgawanyiko wa mzunguko wa uso wa chembe za metali ya ferromagnetic (kabla na baada ya kutokwa), kinyume na polarization ya wingi ya chuma; (b) uundaji wa eneo la malipo ya nafasi katika mfano wa capacitor ya uso wa lithiamu iliyohifadhiwa.

Muhtasari na Mtazamo

TM / Li ilichunguzwa na ufuatiliaji wa hali ya juu wa sumaku wa in-situ2Mageuzi ya muundo wa ndani wa kielektroniki wa O nanocomposite ili kufichua chanzo cha uwezo wa ziada wa kuhifadhi kwa betri hii ya lithiamu-ion. Matokeo yanaonyesha kuwa, katika mfumo wa seli wa mfano wa Fe3O4/ Li, chembechembe za Fe nanoparticles zilizopunguzwa kwa njia ya kielektroniki zinaweza kuhifadhi idadi kubwa ya elektroni zilizo na polarized, kutokana na uwezo wa seli nyingi na sumaku ya usoni iliyobadilika sana. Majaribio yalithibitisha zaidi CoO, NiO, na FeF2Na Fe2Kuwepo kwa uwezo huo katika nyenzo za elektrodi N kunaonyesha kuwepo kwa uwezo wa uso wa spin-polarized wa nanoparticles za chuma katika betri za ioni za lithiamu na huweka msingi wa utumiaji wa utaratibu huu wa kuhifadhi chaji ya anga katika mpito mwingine. chuma kiwanja-msingi vifaa electrode.

Kiungo cha fasihi

Uwezo wa ziada wa kuhifadhi katika betri za lithiamu-ioni ya oksidi ya mpito iliyofichuliwa na in situ magnetometry (Nyenzo Asili , 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

Athari za muundo wa kaki ya elektrodi ya lithiamu na kasoro za kaki za elektrodi kwenye utendakazi

1. Makala ya msingi ya muundo wa filamu

Electrode ya betri ya lithiamu ni mipako inayojumuisha chembe, sawasawa kutumika kwa maji ya chuma. Mipako ya elektrodi ya ioni ya lithiamu inaweza kuzingatiwa kama nyenzo ya mchanganyiko, inayojumuisha sehemu tatu:

(1) Chembe hai za dutu;

(2) awamu Constituent ya wakala conductive na wakala (carbon adhesive awamu);

(3) Pore, jaza na elektroliti.

Uhusiano wa kiasi cha kila awamu unaonyeshwa kama:

Porosity + sehemu ya kiasi cha jambo hai + sehemu ya kiasi cha wambiso wa kaboni =1

Ubunifu wa muundo wa electrode ya betri ya lithiamu ni muhimu sana, na sasa maarifa ya kimsingi ya muundo wa electrode ya betri ya lithiamu yanaletwa kwa ufupi.

(1) Uwezo wa kinadharia wa nyenzo za elektrodi Uwezo wa kinadharia wa nyenzo za elektrodi, ambayo ni, uwezo unaotolewa na ioni zote za lithiamu katika nyenzo zinazohusika katika mmenyuko wa elektrokemikali, thamani yake imehesabiwa na equation ifuatayo:

Kwa mfano, LiFePO4The molar molekuli ni 157.756 g/mol, na uwezo wake wa kinadharia ni:

Thamani hii iliyohesabiwa ni uwezo wa kinadharia tu wa gramu. Ili kuhakikisha muundo unaoweza kubadilishwa wa nyenzo, mgawo halisi wa kuondolewa kwa ioni ya lithiamu ni chini ya 1, na uwezo halisi wa gramu ya nyenzo ni:

Uwezo halisi wa gram wa nyenzo = uwezo wa kinadharia wa mgawo wa kuchomoa ioni ya lithiamu

(2) Uwezo wa muundo wa betri na msongamano wa upande mmoja sana Uwezo wa muundo wa betri unaweza kuhesabiwa kwa fomula ifuatayo: uwezo wa muundo wa betri = msongamano wa uso wa mipako uwiano wa nyenzo inayotumika, uwezo wa gramu eneo la mipako ya karatasi.

