เปิดเผยความลึกลับ: ความจุขั้นสุดยอดทางทฤษฎีของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

เหตุใดแบตเตอรี่ลิเธียมจึงมีปรากฏการณ์ความจุทางทฤษฎีขั้นสูง

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) อิเล็กโทรดที่ใช้ทรานซิชันเมทัลออกไซด์จำนวนมากมีความจุสูงผิดปกติเกินกว่าค่าทางทฤษฎี แม้ว่าปรากฏการณ์นี้จะได้รับการรายงานอย่างกว้างขวาง แต่กลไกทางเคมีฟิสิกส์ที่ซ่อนอยู่ในวัสดุเหล่านี้ยังคงเข้าใจยากและยังคงเป็นประเด็นถกเถียงอยู่

รายละเอียดของผลลัพธ์

เมื่อเร็วๆ นี้ ศาสตราจารย์ Miao Guoxing จากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู ประเทศแคนาดา ศาสตราจารย์ Yu Guihua จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน และ Li Hongsen และ Li Qiang จากมหาวิทยาลัยชิงเต่า ได้ร่วมกันตีพิมพ์ผลงานวิจัยเกี่ยวกับวัสดุธรรมชาติ ภายใต้ชื่อ "ความจุเพิ่มเติมใน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของโลหะทรานซิชันออกไซด์ที่เปิดเผยโดยการวัดสนามแม่เหล็กในแหล่งกำเนิด" ในงานนี้ ผู้เขียนได้ใช้การตรวจสอบแม่เหล็กในแหล่งกำเนิดเพื่อแสดงให้เห็นถึงความจุพื้นผิวที่แข็งแกร่งบนอนุภาคนาโนของโลหะ และอิเล็กตรอนที่มีโพลาไรซ์แบบหมุนจำนวนมากสามารถเก็บไว้ในอนุภาคนาโนของโลหะที่ลดลงแล้ว ซึ่งสอดคล้องกับกลไกประจุเชิงพื้นที่ นอกจากนี้ กลไกประจุเชิงพื้นที่ที่เปิดเผยสามารถขยายไปยังสารประกอบโลหะทรานซิชันอื่นๆ ได้ ซึ่งเป็นแนวทางสำคัญสำหรับการจัดตั้งระบบกักเก็บพลังงานขั้นสูง

จุดเด่นของงานวิจัย

(1) ศึกษา Fe ทั่วไปโดยใช้เทคนิคการตรวจสอบแม่เหล็กในแหล่งกำเนิด 3O4/ วิวัฒนาการของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ภายในแบตเตอรี่ Li

(2) เผยให้เห็นว่า Fe3O4ในระบบ / Li ความจุประจุพื้นผิวเป็นแหล่งหลักของความจุพิเศษ

(3) กลไกความจุพื้นผิวของอนุภาคนาโนของโลหะสามารถขยายไปยังสารประกอบโลหะทรานซิชันได้หลากหลาย

คำแนะนำข้อความและข้อความ

1. ลักษณะโครงสร้างและสมบัติทางเคมีไฟฟ้า

Monodisperse Hollow Fe ถูกสังเคราะห์โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลธรรมดา 3O4 นาโนสเฟียร์ จากนั้นดำเนินการที่ 100 mAg−1 ประจุและคายประจุที่ความหนาแน่นกระแส (รูปที่ 1a) ความสามารถในการคายประจุครั้งแรกคือ 1718 mAh g−1, 1370 mAhg ในครั้งที่สองและสาม ตามลำดับ− 1และ 1,364 mAhg−1 มากกว่า 926 mAhg−1 ทฤษฎีความคาดหวัง ภาพ BF-STEM ของผลิตภัณฑ์ที่ปล่อยออกมาจนหมด (รูปที่ 1b-c) บ่งชี้ว่าหลังจากการลดลิเธียม Fe3O4 นาโนสเฟียร์จะถูกแปลงเป็นอนุภาคนาโน Fe ที่มีขนาดเล็กลง ซึ่งวัดได้ประมาณ 1 – 3 นาโนเมตร ซึ่งกระจายตัวอยู่ในศูนย์กลาง Li2O

เพื่อสาธิตการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในระหว่างวงจรเคมีไฟฟ้า จะได้เส้นโค้งสนามแม่เหล็กหลังจากการคายประจุจนเต็มถึง 0.01 V (รูปที่ 1d) ซึ่งแสดงพฤติกรรมซุปเปอร์พาราแมกเนติกเนื่องจากการก่อตัวของอนุภาคนาโน

รูปที่ 1 (a) ที่ 100 mAg−1Fe ของการปั่นจักรยานที่ความหนาแน่นกระแส 3O4/ ประจุกระแสคงที่และเส้นโค้งการปล่อยของแบตเตอรี่ Li; (b) ลิเธียม Fe3O4 อิมเมจ BF-STEM ของอิเล็กโทรด; ( c ) การมีอยู่ของ Li ในภาพ BF-STEM ความละเอียดสูงรวมของทั้ง O และ Fe; (d) Fe2O3เส้นโค้งฮิสเทรีซิสของอิเล็กโทรดก่อน (สีดำ) และหลัง (สีน้ำเงิน) และเส้นโค้งพอดี Langevin ของอิเล็กโทรดหลัง (สีม่วง)

