أعلى 4 تقنيات اختبار مواد بطارية ليثيوم أيون

تستخدم بطاريات الليثيوم على نطاق واسع في المنتجات الإلكترونية والسيارات كمصادر طاقة جديدة. في السنوات الأخيرة ، دعمت الدولة بقوة صناعة الطاقة الجديدة ، وزادت العديد من الشركات المحلية والأجنبية ومعاهد البحوث من مدخلاتها وبحثت باستمرار عن مواد جديدة لتحسين الجوانب المختلفة لأداء بطارية الليثيوم. تخضع مواد الليثيوم أيون وحزم الخلايا الكاملة والخلايا نصف الخلوية والبطارية ذات الصلة لسلسلة من الاختبارات قبل وضعها في الإنتاج. فيما يلي ملخص للعديد من طرق الاختبار الشائعة لمواد الليثيوم أيون. الملاحظات الهيكلية الأكثر سهولة: المسح المجهري الإلكتروني (SEM) والمجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) المجهر الإلكتروني المسح (SEM) نظرًا لأن مقياس مراقبة مادة البطارية موجود في يتراوح نطاق الميكرون الفرعي من عدة مئات من النانومتر إلى عدة ميكرومتر ، ولا يستطيع المجهر الضوئي العادي تلبية متطلبات المراقبة ، وغالبًا ما يستخدم مجهر إلكتروني عالي التكبير لمراقبة مادة البطارية. تم اختراع أداة البحث في عام 1965. وهي تستخدم بشكل أساسي التصوير الثانوي للإشارة الإلكترونية لمراقبة شكل سطح العينة ، أي باستخدام حزمة إلكترونية ضيقة جدًا لمسح العينة ، من خلال شعاع الإلكترون وتفاعل العينة ينتج عنه تأثيرات مختلفة ، والتي هي أساسًا انبعاث الإلكترون الثانوي للعينة. يمكن للفحص المجهري الإلكتروني أن يلاحظ حجم الجسيمات وتوحيد مواد الليثيوم أيون ، بالإضافة إلى التشكل الخاص للمواد النانوية نفسها. حتى من خلال مراقبة تشوه المواد أثناء الدورة ، يمكننا الحكم على ما إذا كانت قدرة حفظ الدورة المقابلة جيدة أم سيئة. كما هو مبين في الشكل 1 ب ، تتميز ألياف ثاني أكسيد التيتانيوم ببنية شبكة خاصة توفر أداء كهروكيميائي جيد. 1: (أ) تخطيطي هيكلي للمسح المجهري الإلكتروني (SEM) ؛ (ب) الصور التي تم الحصول عليها عن طريق اختبار SEM (أسلاك TiO2 النانوية) 1.1 مبدأ المجهر الإلكتروني لمسح SEM: كما هو مبين في الشكل 1 أ ، SEM هو استخدام قصف شعاع الإلكترون لسطح العينة ، مما يتسبب في إلكترونات ثانوية مثل انبعاث الإشارة ، والاستخدام الرئيسي لـ SE والتضخيم ، ونقل المعلومات التي تحملها SE ، والتصوير نقطة بنقطة في سلسلة زمنية ، والتصوير على الأنبوب. يمكن ملاحظة العينات (3) دقة أعلى ، 30 إلى 40 درجة (4) يمكن أن يتغير التكبير باستمرار من 4 مرات إلى 150.000 (5) يمكن تزويده بملحقات للتحليل الكمي والنوعي للمنطقة الدقيقة 1.3 مراقبة الأجسام: المساحيق والحبيبات والمواد السائبة يمكن اختبارها جميعًا. لا يلزم معالجة خاصة إلا أنها تبقى جافة قبل الاختبار. يتم استخدامه بشكل أساسي لمراقبة التشكل السطحي للعينة ، وهيكل السطح المنفصل ، وهيكل السطح الداخلي للتجويف. يمكن أن يعكس بشكل حدسي الحجم المحدد وتوزيع حجم الجسيمات للمادة 2. الشكل 2: (أ) التخطيط الهيكلي لمجهر إلكتروني ناقل الحركة TEM ؛ (ب) صورة اختبار TEM (ورقة نانوية من Co3O4) 2.1 المبدأ: يتم استخدام شعاع الإلكترون الساقط للمرور عبر العينة لإنتاج إشارة إلكترونية تحمل المقطع العرضي للعينة. يتم بعد ذلك تصويرها على لوحة فلورية بعد تضخيمها بواسطة عدسة مغناطيسية متعددة المستويات ، ويتم إنشاء الصورة بأكملها في نفس الوقت. 