Miongoni mwao, wiani wa uso wa mipako ni parameter muhimu ya kubuni. Wakati wiani wa kuunganishwa haujabadilika, ongezeko la wiani wa uso wa mipako ina maana kwamba unene wa karatasi ya pole huongezeka, umbali wa maambukizi ya elektroni huongezeka, na upinzani wa elektroni huongezeka, lakini kiwango cha ongezeko ni mdogo. Katika karatasi nene ya electrode, ongezeko la impedance ya uhamiaji ya ioni za lithiamu katika elektroliti ni sababu kuu inayoathiri sifa za uwiano. Kwa kuzingatia porosity na twists pore, umbali wa uhamiaji wa ions katika pore ni mara nyingi zaidi ya unene wa karatasi pole.

(3) Uwiano wa uwiano hasi-chanya wa uwezo N/P hasi wa uwezo chanya unafafanuliwa kama:

N/P inapaswa kuwa kubwa kuliko 1.0, kwa ujumla 1.04 ~ 1.20, ambayo ni hasa katika kubuni usalama, ili kuzuia upande hasi lithiamu ion kutoka precipitation bila chanzo kukubalika, kubuni kuzingatia uwezo wa mchakato, kama vile kupotoka mipako. Hata hivyo, N/P inapokuwa kubwa sana, betri itapoteza uwezo wake usioweza kutenduliwa, na hivyo kusababisha uwezo mdogo wa betri na kupunguza msongamano wa nishati ya betri.

Kwa anode ya titanate ya lithiamu, muundo mzuri wa ziada wa elektrodi hupitishwa, na uwezo wa betri imedhamiriwa na uwezo wa anode ya titanate ya lithiamu. Muundo mzuri wa ziada unafaa kwa kuboresha utendaji wa joto la juu la betri: gesi ya joto la juu hasa hutoka kwa electrode hasi. Katika muundo mzuri wa ziada, uwezo hasi ni mdogo, na ni rahisi kuunda filamu ya SEI kwenye uso wa titanate ya lithiamu.

(4) Uzito wa mshikamano na porosity ya mipako Katika mchakato wa uzalishaji, wiani wa ukandamizaji wa mipako ya electrode ya betri huhesabiwa kwa formula ifuatayo. Kwa kuzingatia kwamba wakati karatasi ya pole imevingirwa, foil ya chuma hupanuliwa, wiani wa uso wa mipako baada ya roller huhesabiwa kwa formula ifuatayo.

Kama ilivyoelezwa hapo awali, mipako ina awamu ya nyenzo hai, awamu ya wambiso wa kaboni na pore, na porosity inaweza kuhesabiwa na equation ifuatayo.

Kati yao, wiani wa wastani wa mipako ni: electrode ya betri ya lithiamu ni aina ya chembe za poda za mipako, kwa sababu uso wa chembe ya unga ni mbaya, sura isiyo ya kawaida, wakati wa mkusanyiko, chembe kati ya chembe na chembe, na baadhi ya chembe zenyewe zina nyufa na pores; hivyo poda kiasi ikiwa ni pamoja na kiasi poda, pores kati ya chembe poda na chembe, kwa hiyo, aina sambamba ya msongamano electrode mipako na uwakilishi porosity. Uzito wa chembe za poda hurejelea wingi wa poda kwa ujazo wa kitengo. Kulingana na kiasi cha poda, imegawanywa katika aina tatu: wiani wa kweli, wiani wa chembe na wiani wa mkusanyiko. Msongamano mbalimbali hufafanuliwa kama ifuatavyo:

1. Uzito wa kweli hurejelea msongamano uliopatikana kwa kugawanya wingi wa poda kwa kiasi (kiasi halisi) bila kujumuisha mapengo ya ndani na nje ya chembe. Hiyo ni, wiani wa jambo lenyewe lililopatikana baada ya kuwatenga kiasi cha voids zote.
2. Uzito wa chembe hurejelea msongamano wa chembe zinazopatikana kwa kugawanya wingi wa unga uliogawanywa na ujazo wa chembe ikijumuisha shimo lililo wazi na tundu lililofungwa. Hiyo ni, pengo kati ya chembe, lakini sio pores nzuri ndani ya chembe, wiani wa chembe wenyewe.
3. Uzito wa mkusanyiko, yaani, wiani wa mipako, inahusu wiani uliopatikana na wingi wa poda iliyogawanywa na kiasi cha mipako inayoundwa na poda. Kiasi kinachotumiwa kinajumuisha pores ya chembe zenyewe na voids kati ya chembe.

Kwa poda sawa, msongamano halisi> msongamano wa chembe> msongamano wa kufunga. Porosity ya poda ni uwiano wa pores katika mipako ya chembe ya unga, yaani, uwiano wa kiasi cha utupu kati ya chembe za unga na pores za chembe kwa jumla ya kiasi cha mipako, ambayo huonyeshwa kwa kawaida. kama asilimia. Upeo wa poda ni sifa ya kina inayohusiana na mofolojia ya chembe, hali ya uso, saizi ya chembe na usambazaji wa saizi ya chembe. Porosity yake huathiri moja kwa moja uingizaji wa maambukizi ya electrolyte na lithiamu ion. Kwa ujumla, kadiri porosity inavyokuwa kubwa, ndivyo upenyezaji wa elektroliti unavyokuwa rahisi, na kasi ya upitishaji wa ioni ya lithiamu. Kwa hiyo, katika mpango wa betri lithiamu, wakati mwingine kuamua porosity, kawaida kutumika zebaki shinikizo mbinu, gesi adsorption mbinu, nk pia inaweza kupatikana kwa kutumia hesabu wiani. Porosity pia inaweza kuwa na athari tofauti wakati wa kutumia wiani tofauti kwa mahesabu. Wakati wiani wa porosity ya dutu hai, wakala wa conductive na binder huhesabiwa na wiani wa kweli, porosity iliyohesabiwa inajumuisha pengo kati ya chembe na pengo ndani ya chembe. Wakati porosity ya dutu hai, wakala wa conductive na binder huhesabiwa na wiani wa chembe, porosity iliyohesabiwa inajumuisha pengo kati ya chembe, lakini si pengo ndani ya chembe. Kwa hiyo, ukubwa wa pore ya karatasi ya electrode ya betri ya lithiamu pia ni ya kiasi kikubwa, kwa ujumla pengo kati ya chembe ni katika ukubwa wa wadogo wa micron, wakati pengo ndani ya chembe ni katika nanometer hadi ndogo ndogo ndogo ya mikron wadogo. Katika elektroni za porous, uhusiano wa mali ya usafirishaji kama vile diffusivity bora na conductivity inaweza kuonyeshwa na equation ifuatayo:

Ambapo D0 inawakilisha kiwango cha uenezaji (uendeshaji) wa ndani wa nyenzo yenyewe, ε ni sehemu ya kiasi cha awamu inayolingana, na τ ni mkunjo wa mzunguko wa awamu inayolingana. Katika mfano wa homogeneous macroscopic, uhusiano wa Bruggeman hutumiwa kwa ujumla, kuchukua mgawo ɑ =1.5 kukadiria chanya bora cha elektrodi za vinyweleo.

Electrolyte imejaa pores ya electrodes ya porous, ambayo ioni za lithiamu hufanyika kwa njia ya electrolyte, na sifa za uendeshaji wa ioni za lithiamu zinahusiana kwa karibu na porosity. Kadiri porosity inavyokuwa kubwa, ndivyo sehemu ya kiasi cha awamu ya elektroliti inavyoongezeka, na ndivyo upitishaji bora wa ioni za lithiamu. Katika karatasi chanya ya electrode, elektroni hupitishwa kupitia awamu ya wambiso wa kaboni, sehemu ya kiasi cha awamu ya wambiso wa kaboni na detour ya awamu ya wambiso wa kaboni huamua moja kwa moja conductivity ya ufanisi ya elektroni.

