2018年,Antje Schilling團隊提出了一種新型的原位X射線裝置,用於觀察電池在注液階段的電解液填充和浸潤過程,一方面可為工藝參數的控製提供參考依據,另一方面也直觀的給出電解液浸潤的過程畫面。
1.電池內阻增大,容量降低;
2.不均勻的電流分布,導緻析鋰,刺穿隔膜,電池發生內短路。
本裝置包含注液泵和注液管、電池固定夾具、X-Ray源、密封腔,結構示意圖如圖1所示。電池體系為LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2/石墨,密封三側的幹電芯放入注液腔內後,添加60mL電解液,X射線的測試參數為120kV電壓,曝光160ms。
可視化浸潤性表征的三個量化參數:團聚的像素點表征滯留氣泡數、圖像的灰度值表征填充程度、流體前沿值。圖2和圖3直觀的展示了電解液浸潤過程中的填充過程及氣泡的變化過程。通過對圖像的數據化處理可得到圖4中的三個參數的定量變化曲線,從曲線上可判斷電解液的浸潤程度。
圖1.電解液浸潤可視化裝置
圖2.電解液填充過程圖像
圖3.電解液浸潤過程的氣泡探測圖像
圖4.三組表征極片浸潤性的參數隨進行過程的變化曲線
本文采用X射線圖像法直觀地研究了電解液浸潤過程,量化給出三個表征浸潤程度的參數,通過這些參數可以幫助優化電池生產過程中的注液工藝條件。
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).