2. การตรวจจับวิวัฒนาการของโครงสร้างและสนามแม่เหล็กแบบเรียลไทม์

เพื่อรวมเคมีไฟฟ้าเข้ากับ Fe3O4ของการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างและสนามแม่เหล็กที่เชื่อมโยงกับ Fe3O4อิเล็กโทรดจะถูกตรวจการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ในแหล่งกำเนิด (XRD) และการตรวจสอบสนามแม่เหล็กในแหล่งกำเนิด Fe ในชุดของรูปแบบการเลี้ยวเบน XRD ในระหว่างการปล่อยประจุครั้งแรกจากแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) ถึง 1.2V3O4 พีคของการเลี้ยวเบนไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญทั้งในด้านความเข้มหรือตำแหน่ง (รูปที่ 2a) ซึ่งบ่งชี้ว่า Fe3O4 ประสบกับกระบวนการแทรกแซง Li เท่านั้น เมื่อชาร์จไปที่ 3V Fe3O4โครงสร้างต่อต้านสปิเนลจะยังคงเดิม บ่งบอกว่ากระบวนการในหน้าต่างแรงดันไฟฟ้านี้สามารถย้อนกลับได้สูง การตรวจสอบสนามแม่เหล็กในแหล่งกำเนิดเพิ่มเติมรวมกับการทดสอบการปล่อยประจุกระแสคงที่ได้ดำเนินการเพื่อตรวจสอบว่าสนามแม่เหล็กมีวิวัฒนาการแบบเรียลไทม์อย่างไร (รูปที่ 2b)

รูปที่ 2 การจำแนกลักษณะของ XRD ในแหล่งกำเนิด และการตรวจสอบแม่เหล็ก (A) ในแหล่งกำเนิด XRD; (b) Fe3O4กราฟประจุ-คายประจุไฟฟ้าเคมีภายใต้สนามแม่เหล็กที่ใช้ 3 T และการตอบสนองแม่เหล็กแบบย้อนกลับได้ในแหล่งกำเนิด

เพื่อให้เข้าใจพื้นฐานมากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการแปลงนี้ในแง่ของการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก การตอบสนองทางแม่เหล็กจะถูกรวบรวมแบบเรียลไทม์และการเปลี่ยนเฟสที่สอดคล้องกันที่มาพร้อมกับปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนด้วยเคมีไฟฟ้า (รูปที่ 3) ค่อนข้างชัดเจนว่าในระหว่างการคายประจุครั้งแรก Fe3O4การตอบสนองทางแม่เหล็กของอิเล็กโทรดจะแตกต่างจากรอบอื่น ๆ เนื่องจาก Fe ในระหว่างการเกิดลิทาไลเซชันครั้งแรก3O4เนื่องจากการเปลี่ยนเฟสที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้น เมื่อศักยภาพลดลงเหลือ 0.78V Fe3O4เฟสแอนติสปิเนลจะถูกแปลงให้มี Li2โครงสร้างเฮไลต์คลาส FeO ของ O, Fe3O4เฟสไม่สามารถกู้คืนได้หลังจากการชาร์จ ในทำนองเดียวกัน การทำให้เป็นแม่เหล็กลดลงอย่างรวดเร็วเป็น 0.482 μ b Fe−1 เมื่อกระบวนการลิเชียลไลเซชันดำเนินไป ก็ไม่มีเฟสใหม่เกิดขึ้น และความเข้มของพีคการเลี้ยวเบนของคลาส FeO (200) และ (220) เริ่มอ่อนตัวลง ซึ่งเท่ากับ Fe3O4 จะไม่มีพีค XRD ที่มีนัยสำคัญคงอยู่เมื่ออิเล็กโทรดถูกไลเชียลไลซ์อย่างสมบูรณ์ (รูปที่ 3a) โปรดทราบว่าเมื่ออิเล็กโทรด Fe3O4 คายประจุจาก 0.78V ถึง 0.45V การเกิดแม่เหล็ก (จาก 0.482 μb Fe−1 เพิ่มขึ้นเป็น 1.266 μ bFe−1) ซึ่งเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการแปลงจาก FeO ไปเป็น Fe จากนั้น เมื่อสิ้นสุดการคายประจุ แรงแม่เหล็กจะลดลงอย่างช้าๆ เหลือ 1.132 μ B Fe−1 การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าอนุภาค Fe0 นาโนของโลหะที่ลดลงจนหมดอาจยังคงมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการจัดเก็บลิเธียม ซึ่งช่วยลดแรงแม่เหล็กของอิเล็กโทรด

รูปที่ 3 การสังเกตในแหล่งกำเนิดของการเปลี่ยนเฟสและการตอบสนองทางแม่เหล็ก (ก) แผนที่ Fe3O4 ในแหล่งกำเนิด XRD ที่รวบรวมระหว่างการปล่อยอิเล็กโทรดครั้งแรก (b) Fe3O4การวัดแรงแม่เหล็กในแหล่งกำเนิดของวัฏจักรไฟฟ้าเคมีของเซลล์ / Li ที่สนามแม่เหล็กที่ใช้คือ 3 T

3. ความจุ Fe0/Li2Surface ของระบบ O

Fe3O4การเปลี่ยนแปลงทางแม่เหล็กของอิเล็กโทรดเกิดขึ้นที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดความจุไฟฟ้าเคมีเพิ่มเติมมากที่สุด ซึ่งบ่งบอกว่ามีตัวพาประจุที่ยังไม่ถูกค้นพบภายในเซลล์ เพื่อสำรวจกลไกการจัดเก็บลิเธียมที่เป็นไปได้ Fe ได้รับการศึกษาโดยใช้ XPS, STEM และสเปกตรัมประสิทธิภาพแม่เหล็ก 3O4 ขั้วไฟฟ้าของการดึงดูดสูงสุดที่ 0.01V, 0.45V และ 1.4V เพื่อหาแหล่งที่มาของการเปลี่ยนแปลงทางแม่เหล็ก ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าโมเมนต์แม่เหล็กเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของแม่เหล็ก เนื่องจาก Fe0/Li2The Ms ที่วัดได้ของระบบ O ไม่ได้รับผลกระทบจากแอนไอโซโทรปีแม่เหล็กและการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค

เพื่อทำความเข้าใจ Fe3O4คุณสมบัติจลน์ของอิเล็กโทรดที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ โวลแทมเมทรีแบบไซคลิกที่อัตราการสแกนที่แตกต่างกัน ดังแสดงในรูปที่ 4a เส้นโค้งโวลแทมโมแกรมแบบวงกลมเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าปรากฏขึ้นภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าระหว่าง 0.01V ถึง 1V (รูปที่ 4a) รูปที่ 4b แสดงให้เห็นว่าการตอบสนองแบบเก็บประจุ Fe3O4A เกิดขึ้นบนอิเล็กโทรด ด้วยการตอบสนองทางแม่เหล็กที่สามารถพลิกกลับได้สูงของประจุและกระบวนการคายประจุกระแสคงที่ (รูปที่ 4c) การทำให้เป็นแม่เหล็กของอิเล็กโทรดลดลงจาก 1V เป็น 0.01V ในระหว่างกระบวนการคายประจุ และเพิ่มขึ้นอีกครั้งในระหว่างกระบวนการชาร์จ ซึ่งบ่งชี้ว่า Fe0ของตัวเก็บประจุเหมือน ปฏิกิริยาพื้นผิวสามารถย้อนกลับได้สูง

รูปที่ 4 คุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าและลักษณะทางแม่เหล็กในแหล่งกำเนิดที่ 0.011 V (A) เส้นโค้งโวลแทมเมทริกแบบไซคลิก (B) ค่า b ถูกกำหนดโดยใช้ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสสูงสุดและอัตราการสแกน (c) การเปลี่ยนแปลงแบบพลิกกลับได้ของสนามแม่เหล็กที่สัมพันธ์กับกราฟประจุ-คายประจุภายใต้สนามแม่เหล็กที่ใช้ขนาด 5 T

Fe3O4 ที่กล่าวมาข้างต้นคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้า โครงสร้าง และแม่เหล็กของอิเล็กโทรดบ่งชี้ว่าความจุของแบตเตอรี่เพิ่มเติมถูกกำหนดโดย Fe0ความจุพื้นผิวโพลาไรซ์แบบหมุนของอนุภาคนาโนมีสาเหตุจากการเปลี่ยนแปลงทางแม่เหล็กที่เกิดขึ้น ความจุแบบโพลาไรซ์แบบหมุนเป็นผลมาจากการสะสมประจุแบบโพลาไรซ์แบบหมุนที่อินเทอร์เฟซ และสามารถแสดงการตอบสนองทางแม่เหล็กระหว่างการชาร์จและการคายประจุถึง Fe3O4อิเล็กโทรดฐานในระหว่างกระบวนการคายประจุครั้งแรกถูกกระจายไปในอนุภาคนาโน Li2Fine Fe ในสารตั้งต้น O อัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรขนาดใหญ่ และตระหนักถึงความหนาแน่นสูงของสถานะในระดับ Fermi เนื่องจากวงโคจร d ที่มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นสูง ตามแบบจำลองทางทฤษฎีของการจัดเก็บประจุเชิงพื้นที่ของ Maier ผู้เขียนเสนอว่าอิเล็กตรอนจำนวนมากสามารถเก็บไว้ในแถบแยกการหมุนของอนุภาคนาโน Fe โลหะ ซึ่งอาจพบได้ใน Fe / Li2 การสร้างตัวเก็บประจุพื้นผิวโพลาไรซ์แบบหมุนในนาโนคอมโพสิต O ( รูปที่ 5)

กราฟ 5Fe/Li2A แผนผังแสดงความจุพื้นผิวของอิเล็กตรอนโพลาไรซ์สปินที่อินเทอร์เฟซ O (A) แผนผังไดอะแกรมของสถานะความหนาแน่นของสปินโพลาไรเซชันของพื้นผิวของอนุภาคโลหะเฟอร์โรแมกเนติก (ก่อนและหลังการปล่อย) ซึ่งตรงกันข้ามกับ โพลาไรเซชันของสปินจำนวนมากของเหล็ก (b) การก่อตัวของบริเวณประจุอวกาศในแบบจำลองตัวเก็บประจุพื้นผิวของลิเธียมที่เก็บไว้มากเกินไป

สรุปและ Outlook

TM / Li ได้รับการตรวจสอบโดยการตรวจติดตามแม่เหล็กในแหล่งกำเนิดขั้นสูง2วิวัฒนาการของโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ภายในของ O นาโนคอมโพสิตเพื่อเปิดเผยแหล่งที่มาของความจุเพิ่มเติมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนนี้ ผลการวิจัยพบว่า ทั้งในระบบเซลล์แบบจำลอง Fe3O4/ Li อนุภาคนาโน Fe ที่ลดลงด้วยเคมีไฟฟ้าสามารถกักเก็บอิเล็กตรอนแบบโพลาไรซ์แบบหมุนได้จำนวนมาก ซึ่งเป็นผลมาจากความจุของเซลล์ที่มากเกินไป และการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กระหว่างผิวหน้าอย่างมีนัยสำคัญ การทดลองตรวจสอบความถูกต้องเพิ่มเติมของ CoO, NiO และ FeF2 และ Fe2 การมีอยู่ของความจุดังกล่าวในวัสดุอิเล็กโทรด N บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของความจุพื้นผิวโพลาไรซ์แบบหมุนของอนุภาคนาโนของโลหะในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และวางรากฐานสำหรับการประยุกต์ใช้กลไกการจัดเก็บประจุเชิงพื้นที่นี้ในการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ วัสดุอิเล็กโทรดที่ใช้สารประกอบโลหะ

ลิงค์วรรณกรรม

ความจุพิเศษในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนของทรานซิชันเมทัลออกไซด์ที่เปิดเผยโดยการวัดสนามแม่เหล็กในแหล่งกำเนิด (วัสดุธรรมชาติ, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

อิทธิพลของสูตรการออกแบบเวเฟอร์ลิเธียมอิเล็กโทรดและข้อบกพร่องของเวเฟอร์อิเล็กโทรดที่มีต่อประสิทธิภาพ

1. บทความ รากฐานการออกแบบฟิล์มโพล

อิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นสารเคลือบที่ประกอบด้วยอนุภาค ซึ่งทาลงบนของเหลวโลหะอย่างสม่ำเสมอ การเคลือบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถือได้ว่าเป็นวัสดุคอมโพสิตส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน:

(1) อนุภาคของสารออกฤทธิ์

(2) เฟสที่เป็นส่วนประกอบของสารนำไฟฟ้าและสาร (เฟสกาวคาร์บอน)