Porosity na sehemu ya kiasi cha awamu ya wambiso wa kaboni ni ya kupingana, na porosity kubwa inaongoza kwa sehemu ya kiasi cha awamu ya wambiso wa kaboni, kwa hiyo, sifa bora za upitishaji wa ioni za lithiamu na elektroni pia zinapingana, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. porosity inapopungua, upitishaji madhubuti wa ioni ya lithiamu hupungua huku upitishaji madhubuti wa elektroni unapoongezeka. Jinsi ya kusawazisha hizo mbili pia ni muhimu katika muundo wa elektroni.

Mchoro wa 2 Mchoro wa mpangilio wa porosity na ioni ya lithiamu na conductivity ya elektroni

2. Aina na kugundua kasoro za nguzo

 

Kwa sasa, katika mchakato wa utayarishaji wa nguzo ya betri, teknolojia zaidi na zaidi za kugundua mtandaoni zinapitishwa, ili kutambua kwa ufanisi kasoro za utengenezaji wa bidhaa, kuondoa bidhaa zenye kasoro, na maoni ya wakati kwa mstari wa uzalishaji, marekebisho ya kiotomatiki au ya mwongozo kwa utengenezaji. mchakato, kupunguza kiwango cha kasoro.

Teknolojia za ugunduzi wa mtandaoni zinazotumiwa sana katika utengenezaji wa karatasi za mbao ni pamoja na ugunduzi wa tabia ya tope, ugunduzi wa ubora wa karatasi, utambuzi wa vipimo na kadhalika, Kwa mfano: (1) mita ya mnato ya mtandaoni huwekwa moja kwa moja kwenye tanki la kuhifadhia mipako ili kugundua rheological. sifa za tope kwa wakati halisi, Jaribu utulivu wa tope; (2) Kutumia X-ray au β-ray katika mchakato wa mipako, usahihi wake wa kipimo cha juu, Lakini mionzi kubwa, bei ya juu ya vifaa na shida za matengenezo; (3) Teknolojia ya kupima unene mtandaoni ya laser inatumika kupima unene wa karatasi ya nguzo, Usahihi wa kipimo unaweza kufikia ± 1. 0 μ m, Inaweza pia kuonyesha mabadiliko ya unene na unene uliopimwa kwa wakati halisi, Kuwezesha ufuatiliaji wa data. na uchambuzi; (4) Teknolojia ya maono ya CCD, Hiyo ni, safu ya safu ya CCD hutumiwa kuchambua kitu kilichopimwa, usindikaji wa picha wa wakati halisi na uchambuzi wa kategoria za kasoro, Tambua ugunduzi wa mtandaoni usio na uharibifu wa kasoro za uso wa karatasi.

Kama zana ya udhibiti wa ubora, teknolojia ya majaribio ya mtandaoni pia ni muhimu ili kuelewa uwiano kati ya kasoro na utendakazi wa betri, ili kubaini vigezo vinavyostahiki au visivyostahiki kwa bidhaa ambazo hazijakamilika.

Katika sehemu ya mwisho, mbinu mpya ya teknolojia ya kugundua kasoro ya uso ya betri ya lithiamu-ioni, teknolojia ya upigaji picha ya joto ya infrared na uhusiano kati ya kasoro hizi tofauti na utendaji wa elektrokemikali zinaletwa kwa ufupi. wasiliana na D. Mohanty Utafiti wa kina na Mohanty et al.

(1) Kasoro za kawaida kwenye uso wa karatasi ya nguzo

Mchoro wa 3 unaonyesha kasoro za kawaida kwenye uso wa elektrodi ya betri ya ioni ya lithiamu, na picha ya macho upande wa kushoto na picha iliyonaswa na kipiga picha cha mafuta upande wa kulia.

