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基于X射线法可视化观察锂离子电池的电解液浸润过程

作者:元能科技(厦门)有限公司 浏览: 发表时间:2021-08-16 09:00:00
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作者信息及文章摘要

2018年,Antje Schilling团队提出了一种新型的原位X射线装置,用于观察电池在注液阶段的电解液填充和浸润过程,一方面可为工艺参数的控制提供参考依据,另一方面也直观的给出电解液浸润的过程画面。

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电解液浸润性差对电池的影响

1.电池内阻增大,容量降低;

2.不均匀的电流分布,导致析锂,刺穿隔膜,电池发生内短路。

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可视化测试装置结果分析

本装置包含注液泵和注液管、电池固定夹具、X-Ray源、密封腔,结构示意图如图1所示。电池体系为LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2/石墨,密封三侧的干电芯放入注液腔内后,添加60mL电解液,X射线的测试参数为120kV电压,曝光160ms。

可视化浸润性表征的三个量化参数:团聚的像素点表征滞留气泡数、图像的灰度值表征填充程度、流体前沿值。图2和图3直观的展示了电解液浸润过程中的填充过程及气泡的变化过程。通过对图像的数据化处理可得到图4中的三个参数的定量变化曲线,从曲线上可判断电解液的浸润程度。

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图1.电解液浸润可视化装置

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图2.电解液填充过程图像

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图3.电解液浸润过程的气泡探测图像


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图4.三组表征极片浸润性的参数随进行过程的变化曲线

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总结

本文采用X射线图像法直观地研究了电解液浸润过程,量化给出三个表征浸润程度的参数,通过这些参数可以帮助优化电池生产过程中的注液工艺条件。

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参考文献

Antje Schilling, Philip G¨umbel, Markus M¨oller, Fatih Kalkan, Franz Dietrich, and Klaus Dr¨oder. X-ray Based Visualization of the Electrolyte Filling Process of Lithium Ion Batteries. Journal of the electrochemical society, 166 (3) A5163-A5167 (2019).


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