2.2 الميزات: (1) عينة رقيقة ، h <1000 Å (2) صورة مستوية ثنائية الأبعاد ، تأثير مجسم ضعيف (3) دقة عالية ، أفضل من 2 (4) تحضير عينة معقد 2-3 مراقبة الأشياء: يجب تجفيف المواد النانوية المتناثرة في المحلول على الشبكة النحاسية قبل الاستخدام ، وإعدادها مسبقًا والحفاظ عليها جافة. الملاحظة الرئيسية هي البنية التحتية الداخلية للعينة. يمكن للمجهر الإلكتروني عالي الدقة للإرسال HRTEM أن يراقب الشبكة المقابلة والمستوى البلوري للمادة. كما هو مبين في الشكل 2 ب ، فإن مراقبة الهيكل المستوي ثنائي الأبعاد له تأثير أفضل ، مع جودة مجسمة رديئة بالنسبة إلى SEM ، ولكن مع دقة أعلى ، يمكن ملاحظة أجزاء أكثر دقة ، ويمكن أن يلاحظ HRTEM الخاص حتى السطح البلوري المادي و information.3 شعرية. اختبار التركيب البلوري المادي: تقنية حيود الأشعة السينية (XRD) تقنية حيود الأشعة السينية (XRD). من خلال حيود الأشعة السينية للمادة ، وتحليل نمط حيودها ، للحصول على تكوين المادة ، والذرة الداخلية أو التركيب الجزيئي أو مورفولوجيا المادة وطرق بحث المعلومات الأخرى. تحليل حيود الأشعة السينية هو الطريقة الرئيسية لدراسة الطور والبنية البلورية للمادة. عندما تخضع مادة (بلورية أو غير بلورية) لتحليل الانعراج ، يتم تشعيع المادة بالأشعة السينية لإنتاج درجات مختلفة من الانعراج. يحدد التركيب والشكل البلوري والرابط داخل الجزيء والتكوين الجزيئي والتشكيل إنتاج المادة. نمط الحيود الفريد. تتميز طريقة حيود الأشعة السينية بمزايا عدم إتلاف العينة ، وعدم التلوث ، والسرعة ، ودقة القياس العالية ، وكمية كبيرة من المعلومات حول سلامة البلورة. لذلك ، تم استخدام تحليل حيود الأشعة السينية كأسلوب علمي حديث لتحليل بنية المواد وتكوينها على نطاق واسع في البحث والإنتاج في مختلف التخصصات. الشكل 3: (أ) طيف XRD لمواد الليثيوم أيون ؛ (ب) الهيكل الأساسي لمقياس حيود الأشعة السينية 3.1 مبدأ XRD: عندما يُسقط حيود الأشعة السينية في بلورة كموجة كهرومغناطيسية ، فإنها ستنتشر بواسطة الذرات الموجودة في البلورة. تنبعث موجات متفرقة من مركز الذرة. تشبه الموجات المتناثرة المنبعثة من مركز كل ذرة الموجة الكروية المصدر. نظرًا لأن الذرات مرتبة بشكل دوري في البلورة ، فهناك علاقة طور ثابتة بين هذه الموجات الكروية المتناثرة ، والتي ستؤدي إلى الموجات الكروية في بعض اتجاهات التشتت لتقوية بعضها البعض وإلغاء بعضها البعض في بعض الاتجاهات ، مما ينتج عنه ظاهرة الانعراج. يعتبر ترتيب الذرات داخل كل بلورة فريدًا ، لذا فإن نمط الانعراج المقابل فريد من نوعه ، مشابه لبصمات الأصابع البشرية ، بحيث يمكن إجراء تحليل الطور. فيما بينها ، يتم تحديد توزيع خطوط الحيود في نمط الحيود من خلال حجم خلية الوحدة وشكلها واتجاهها. يتم تحديد شدة خطوط الحيود حسب نوع الذرات وموقعها في خلية الوحدة. باستخدام معادلة Bragg: 2dsinθ = nλ ، يمكننا الحصول على أشعة سينية متحمسة بمواد مختلفة باستخدام أهداف ثابتة لتوليد إشارات مميزة بزوايا θ خاصة ، أي قمم مميزة مميزة على بطاقة PDF 3.2 ميزات اختبار XRD: مقياس حيود XRD له قابلية تطبيق واسعة وعادة ما يستخدم لقياس المواد السائبة البودرة أو أحادية البلورية أو متعددة الكريستالات ، وله مزايا الاكتشاف السريع والتشغيل البسيط ومعالجة البيانات المريحة. إنه منتج معياري للضمير. لا يمكن استخدامها فقط للكشف عن مواد الليثيوم ، بل يمكن لمعظم المواد البلورية استخدام XRD لاختبار شكلها البلوري المحدد. يوضح الشكل 3 أ طيف XRD المقابل لمادة الليثيوم أيون Co3O4. يتم تمييز معلومات المستوى البلوري للمادة على الشكل وفقًا لبطاقة PDF المقابلة. ذروة التبلور لمواد الكتلة السوداء المقابلة في هذا الشكل ضيقة وواضحة للغاية ، مما يشير إلى أن تبلورها جيد جدًا .3.3 متطلبات اختبار الجسم والعينة: عينات مسحوق أو عينات مسطحة بسطح أملس. تتطلب عينات المسحوق الطحن ، ويتم تسطيح سطح