(3) รูขุมขน เติมอิเล็กโทรไลต์

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณของแต่ละเฟสแสดงเป็น:

ความพรุน + เศษส่วนปริมาตรสิ่งมีชีวิต + เศษส่วนปริมาตรเฟสกาวคาร์บอน = 1

การออกแบบการออกแบบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมมีความสำคัญมาก และขณะนี้มีการแนะนำความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการออกแบบอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียม

(1) ความจุทางทฤษฎีของวัสดุอิเล็กโทรด ความจุทางทฤษฎีของวัสดุอิเล็กโทรด กล่าวคือ ความจุที่ได้รับจากลิเธียมไอออนทั้งหมดในวัสดุที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ค่าของมันจะคำนวณโดยสมการต่อไปนี้:

ตัวอย่างเช่น LiFePO4มวลโมลาร์คือ 157.756 กรัม/โมล และความจุทางทฤษฎีคือ:

ค่าที่คำนวณได้นี้เป็นเพียงความจุกรัมตามทฤษฎีเท่านั้น เพื่อให้มั่นใจว่าโครงสร้างแบบพลิกกลับได้ของวัสดุ ค่าสัมประสิทธิ์การกำจัดลิเธียมไอออนที่เกิดขึ้นจริงจะน้อยกว่า 1 และความจุกรัมที่แท้จริงของวัสดุคือ:

ความจุกรัมที่แท้จริงของวัสดุ = ความจุตามทฤษฎีของค่าสัมประสิทธิ์การถอดปลั๊กลิเธียมไอออน

(2) ความสามารถในการออกแบบแบตเตอรี่และความหนาแน่นด้านเดียวอย่างมาก ความสามารถในการออกแบบแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้: ความสามารถในการออกแบบแบตเตอรี่ = ความหนาแน่นของพื้นผิวเคลือบ อัตราส่วนวัสดุที่ใช้งานอยู่ วัสดุที่ใช้งาน ความจุกรัม เสา แผ่น พื้นที่เคลือบ

ความหนาแน่นของพื้นผิวของการเคลือบเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ เมื่อความหนาแน่นของการบดอัดไม่เปลี่ยนแปลง การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นของพื้นผิวเคลือบหมายความว่าความหนาของแผ่นขั้วเพิ่มขึ้น ระยะการส่งผ่านอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น และความต้านทานของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น แต่ระดับการเพิ่มขึ้นนั้นมีจำกัด ในแผ่นอิเล็กโทรดหนา การเพิ่มขึ้นของความต้านทานการเคลื่อนตัวของลิเธียมไอออนในอิเล็กโทรไลต์เป็นสาเหตุหลักที่ส่งผลต่อลักษณะอัตราส่วน เมื่อพิจารณาถึงความพรุนและการบิดตัวของรูพรุน ระยะการเคลื่อนที่ของไอออนในรูพรุนจะมากกว่าความหนาของแผ่นขั้วหลายเท่า

(3) อัตราส่วนของอัตราส่วนความสามารถเชิงลบบวก N / P ความจุเชิงลบต่อความจุบวกถูกกำหนดเป็น:

N / P ควรมากกว่า 1.0 โดยทั่วไปคือ 1.04~1.20 ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในการออกแบบด้านความปลอดภัย เพื่อป้องกันไม่ให้ลิเธียมไอออนด้านลบเกิดการตกตะกอนโดยไม่มีแหล่งยอมรับ การออกแบบเพื่อพิจารณาความจุของกระบวนการ เช่น การเบี่ยงเบนของการเคลือบ อย่างไรก็ตาม เมื่อ N/P ใหญ่เกินไป แบตเตอรี่จะสูญเสียความจุที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ส่งผลให้ความจุของแบตเตอรี่ต่ำและความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ลดลง

สำหรับขั้วบวกลิเธียมไททาเนต จะมีการนำการออกแบบส่วนเกินของอิเล็กโทรดบวกมาใช้ และความจุของแบตเตอรี่จะถูกกำหนดโดยความจุของขั้วบวกลิเธียมไททาเนต การออกแบบส่วนเกินที่เป็นบวกเอื้อต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงของแบตเตอรี่: ก๊าซอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่มาจากอิเล็กโทรดเชิงลบ ในการออกแบบส่วนเกินที่เป็นบวก ศักยภาพเชิงลบจะต่ำ และง่ายต่อการสร้างฟิล์ม SEI บนพื้นผิวของลิเธียมไททาเนต

(4) ความหนาแน่นของการบดอัดและความพรุนของสารเคลือบ ในกระบวนการผลิต ความหนาแน่นของการบดอัดของสารเคลือบของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่คำนวณโดยสูตรต่อไปนี้ เมื่อพิจารณาว่าเมื่อรีดแผ่นเสา โลหะฟอยล์จะขยายออก ความหนาแน่นของพื้นผิวของสารเคลือบหลังลูกกลิ้งจะคำนวณตามสูตรต่อไปนี้

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น การเคลือบประกอบด้วยระยะของสิ่งมีชีวิต ระยะการยึดเกาะของคาร์บอน และรูพรุน และความพรุนสามารถคำนวณได้จากสมการต่อไปนี้

ในหมู่พวกเขา ความหนาแน่นเฉลี่ยของการเคลือบคือ: อิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นชนิดของอนุภาคผงในการเคลือบ เนื่องจากอนุภาคผงพื้นผิวหยาบ รูปร่างไม่สม่ำเสมอ เมื่อสะสม อนุภาคระหว่างอนุภาคและอนุภาค และอนุภาคบางตัวมีรอยแตกและรูขุมขน ดังนั้นปริมาตรผงรวมถึงปริมาตรผง รูขุมขนระหว่างอนุภาคผงและอนุภาค ดังนั้น ความหนาแน่นของการเคลือบอิเล็กโทรดที่หลากหลายและการเป็นตัวแทนความพรุนที่สอดคล้องกัน ความหนาแน่นของอนุภาคผงหมายถึงมวลของผงต่อหน่วยปริมาตร ตามปริมาตรของผง แบ่งออกเป็นสามประเภท: ความหนาแน่นที่แท้จริง ความหนาแน่นของอนุภาค และความหนาแน่นของการสะสม ความหนาแน่นต่างๆ มีการกำหนดดังนี้:

1. ความหนาแน่นที่แท้จริงหมายถึงความหนาแน่นที่ได้จากการหารมวลผงด้วยปริมาตร (ปริมาตรจริง) โดยไม่รวมช่องว่างภายในและภายนอกของอนุภาค นั่นคือความหนาแน่นของสสารที่ได้รับหลังจากแยกปริมาตรของช่องว่างทั้งหมดออก
2. ความหนาแน่นของอนุภาคหมายถึงความหนาแน่นของอนุภาคที่ได้จากการแบ่งมวลผงหารด้วยปริมาตรของอนุภาค รวมทั้งรูเปิดและรูปิด นั่นคือช่องว่างระหว่างอนุภาค แต่ไม่ใช่รูขุมขนเล็ก ๆ ภายในอนุภาค ความหนาแน่นของอนุภาคเอง
3. ความหนาแน่นของการสะสม กล่าวคือ ความหนาแน่นของการเคลือบหมายถึงความหนาแน่นที่ได้จากมวลผงหารด้วยปริมาตรของการเคลือบที่เกิดจากผง ปริมาตรที่ใช้รวมถึงรูพรุนของอนุภาคและช่องว่างระหว่างอนุภาคด้วย

สำหรับผงชนิดเดียวกัน ความหนาแน่นที่แท้จริง> ความหนาแน่นของอนุภาค> ความหนาแน่นของการบรรจุ ความพรุนของผงคืออัตราส่วนของรูพรุนในการเคลือบอนุภาคผงนั่นคืออัตราส่วนของปริมาตรของช่องว่างระหว่างอนุภาคผงและรูพรุนของอนุภาคต่อปริมาตรรวมของการเคลือบซึ่งแสดงโดยทั่วไป เป็นเปอร์เซ็นต์ ความพรุนของผงเป็นคุณสมบัติที่ครอบคลุมซึ่งเกี่ยวข้องกับสัณฐานวิทยาของอนุภาค สถานะพื้นผิว ขนาดอนุภาค และการกระจายขนาดอนุภาค ความพรุนส่งผลโดยตรงต่อการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์และการส่งผ่านลิเธียมไอออน โดยทั่วไป ยิ่งรูพรุนมากเท่าไร อิเล็กโทรไลต์ก็จะแทรกซึมได้ง่ายขึ้น และการส่งผ่านลิเธียมไอออนก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น ดังนั้นในการออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียม บางครั้งเพื่อตรวจสอบความพรุน วิธีแรงดันปรอทที่ใช้กันทั่วไป วิธีการดูดซับก๊าซ ฯลฯ นอกจากนี้ยังสามารถหาได้โดยใช้การคำนวณความหนาแน่น ความพรุนยังอาจมีผลกระทบที่แตกต่างกันเมื่อใช้ความหนาแน่นต่างกันในการคำนวณ เมื่อความหนาแน่นของความพรุนของสารสิ่งมีชีวิต สารนำไฟฟ้า และสารยึดเกาะคำนวณโดยความหนาแน่นที่แท้จริง ความพรุนที่คำนวณได้จะรวมช่องว่างระหว่างอนุภาคและช่องว่างภายในอนุภาคด้วย เมื่อคำนวณความพรุนของสิ่งมีชีวิต สารนำไฟฟ้า และสารยึดเกาะโดยความหนาแน่นของอนุภาค ความพรุนที่คำนวณได้จะรวมถึงช่องว่างระหว่างอนุภาคด้วย แต่จะไม่รวมช่องว่างภายในอนุภาคด้วย ดังนั้นขนาดรูพรุนของแผ่นอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมจึงมีหลายขนาด โดยทั่วไปช่องว่างระหว่างอนุภาคจะอยู่ที่ขนาดไมครอน ในขณะที่ช่องว่างภายในอนุภาคจะอยู่ในระดับนาโนเมตรถึงขนาดย่อยไมครอน ในอิเล็กโทรดที่มีรูพรุน ความสัมพันธ์ของคุณสมบัติการขนส่ง เช่น การแพร่และการนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิผล สามารถแสดงได้ด้วยสมการต่อไปนี้:

โดยที่ D0 แสดงถึงอัตราการแพร่ (การนำไฟฟ้า) ภายในของวัสดุ ε คือเศษส่วนปริมาตรของเฟสที่สอดคล้องกัน และ τ คือความโค้งของวงจรของเฟสที่สอดคล้องกัน ในแบบจำลองเนื้อเดียวกันขนาดมหภาค โดยทั่วไปจะใช้ความสัมพันธ์แบบบรูจแมน โดยใช้สัมประสิทธิ์ ɑ =1.5 เพื่อประมาณค่าความเป็นบวกที่มีประสิทธิผลของอิเล็กโทรดที่มีรูพรุน

อิเล็กโทรไลต์จะถูกเติมเข้าไปในรูพรุนของอิเล็กโทรดที่มีรูพรุน ซึ่งลิเธียมไอออนจะถูกนำผ่านอิเล็กโทรไลต์ และลักษณะการนำไฟฟ้าของลิเธียมไอออนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความพรุน ยิ่งความพรุนมากเท่าใด เศษส่วนปริมาตรของเฟสอิเล็กโทรไลต์ก็จะยิ่งสูงขึ้น และประสิทธิภาพการนำไฟฟ้าของลิเธียมไอออนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในแผ่นอิเล็กโทรดขั้วบวก อิเล็กตรอนจะถูกส่งผ่านเฟสกาวคาร์บอน ส่วนปริมาตรของเฟสกาวคาร์บอน และทางเบี่ยงของเฟสกาวคาร์บอน จะกำหนดค่าการนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิผลของอิเล็กตรอนโดยตรง

