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重磅!锂电池极片设计知识及表面缺陷分析检测整理汇总!
后面部分对锂离子电池极片表面缺陷的检测技术新方法-红外热成像技术以及这些不同缺陷与电化学性能之间的关系简单介绍。参考D. Mohanty等对此进行的深入研究。
(1)极片表面常见缺陷
图3是锂离子电池极片表面常见的缺陷,左边是光学图像,右边是热成像仪捕捉的图像。
(a、b)凸起包/团聚体,如果浆料搅拌不均匀或涂布供料速度不稳定时就会产生此类缺陷。粘合剂和碳黑导电剂的团聚体会导致活性成分含量低,极片重量轻。
(c、d)掉料/针孔,这些缺陷区域没有涂层,通常是由浆料中的气泡产生的。它们减少了活性物质的量,并使集流体暴露在电解液中,从而降低了电化学容量。
(e、f)金属异物,浆料或者设备、环境中引入的金属异物,金属异物对锂电池的危害巨大。尺寸较大的金属颗粒直接刺穿隔膜,导致正负极之间短路,这是物理短路。另外,当金属异物混入正极后,充电之后正极电位升高,金属发生溶解,通过电解液扩散,然后再在负极表面析出,最终刺穿隔膜,形成短路,这是化学溶解短路。电池工厂现场最常见的金属异物有Fe、Cu、Zn、Al、Sn、SUS等。
(g、h)不均匀涂层,如浆料搅拌不充分,颗粒细度较大时容易出现条纹,导致涂层不均匀,这会影响电池容量的一致性,甚至出现完全没有涂层的条纹,对容量和安全性均有影响。 (2)极片表面缺陷检测技术 红外线(IR)热成像技术被用来检测干燥极片上的微小缺陷,这些缺陷可能会损坏锂离子电池的性能。在线检测时,如果电极缺陷或污染物被检测到,在极片上做好标记,在后续的工序中将其剔除,并且反馈给生产线,及时调整工艺以消除缺陷。红外线是一种电磁波,具有与无线电波和可见光一样的本质。利用某种特殊的电子装置将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像,并以不同颜色显示物体表面温度分布的技术称之为红外热成像技术,这种电子装置称为红外热像仪。所有高于绝对零度(-273℃)的物体都会发出红外辐射。
如图4所示,红外热像仪(IR Camera)利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标物体的红外辐射能量分布图形并反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。当物体表面存在缺陷时,该区域会出现温度的偏移,因此,这种技术也可以用于探测物体表面的缺陷,特别适合于一些光学探测手段无法分辨的缺陷。在锂离子电池干燥极片在线检测时,首先极片经过闪光灯照射,表面温度发生变化,随后用热成像仪探测表面温度。热分布图像可视化,并实时对图像进行处理和分析,探测到表面缺陷及时做好标记。D. Mohanty的研究将热成像仪安装在了涂布机干燥烘箱的出口处,探测极片表面的温度分布图像。