改善鋰離子電池質(zhì)量控制的新技術(shù)

研究人員已經(jīng)創(chuàng )建了一種新的工具來(lái)檢測鋰離子電池在制造過(guò)程中的缺陷，這是朝著(zhù)減少影響電池壽命和可靠性的電極厚度缺陷和不一致性邁出的一步。

使用普渡大學(xué)開(kāi)發(fā)的新工具記錄了此熱圖像，該工具可以檢測鋰離子電池在制造過(guò)程中的缺陷，這是減少缺陷和電極厚度不均勻性（影響電池壽命和可靠性）的一步

電極稱(chēng)為陽(yáng)極和陰極，是諸如電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)中使用的強大電池組的組成部分。它們的一側是銅，另一側涂有黑色化合物以存儲鋰。鋰離子在電池充電時(shí)從陽(yáng)極行進(jìn)到陰極，并在釋放能量時(shí)沿相反的方向行進(jìn)。

肯寧格大學(xué)機械工程學(xué)教授，普渡大學(xué)系統完整性研究中心主任道格拉斯·亞當斯說(shuō)，這種材料會(huì )隨著(zhù)鋰離子的進(jìn)入而膨脹，這種膨脹和收縮會(huì )引起機械應力，最終會(huì )損壞電池并縮短其使用壽命。

涂層是碳，存儲鋰的微粒，化學(xué)粘合劑和炭黑的復雜混合物。電極的質(zhì)量取決于以均勻的成分和厚度施加的“電池涂料”。

賴(lài)利化學(xué)工程學(xué)教授，新傳感技術(shù)的共同發(fā)明人詹姆斯·卡特斯說(shuō)：“關(guān)鍵的挑戰是要能夠快速準確地檢測出電池涂料的質(zhì)量。”

普渡大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種系統，該系統使用類(lèi)似閃光燈的熱源和熱像儀來(lái)讀取熱量如何通過(guò)電極傳播。“閃光熱成像測量”耗時(shí)不到一秒鐘，揭示了厚度和成分的差異。

亞當斯說(shuō)：“這項技術(shù)代表了一種實(shí)用的鋰離子電池質(zhì)量控制方法。” “最終目的是提高這些電池的可靠性。”

在6月3-5日在伊利諾伊州倫巴德舉行的實(shí)驗力學(xué)學(xué)會(huì )2013年年會(huì )上發(fā)表的研究論文中詳細介紹了這些發(fā)現，該論文由博士生Nathan Sharp，Peter O'Regan，Anand David和馬克·蘇索梅爾（Mark Suchomel），亞當斯（Adams）和卡魯特斯（Caruthers）

該方法使用閃爍的氙氣燈泡加熱電極的銅側，紅外攝像機讀取黑色側的熱信號，產(chǎn)生熱圖像。

研究人員發(fā)現，粘性化合物有時(shí)分布不均勻，從而產(chǎn)生可能影響性能的波浪狀條紋圖案。研究結果表明，該技術(shù)還能夠檢測出炭黑與聚合物粘合劑比例的細微差異，這可能對質(zhì)量控制很有用。

該技術(shù)還揭示了各種缺陷，例如刮擦和氣泡，以及污染物和厚度差異，這些因素可能會(huì )影響電池性能和可靠性。

亞當斯說(shuō)：“我們證明，通過(guò)觀(guān)察溫度差異，我們可以感覺(jué)到厚度的差異。” “當厚度差異為4％時(shí)，我們發(fā)現電極的一部分到另一部分的溫度上升了4.8％。對于10％的電極，溫度升高9.2％，對于17％的溫度升高19.2％。”

熱成像工藝是生產(chǎn)線(xiàn)的理想選擇，因為它快速而準確，并且可以在將陽(yáng)極和陰極組裝到工作電池中之前檢測出缺陷。

亞當斯說(shuō)：“例如，如果我發(fā)現溫度差超過(guò)1度，則可以在生產(chǎn)車(chē)間標記該電極。”“我們認為，真正的好處不僅在于發(fā)現缺陷，還在于能夠現場(chǎng)修復它們。”

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