Kielelezo 3 Kasoro za kawaida kwenye uso wa karatasi ya nguzo: (a, b) bahasha kubwa / jumla; (c, d) dondosha nyenzo / shimo la siri; (e, f) mwili wa kigeni wa chuma; (g, h) mipako isiyo sawa

 

(A, b) kupandisha uvimbe/jumla, kasoro kama hizo zinaweza kutokea ikiwa tope chujio limechochewa sawasawa au kasi ya upakaji si thabiti. Mkusanyiko wa mawakala wa wambiso na kaboni nyeusi husababisha maudhui ya chini ya viungo vya kazi na uzito mdogo wa vidonge vya polar.

 

(c, d) tone / shimo la siri, maeneo haya yenye kasoro hayajafunikwa na kwa kawaida hutolewa na Bubbles kwenye tope. Wao hupunguza kiasi cha nyenzo zinazofanya kazi na kufichua mtoza kwa electrolyte, na hivyo kupunguza uwezo wa electrochemical.

 

(E, f) miili ya kigeni ya chuma, tope au chuma miili ya kigeni inayoletwa katika vifaa na mazingira, na miili ya kigeni ya chuma inaweza kusababisha madhara makubwa kwa betri za lithiamu. Chembe kubwa za chuma huharibu moja kwa moja diaphragm, na kusababisha mzunguko mfupi kati ya electrodes nzuri na hasi, ambayo ni mzunguko mfupi wa kimwili. Kwa kuongezea, wakati mwili wa kigeni wa chuma umechanganywa kwenye elektroni chanya, uwezo mzuri huongezeka baada ya kuchaji, chuma hutatua, huenea kupitia elektroliti, na kisha kushuka kwenye uso hasi, na hatimaye kutoboa diaphragm, na kutengeneza mzunguko mfupi; ambayo ni mzunguko mfupi wa kuyeyuka kwa kemikali. Miili ya kigeni ya chuma ya kawaida katika tovuti ya kiwanda cha betri ni Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, nk.

 

(g, h) mipako isiyo na usawa, kama vile mchanganyiko wa tope haitoshi, laini ya chembe ni rahisi kuonekana kupigwa wakati chembe ni kubwa, na kusababisha mipako isiyo sawa, ambayo itaathiri uthabiti wa uwezo wa betri, na hata kuonekana kabisa. hakuna mstari wa mipako, ina athari kwa uwezo na usalama.

(2) Teknolojia ya kugundua kasoro ya uso wa chip pole ya Infrared (IR) teknolojia ya upigaji picha wa mafuta hutumiwa kugundua kasoro ndogo kwenye elektrodi kavu ambazo zinaweza kuharibu utendakazi wa betri za lithiamu-ion. Wakati wa kugundua mtandaoni, ikiwa kasoro ya electrode au uchafuzi hugunduliwa, weka alama kwenye karatasi ya nguzo, uondoe katika mchakato unaofuata, na ujibu kwa mstari wa uzalishaji, na urekebishe mchakato kwa wakati ili kuondokana na kasoro. Mwale wa infrared ni aina ya wimbi la sumakuumeme ambalo lina asili sawa na mawimbi ya redio na mwanga unaoonekana. Kifaa maalum cha elektroniki hutumiwa kubadilisha usambazaji wa joto la uso wa kitu kwenye picha inayoonekana ya jicho la mwanadamu, na kuonyesha usambazaji wa joto wa uso wa kitu katika rangi tofauti inaitwa teknolojia ya picha ya infrared ya joto. Kifaa hiki cha kielektroniki kinaitwa infrared thermal imager. Vitu vyote vilivyo juu ya sufuri kabisa (-273℃) hutoa mionzi ya infrared.
Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 4, kikadirio cha joto cha infrared (IR Kamera) hutumia kigunduzi cha infrared na lengo la macho kukubali muundo wa usambazaji wa nishati ya mionzi ya infrared ya kitu kinachopimwa na kuiakisi kwenye kipengele cha picha cha kigunduzi cha infrared ili kupata picha ya joto ya infrared, ambayo inalingana na uwanja wa usambazaji wa joto kwenye uso wa kitu. Wakati kuna kasoro juu ya uso wa kitu, joto hubadilika katika eneo hilo. Kwa hiyo, teknolojia hii pia inaweza kutumika kuchunguza kasoro juu ya uso wa kitu, hasa yanafaa kwa baadhi ya kasoro ambazo haziwezi kutofautishwa na njia za kugundua macho. Wakati electrode ya kukausha ya betri ya lithiamu ion inapogunduliwa mtandaoni, elektrodi ya electrode huwashwa kwanza na flash, joto la uso hubadilika, na kisha joto la uso hugunduliwa na picha ya joto. Picha ya usambazaji wa joto inaonyeshwa, na picha inachakatwa na kuchambuliwa kwa wakati halisi ili kugundua kasoro za uso na kuziweka alama kwa wakati.D. Mohanty Utafiti ulisakinisha taswira ya joto kwenye sehemu ya tanuru ya kukausha koti ili kutambua taswira ya usambazaji wa halijoto ya uso wa karatasi ya elektrodi.