ความพรุนและเศษส่วนปริมาตรของเฟสกาวคาร์บอนนั้นขัดแย้งกัน และความพรุนขนาดใหญ่ย่อมนำไปสู่เศษส่วนปริมาตรของเฟสกาวคาร์บอน ดังนั้นคุณสมบัติการนำที่มีประสิทธิภาพของลิเธียมไอออนและอิเล็กตรอนก็ขัดแย้งกันเช่นกัน ดังแสดงในรูปที่ 2 เมื่อความพรุนลดลง ค่าการนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของลิเธียมไอออนจะลดลงในขณะที่ค่าการนำไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น วิธีสร้างสมดุลของทั้งสองก็มีความสำคัญในการออกแบบอิเล็กโทรดเช่นกัน

รูปที่ 2 แผนผังของความพรุนและลิเธียมไอออนและการนำไฟฟ้าของอิเล็กตรอน

2. ประเภทและการตรวจจับข้อบกพร่องของเสา

 

ในปัจจุบัน ในกระบวนการเตรียมขั้วแบตเตอรี่ มีการใช้เทคโนโลยีการตรวจจับออนไลน์มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อระบุข้อบกพร่องในการผลิตของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ กำจัดผลิตภัณฑ์ที่บกพร่อง และตอบกลับสายการผลิตอย่างทันท่วงที การปรับการผลิตโดยอัตโนมัติหรือด้วยตนเอง กระบวนการเพื่อลดอัตราการชำรุด

เทคโนโลยีการตรวจจับแบบออนไลน์ที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตโพลชีต ได้แก่ การตรวจจับลักษณะสารละลาย การตรวจจับคุณภาพโพลชีต การตรวจจับขนาด และอื่นๆ ตัวอย่างเช่น (1) เครื่องวัดความหนืดแบบออนไลน์ได้รับการติดตั้งโดยตรงในถังเก็บสารเคลือบเพื่อตรวจจับการไหล ลักษณะของสารละลายแบบเรียลไทม์ ทดสอบความเสถียรของสารละลาย (2) การใช้ X-ray หรือ β -ray ในกระบวนการเคลือบ มีความแม่นยำในการวัดสูง แต่มีการแผ่รังสีสูง อุปกรณ์ราคาสูง และปัญหาในการบำรุงรักษา (3) ใช้เทคโนโลยีการวัดความหนาด้วยเลเซอร์ออนไลน์เพื่อวัดความหนาของแผ่นเสา ความแม่นยำในการวัดสามารถเข้าถึง ± 1 μ m นอกจากนี้ยังสามารถแสดงแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงของความหนาและความหนาที่วัดได้แบบเรียลไทม์ อำนวยความสะดวกในการตรวจสอบย้อนกลับของข้อมูล และการวิเคราะห์ (0) เทคโนโลยีการมองเห็น CCD นั่นคือ CCD แบบเส้นตรงใช้เพื่อสแกนวัตถุที่วัดได้ การประมวลผลภาพแบบเรียลไทม์และการวิเคราะห์หมวดหมู่ข้อบกพร่อง ตระหนักถึงการตรวจจับออนไลน์แบบไม่ทำลายของข้อบกพร่องพื้นผิวแผ่นเสา

ในฐานะเครื่องมือสำหรับการควบคุมคุณภาพ เทคโนโลยีการทดสอบออนไลน์ยังจำเป็นต่อการทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างข้อบกพร่องและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เพื่อกำหนดเกณฑ์ที่มีคุณสมบัติ/ไม่มีคุณสมบัติสำหรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป

ในส่วนหลัง เราจะแนะนำวิธีการใหม่ของเทคโนโลยีการตรวจจับข้อบกพร่องที่พื้นผิวของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรด และความสัมพันธ์ระหว่างข้อบกพร่องที่แตกต่างกันเหล่านี้กับประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า ปรึกษา D. Mohanty การศึกษาอย่างละเอียดโดย Mohanty และคณะ

(1) ข้อบกพร่องทั่วไปบนพื้นผิวแผ่นเสา

รูปที่ 3 แสดงข้อบกพร่องทั่วไปบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยมีภาพออปติคอลทางด้านซ้ายและภาพที่ถ่ายโดยเครื่องถ่ายภาพความร้อนทางด้านขวา

รูปที่ 3 ข้อบกพร่องทั่วไปบนพื้นผิวของแผ่นเสา: (a, b) ซองนูน / รวม; (c, d) วัสดุหล่น / รูเข็ม; (จ ฉ) สิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะ (g,h) การเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอ

 

(A, b) การนูน/มวลรวมเพิ่มขึ้น ข้อบกพร่องดังกล่าวอาจเกิดขึ้นได้หากกวนสารละลายอย่างสม่ำเสมอหรือความเร็วการเคลือบไม่เสถียร การรวมตัวของกาวและสารนำไฟฟ้าคาร์บอนแบล็คทำให้มีสารออกฤทธิ์ในปริมาณต่ำและมีน้ำหนักเบาของยาเม็ดมีขั้ว

 

(c, d) หยด / รูเข็ม บริเวณที่ชำรุดเหล่านี้ไม่ได้ถูกเคลือบ และมักเกิดจากฟองอากาศในสารละลาย โดยจะลดปริมาณของวัสดุออกฤทธิ์และทำให้ตัวสะสมสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งจะช่วยลดความสามารถทางเคมีไฟฟ้า

 

(E, f) สิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะ สารละลายหรือสิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะที่นำมาใช้ในอุปกรณ์และสิ่งแวดล้อม และสิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะอาจก่อให้เกิดอันตรายอย่างมากต่อแบตเตอรี่ลิเธียม อนุภาคโลหะขนาดใหญ่ทำให้ไดอะแฟรมเสียหายโดยตรง ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ซึ่งเป็นการลัดวงจรทางกายภาพ นอกจากนี้ เมื่อสิ่งแปลกปลอมของโลหะถูกผสมลงในอิเล็กโทรดบวก ศักย์ไฟฟ้าเชิงบวกจะเพิ่มขึ้นหลังจากการชาร์จ โลหะจะละลาย แพร่กระจายผ่านอิเล็กโทรไลต์ จากนั้นตกตะกอนบนพื้นผิวเชิงลบ และในที่สุดก็เจาะไดอะแฟรม ก่อให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งเป็นการลัดวงจรของการละลายสารเคมี สิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะที่พบบ่อยที่สุดในโรงงานแบตเตอรี่ ได้แก่ Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS เป็นต้น