العينة ، مما يقلل من تأثير إجهاد العينة المقاسة. الأداء الكهروكيميائي (CV) قياس الفولتميتر الدوري والشحن الدوري والتفريغ الدوري تنتمي مواد بطارية الليثيوم إلى النطاق الكهروكيميائي ، لذا فإن سلسلة الاختبارات الكهروكيميائية ضرورية. اختبار السيرة الذاتية: طريقة بحث كهروكيميائية شائعة الاستخدام. تتحكم الطريقة في إمكانات القطب بمعدلات مختلفة وتقوم بالمسح بشكل متكرر بالشكل الموجي المثلث مرة واحدة أو أكثر بمرور الوقت. النطاق المحتمل هو توليد تفاعلات اختزال وأكسدة مختلفة بالتناوب على القطب وتسجيل منحنى الجهد الحالي. وفقًا لشكل المنحنى ، يمكن الحكم على درجة انعكاس تفاعل القطب الكهربائي ، وإمكانية امتزاز الحدود الوسيطة أو المرحلة أو تشكيل مرحلة جديدة ، وطبيعة التفاعل الكيميائي المقترن. تُستخدم بشكل شائع لقياس معلمات تفاعل القطب ، وتحديد خطوات التحكم وآلية التفاعل ، ومراقبة التفاعل الذي يمكن أن يحدث داخل نطاق المسح المحتمل بأكمله ، وكيف طبيعتها. بالنسبة للنظام الكهروكيميائي الجديد ، غالبًا ما تكون الطريقة المفضلة للدراسة هي قياس الفولتميتر الدوري ، والذي يمكن الإشارة إليه باسم "التحليل الطيفي الكهروكيميائي". بالإضافة إلى استخدام الأقطاب الكهربائية الزئبقية ، يمكن أن تستخدم هذه الطريقة أيضًا البلاتين والذهب والكربون الزجاجي والأقطاب الكهربائية الدقيقة المصنوعة من ألياف الكربون والأقطاب الكهربائية المعدلة كيميائيًا. . بالنسبة للنظام الكهروكيميائي الجديد ، فإن الطريقة المفضلة للدراسة غالبًا ما تكون قياس الفولتميتر الدوري. نظرًا للعدد الكبير من العوامل المتأثرة ، تُستخدم هذه الطريقة عمومًا للتحليل النوعي ونادرًا ما تستخدم للتحليل الكمي. الشكل 4: (أ) مخطط دورة السيرة الذاتية للقطب الكهربائي القابل للانعكاس ؛ (ب) اختبار الشحن والتفريغ لدورة التيار المستمر للبطارية اختبار الشحن والتفريغ المستمر للتيار المستمر: بعد تجميع بطارية الليثيوم في البطارية المقابلة ، يلزم الشحن والتفريغ لاختبار أداء الدورة. غالبًا ما تستخدم عملية تفريغ الشحنة طريقة تفريغ الشحن الجلفانيستاتيكي ، والتفريغ والشحنات بكثافة تيار ثابت ، وتحد من الجهد أو ظروف السعة المحددة ، وتقوم باختبار الدورة. هناك نوعان من أجهزة الاختبار التي يشيع استخدامها في المختبرات: Wuhan Blue Power و Shenzhen Xinwei. بعد إعداد برنامج بسيط ، يمكن اختبار أداء دورة البطارية. الشكل 4 ب هو مخطط دورة لمجموعة من بطاريات الليثيوم المجمعة. يمكننا أن نرى أنه يمكن تدوير المادة السوداء السائبة لمدة 60 دائرة ، ويمكن تدوير مادة NS الحمراء على 150 دائرة. الملخص: هناك العديد من تقنيات الاختبار لمواد بطارية الليثيوم. الأكثر شيوعًا هي اختبار SEM و TEM و XRD والسيرة الذاتية والدورة المذكورة أعلاه. هناك أيضًا مطيافية Raman (Raman) ، والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) ، والتحليل الطيفي للإلكترون الضوئي بالأشعة السينية (XPS) ، وتحليل طيف الطاقة (EDS) لمرفقات المجهر الإلكتروني ، والتحليل الطيفي لفقدان طاقة الإلكترون (EELS) لتحديد حجم الجسيمات المادية و المسامية. معدل اختبار مساحة السطح BET. يمكن استخدام التحليل الطيفي للامتصاص والحيود النيوتروني (XAFS) في بعض الحالات. في السنوات الثلاثين الماضية ، تطورت صناعة بطاريات الليثيوم بسرعة واستبدلت تدريجياً أنواع الوقود التقليدية مثل الفحم والبترول لاستخدامها في السيارات ومعدات الطاقة الأخرى. استمرت أيضًا طرق التوصيف والكشف التي تم تطويرها جنبًا إلى جنب مع تحسين وتعزيز التقدم في مجال بطاريات الليثيوم.
المصدر: Meeyou Carbide