Kielelezo cha 5 (a) ni ramani ya usambazaji wa halijoto ya uso wa mipako ya laha chanya ya NMC inayotambuliwa na kipiga picha cha joto, ambacho kina kasoro ndogo sana ambayo haiwezi kutofautishwa kwa jicho uchi. Curve ya usambazaji wa halijoto inayolingana na sehemu ya njia inaonyeshwa kwenye sehemu ya ndani, na ongezeko la joto kwenye sehemu ya kasoro. Katika Mchoro wa 5 (b), hali ya joto huongezeka ndani ya nchi katika sanduku sambamba, sambamba na kasoro ya uso wa karatasi ya pole. FIG. 6 ni mchoro wa usambazaji wa joto la uso wa karatasi hasi ya electrode inayoonyesha kuwepo kwa kasoro, ambapo kilele cha ongezeko la joto kinafanana na Bubble au jumla, na eneo la kupungua kwa joto linalingana na pinhole au tone.

Mchoro wa 5 Usambazaji wa joto wa uso wa karatasi ya electrode chanya

Kielelezo 6 Usambazaji wa joto la uso hasi wa electrode

 

Inaweza kuonekana kuwa ugunduzi wa picha ya joto ya usambazaji wa halijoto ni njia nzuri ya kugundua kasoro ya uso wa karatasi, ambayo inaweza kutumika kwa udhibiti wa ubora wa utengenezaji wa karatasi ya nguzo.3. Madhara ya kasoro za uso wa karatasi kwenye utendakazi wa betri

 

(1) Athari kwenye uwezo wa kizidishi cha betri na ufanisi wa Coulomb

Mchoro wa 7 unaonyesha mkunjo wa mvuto wa jumla na tundu la pini kwenye uwezo wa kizidishi cha betri na ufanisi wa kola. Jumla inaweza kuboresha uwezo wa betri, lakini kupunguza ufanisi wa coulen. Shimo la pini hupunguza uwezo wa betri na ufanisi wa Kulun, na ufanisi wa Kulun hupungua sana kwa kiwango cha juu.

Kielelezo 7 cathode jumla ya mabao na pinhole athari juu ya uwezo wa betri na ufanisi wa takwimu 8 ni kutofautiana mipako, na chuma kigeni mwili Co na Al juu ya uwezo wa betri na athari za Curve ufanisi, mipako kutofautiana kupunguza betri kitengo molekuli uwezo 10% - - 20%, lakini uwezo wote wa betri ulipungua kwa 60%, hii inaonyesha kwamba molekuli hai katika kipande cha polar imepungua kwa kiasi kikubwa. Metal Co mwili wa kigeni kupunguzwa uwezo na ufanisi Coulomb, hata katika 2C na 5C ukuzaji wa juu, hakuna uwezo wakati wote, ambayo inaweza kuwa kutokana na malezi ya Co chuma katika mmenyuko electrochemical ya lithiamu na lithiamu iliyoingia, au inaweza kuwa chembe za chuma. blocked pore diaphragm unasababishwa micro short mzunguko.