 

(g,h) การเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอ เช่น การผสมสารละลายไม่เพียงพอ ความละเอียดของอนุภาคจะปรากฏเป็นแถบได้ง่ายเมื่ออนุภาคมีขนาดใหญ่ ส่งผลให้การเคลือบไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะส่งผลต่อความสม่ำเสมอของความจุของแบตเตอรี่ และยังปรากฏอย่างสมบูรณ์อีกด้วย ไม่มีแถบเคลือบมีผลกระทบต่อความจุและความปลอดภัย

(2) เทคโนโลยีการตรวจจับข้อบกพร่องที่พื้นผิวชิปขั้วโลก เทคโนโลยีถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรด (IR) ใช้เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องเล็กน้อยบนอิเล็กโทรดที่แห้งซึ่งอาจสร้างความเสียหายต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในระหว่างการตรวจจับแบบออนไลน์ หากตรวจพบข้อบกพร่องของอิเล็กโทรดหรือสารมลพิษ ให้ทำเครื่องหมายบนแผ่นขั้วลบ กำจัดมันในกระบวนการถัดไป และป้อนกลับไปยังสายการผลิต และปรับกระบวนการให้ทันเวลาเพื่อกำจัดข้อบกพร่อง รังสีอินฟราเรดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่มีลักษณะเดียวกับคลื่นวิทยุและแสงที่มองเห็นได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดพิเศษใช้ในการแปลงการกระจายอุณหภูมิของพื้นผิวของวัตถุให้เป็นภาพที่มองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ และเพื่อแสดงการกระจายอุณหภูมิของพื้นผิวของวัตถุในสีต่างๆ เรียกว่าเทคโนโลยีการถ่ายภาพความร้อนด้วยอินฟราเรด อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นี้เรียกว่าเครื่องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรด วัตถุทั้งหมดที่อยู่เหนือศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) จะปล่อยรังสีอินฟราเรด
ดังแสดงในรูปที่ 4 กล้องประมาณความร้อนอินฟราเรด (กล้อง IR) ใช้เครื่องตรวจจับอินฟราเรดและวัตถุประสงค์การถ่ายภาพด้วยแสงเพื่อยอมรับรูปแบบการกระจายพลังงานรังสีอินฟราเรดของวัตถุเป้าหมายที่วัด และสะท้อนไปยังองค์ประกอบแสงของเครื่องตรวจจับอินฟราเรดเพื่อให้ได้ ภาพความร้อนอินฟราเรดซึ่งสอดคล้องกับสนามการกระจายความร้อนบนพื้นผิวของวัตถุ เมื่อมีข้อบกพร่องบนพื้นผิวของวัตถุ อุณหภูมิในพื้นที่จะเปลี่ยนไป ดังนั้นเทคโนโลยีนี้ยังสามารถใช้เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องบนพื้นผิวของวัตถุได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับข้อบกพร่องบางอย่างที่ไม่สามารถแยกแยะได้ด้วยวิธีการตรวจจับด้วยแสง เมื่อตรวจพบอิเล็กโทรดการทำให้แห้งของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทางออนไลน์ อิเล็กโทรดอิเล็กโทรดจะถูกฉายรังสีด้วยแฟลชเป็นครั้งแรก อุณหภูมิพื้นผิวจะเปลี่ยนไป จากนั้นจะตรวจจับอุณหภูมิพื้นผิวด้วยเครื่องสร้างภาพความร้อน ภาพการกระจายความร้อนจะถูกแสดงเป็นภาพ และภาพจะได้รับการประมวลผลและวิเคราะห์แบบเรียลไทม์เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องที่พื้นผิวและทำเครื่องหมายได้ทันเวลาD. Mohanty การศึกษานี้ได้ติดตั้งเครื่องถ่ายภาพความร้อนที่ทางออกของเตาอบแห้งเคลือบเพื่อตรวจจับภาพการกระจายอุณหภูมิของพื้นผิวแผ่นอิเล็กโทรด

รูปที่ 5 (a) เป็นแผนผังการกระจายอุณหภูมิของพื้นผิวเคลือบของแผ่นขั้วบวก NMC ที่ตรวจพบโดยเครื่องถ่ายภาพความร้อน ซึ่งมีข้อบกพร่องเล็กน้อยมากซึ่งไม่สามารถแยกแยะได้ด้วยตาเปล่า เส้นโค้งการกระจายอุณหภูมิที่สอดคล้องกับส่วนของเส้นทางจะแสดงในส่วนแทรกภายใน โดยมีอุณหภูมิพุ่งสูงขึ้นที่จุดบกพร่อง ในรูปที่ 5 (b) อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นภายในกล่องที่สอดคล้องกัน ซึ่งสอดคล้องกับข้อบกพร่องของพื้นผิวแผ่นเสา รูปที่. 6 เป็นแผนภาพการกระจายอุณหภูมิพื้นผิวของแผ่นอิเล็กโทรดเชิงลบที่แสดงการมีอยู่ของข้อบกพร่อง โดยที่จุดสูงสุดของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสอดคล้องกับฟองหรือมวลรวม และพื้นที่ของอุณหภูมิลดลงสอดคล้องกับรูเข็มหรือหยด

รูปที่ 5 การกระจายอุณหภูมิของพื้นผิวแผ่นอิเล็กโทรดขั้วบวก

รูปที่ 6 การกระจายอุณหภูมิของพื้นผิวขั้วลบ

 

จะเห็นได้ว่าการตรวจจับด้วยภาพความร้อนของการกระจายอุณหภูมิเป็นวิธีการที่ดีในการตรวจจับข้อบกพร่องที่พื้นผิวของแผ่นขั้ว ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการควบคุมคุณภาพของการผลิตแผ่นขั้วได้3. ผลกระทบของข้อบกพร่องที่พื้นผิวแผ่นขั้วต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

 

(1) ผลกระทบต่อความจุตัวคูณแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของคูลอมบ์

รูปที่ 7 แสดงเส้นโค้งอิทธิพลของมวลรวมและรูเข็มต่อความจุตัวคูณแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของคูลเลน มวลรวมสามารถปรับปรุงความจุของแบตเตอรี่ได้จริง แต่ลดประสิทธิภาพของคูลเลน รูเข็มจะลดความจุของแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของ Kulun และประสิทธิภาพของ Kulun จะลดลงอย่างมากในอัตราที่สูง

รูปที่ 7 ผลรวมของแคโทดและรูเข็มต่อความจุของแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของรูปที่ 8 คือการเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอ และโลหะแปลกปลอม Co และ Al ต่อความจุของแบตเตอรี่และผลกระทบของกราฟประสิทธิภาพ การเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอจะลดความจุมวลของหน่วยแบตเตอรี่ลง 10% - 20% แต่ความจุแบตเตอรี่ทั้งหมดลดลง 60% นี่แสดงให้เห็นว่ามวลที่มีชีวิตในชิ้นส่วนขั้วโลกลดลงอย่างมาก สิ่งแปลกปลอมของ Metal Co ลดกำลังการผลิตและประสิทธิภาพของคูลอมบ์แม้กำลังขยายสูง 2C และ 5C ไม่มีความจุเลยซึ่งอาจเกิดจากการสะสมของ Metal Co ในปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของลิเธียมและลิเธียมที่ฝังอยู่หรืออาจเป็นอนุภาคโลหะ ปิดกั้นรูพรุนของไดอะแฟรมทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรขนาดเล็ก

รูปที่ 8 ผลกระทบของการเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอของอิเล็กโทรดบวกและสิ่งแปลกปลอมของโลหะ Co และ Al ต่อความจุตัวคูณแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของคูลเลน

สรุปข้อบกพร่องของแผ่นแคโทด: เอตในการเคลือบแผ่นแคโทดจะลดประสิทธิภาพคูลอมบ์ของแบตเตอรี่ รูเข็มของสารเคลือบขั้วบวกจะลดประสิทธิภาพของคูลอมบ์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพตัวคูณลดลง โดยเฉพาะที่ความหนาแน่นกระแสสูง การเคลือบแบบต่างกันแสดงประสิทธิภาพการขยายต่ำ มลพิษจากอนุภาคโลหะอาจทำให้เกิดการลัดวงจรขนาดเล็ก และอาจลดความจุของแบตเตอรี่ลงอย่างมาก
รูปที่ 9 แสดงผลกระทบของแถบฟอยล์รั่วซึมที่เป็นลบต่อความจุตัวคูณและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ Kulun เมื่อเกิดการรั่วไหลที่ขั้วลบ ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างมาก แต่ความจุกรัมไม่ชัดเจน และผลกระทบต่อประสิทธิภาพของ Kulun ไม่มีนัยสำคัญ

 

รูปที่ 9 อิทธิพลของแถบฟอยล์การรั่วไหลของอิเล็กโทรดเชิงลบต่อความจุตัวคูณแบตเตอรี่และประสิทธิภาพของ Kulun (2) อิทธิพลต่อประสิทธิภาพของวงจรตัวคูณแบตเตอรี่ รูปที่ 10 เป็นผลมาจากอิทธิพลของข้อบกพร่องที่พื้นผิวอิเล็กโทรดต่อวงจรตัวคูณแบตเตอรี่ ผลลัพธ์ของอิทธิพลสรุปได้ดังนี้:
การแยกส่วน: ที่ 2C อัตราการบำรุงรักษาความจุ 200 รอบคือ 70% และแบตเตอรี่ที่ชำรุดคือ 12% ในขณะที่ในรอบ 5C อัตราการบำรุงรักษาความจุ 200 รอบคือ 50% และแบตเตอรี่ที่ชำรุดคือ 14%
รูเข็ม: การลดทอนความจุนั้นชัดเจน แต่ไม่มีการลดทอนข้อบกพร่องโดยรวมอย่างรวดเร็ว และอัตราการบำรุงรักษาความจุ 200 รอบ 2C และ 5C คือ 47% และ 40% ตามลำดับ
สิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะ: ความจุของสิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะ Co เกือบ 0 หลังจากหลายรอบ และความจุของวงจร 5C ของสิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะ Al ฟอยล์จะลดลงอย่างมาก
แถบรั่ว: สำหรับพื้นที่รั่วไหลเดียวกัน ความจุของแบตเตอรี่ของแถบเล็กๆ หลายแถบจะลดลงเร็วกว่าแถบขนาดใหญ่ (47% สำหรับ 200 รอบใน 5C) (7% สำหรับ 200 รอบใน 5C) สิ่งนี้บ่งชี้ว่ายิ่งจำนวนแถบมากขึ้นเท่าใด ผลกระทบต่อวงจรแบตเตอรี่ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

รูปที่ 10 ผลกระทบของข้อบกพร่องที่พื้นผิวแผ่นอิเล็กโทรดต่อวงจรอัตราของเซลล์

 

อ้างอิง: [1] การประเมินแบบไม่ทำลายอิเล็กโทรดของแบตเตอรี่ลิเธียมทุติยภูมิแบบ slot-die-coated โดยใช้เลเซอร์คาลิปเปอร์ในสายการผลิตและวิธีการถ่ายภาพความร้อนแบบ IR [J] วิธีการวิเคราะห์ 2014, 6(3): 674-683.[2]ผลกระทบ ของข้อบกพร่องในการผลิตอิเล็กโทรดต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: การรับรู้ถึงแหล่งที่มาของความล้มเหลวของแบตเตอรี่ [J] วารสารแหล่งพลังงาน 2016, 312: 70-79