Mchoro 8 Madhara ya upakaji chanya wa elektrodi zisizo sawa na miili ya kigeni ya chuma Co na Al kwenye uwezo wa kizidishio cha betri na ufanisi wa coulen.

Muhtasari wa kasoro za karatasi ya cathode: Ate katika mipako ya karatasi ya cathode hupunguza ufanisi wa Coulomb wa betri. Shina la mipako chanya hupunguza ufanisi wa Coulomb, na kusababisha utendaji duni wa kizidishaji, haswa kwa msongamano wa juu wa sasa. Mipako ya tofauti tofauti ilionyesha utendaji duni wa ukuzaji. Vichafuzi vya chembe za metali vinaweza kusababisha saketi fupi fupi, na kwa hivyo vinaweza kupunguza sana uwezo wa betri.
Mchoro wa 9 unaonyesha athari ya ukanda hasi wa uvujaji wa foil kwenye uwezo wa kizidishaji na ufanisi wa Kulun wa betri. Wakati uvujaji hutokea kwenye electrode hasi, uwezo wa betri umepunguzwa kwa kiasi kikubwa, lakini uwezo wa gramu hauonekani, na athari kwenye ufanisi wa Kulun sio muhimu.

 

Mchoro 9 Ushawishi wa ukanda hasi wa uvujaji wa elektrodi kwenye uwezo wa kuzidisha betri na ufanisi wa Kulun (2) Ushawishi kwenye utendaji wa mzunguko wa kizidishi cha betri Kielelezo 10 ni matokeo ya ushawishi wa kasoro ya uso wa elektrodi kwenye mzunguko wa kizidishi cha betri. Matokeo ya ushawishi yanafupishwa kama ifuatavyo:
Egregation: kwa 2C, kiwango cha matengenezo ya uwezo wa mizunguko 200 ni 70% na betri yenye kasoro ni 12%, wakati katika mzunguko wa 5C, kiwango cha matengenezo ya uwezo wa mizunguko 200 ni 50% na betri yenye kasoro ni 14%.
Shimo la sindano: upunguzaji wa uwezo ni dhahiri, lakini hakuna upunguzaji wa kasoro ya jumla ni haraka, na kiwango cha matengenezo ya mizunguko 200 ya 2C na 5C ni 47% na 40%, mtawaliwa.
Mwili wa kigeni wa chuma: uwezo wa chuma Co mwili wa kigeni ni karibu 0 baada ya mizunguko kadhaa, na uwezo wa mzunguko wa 5C wa mwili wa kigeni wa chuma Al foil hupungua kwa kiasi kikubwa.
Ukanda wa kuvuja: Kwa eneo sawa la kuvuja, uwezo wa betri wa michirizi mingi midogo hupungua kwa kasi zaidi kuliko mstari mkubwa (47% kwa mizunguko 200 katika 5C) (7% kwa mizunguko 200 katika 5C). Hii inaonyesha kuwa kadiri idadi ya michirizi inavyoongezeka, ndivyo athari kwenye mzunguko wa betri inavyoongezeka.

Mchoro 10 Athari ya kasoro za uso wa karatasi ya elektrodi kwenye mzunguko wa kiwango cha seli

 

Rejea.: [1] Tathmini isiyo ya uharibifu ya elektroni ya pili ya lithiamu iliyofunikwa na slot-die-coated kwa kalipa ya leza ya ndani na mbinu za thermography ya IR [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Athari ya kasoro za utengenezaji wa elektrodi kwenye utendaji wa kielektroniki wa betri za lithiamu-ion: Ufahamu wa vyanzo vya kuharibika kwa betri[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.