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摩杰娱乐-摩杰平台注册登录[代理] 时间:2019-07-24 16:27
起头彻底铺开,进入一个新的成长阶段。同时,政策对付新能源汽车电池提拔平安性、低落本钱等方面要求的不竭提拔,新能源汽车   锂离子电池,因为其拥有高分量能量密度和体积能量密度,轮回寿命长,无回忆效应等长处,越来越遭到市场和消费者的青睐。跟着锂离子电池的倏地成长,浩繁和锂离子有关的表征手段也越来越被人们所相熟。此中就包罗很多原位表征手艺,如原位X射线衍射(in situ XRD)、原位透射电子显微镜(in situ TEM)、原位拉曼光谱(in situ Raman)、原位扫描电子显微镜(in situ SEM)等。昨天,小编简略和大师一路分享的原位表征手段是CT手艺,英文名为Computed Tomography,即计较机断层拍照术。   提到CT手艺,置信良多人第一时间会联想到医学影像学。简直,CT的发现与医学有良多关系。CT的发现,是医学影响学成长史上的一次革命。   1917年,奥地利数学家雷登(J。 Radon)提出可通过从各标的目的的投影,并用数学方式计较出一幅二维或三维的重建图像的理论。厥后,考迈克于1967年完成了CT图像重建有关的数知识题。亨斯菲尔德在英国EMI尝试核心进行了有关的计较机和重建手艺的钻研,重建出图像。1971年降生了第一台CT安装。   CT是用X射线束对必然厚度的层面进行扫描,由探测器接管透过该层面的X射线,改变为可见光后,由光电转换变为电信号,再经模仿/数字转换器转为数字,输入计较机处置。对付资料学范畴,CT的成像道理是按照待测样品内部门歧相和身分的密度以及原子系数的分歧,对X射线的接收威力有强有弱从而形成成像的明暗不同,进行分歧组分的阐发。CT机布局包罗X射线产生部门(高压产生器、X线管、冷却体系、准直器和楔形滤过器/板)、X线检测部门(探测器,模数、数模转换器)、机器活动部门(扫描机架、滑环)、计较机部门(主机及阵列处置器)及图像显示和存储部门(监督器、存储器)、事情站等。   CT的使用范畴普遍。如上所述,CT普遍使用于生命科学、医学范畴。安检范畴也到处可见CT的影子,跟着世界范畴内的各种事务的不竭产生, 爆炸物检测范畴正在成为CT手艺使用的主要标的目的。别的,CT也被越来越多地使用于工业范畴,用于进行问题侦察、不迭格阐发、庞大布局的拆卸检测、高级物料钻研等。近些年,CT也在新能源范畴,如锂离子电池、燃料电池、固态电池方面,正逐步斥地它的使用新六合。   锂离子正负极资料及电极的微观布局显著影响电池的机能阐扬。借助高分辩CT,咱们能更深切理解资料或电池内部布局,探知界面区域的变迁。   焦等人借助纳米CT手艺,探究了磷酸铁锂/碳正极资料孔隙三维描摹,实现对资料内部的直观性察看。钻研历程次要包罗精细样品制备、数据收罗和数据预处置等。通过软件ImageJ,Avizo处置,实现对孔隙含量的定量计较。借助三维衬着漫衍图,得知内部具有少量独立孔隙,此类孔隙对电池容量无孝敬。   分歧压实密度的磷酸铁锂电极片,其电化学机能也不不异。鉴于此,钻研职员对四种分歧压实密度对磷酸铁锂/碳电极片进行CT表征,钻研其孔隙的变迁纪律。钻研成果表白,电极内部孔隙漫衍更平均。平均的孔隙漫衍有益于电解液在资料内部的成功传输,能够充实的提高活性物质的操纵率。增大压实,孔隙率逐步减小,较小孔径的孔隙数量占比增加。   焦等人采用纳米CT手艺钻研了硅碳核桃布局。利用阈值朋分方式,抠选获得Si资料。利用Avizo内嵌的持续滑润算法,获得美妙的三维衬着结果图。利用Extract Subvolume功效,获得内部Si的直观漫衍图(图4)。此中蓝色部门为资料Si。可见硅是颗粒中以狼藉的形态漫衍在颗粒的心部以及外概况,且以外部包覆为主。通过Material Statistices进行统计计较,获得Si占单个颗粒的体积百分比为30%。   (a)为手工朋分出的Si 与颗粒衬着图,(b)为滑润处置后的Si 与颗粒衬着图,(c)为从颗粒中截取的某一子体积的 Si 与颗粒衬着图,此中蓝色部门为资料Si。   Berckmans借助X射线CT手艺,钻研了含硅合金负极的软包电池容量倏地衰减的缘由,发觉电极层之间呈现较着的机器变形。猜测次如果由于在电化学轮回历程中,FEC分化发生了较多的CO2气体。FEC与电解液反映,天生LiF,有助于构成更不变的SEI膜,能添加轮回不变性,可是同时会发生CO2气体。CO2气体味障碍锂离子的传输,形成活性概况积丧失,电池容量低落。产宇量过大,利用FEC的负效应跨越正效应。   图5、软包电池在化成后、轮回之前的CT截面图。右上图代表电池的截面高度。   随后作者试图采用外加压力的体例低落FEC的分化速度,发觉放电容量添加19%。别的,测试竣预先没有看到电池呈现鼓胀征象,表白施加外压能低落FEC的耗损速度。因而,在设想含硅资料的电池时,外压是必要思量的环节参数之一。   Litster等采用纳米X射线CT手艺,为锂离子电池正极资料钴酸锂建立三维图像,区分活性资料、导电剂、粘结剂和孔的独立体积。从三维重构图中得知增添剂和活性资料的状态参数,包罗两者接触面积的漫衍。采用该方式,能更好理解电极的电流漫衍和布局完备性。   (a)平面视图,(b)穿过平面视图。连系接收和泽尼克相位比拟成像模式区分LiCoO2颗粒(深色)和增添剂(亮色)。   Figgemeier等采用纳米X射线CT手艺,对新电池和老化电池进行比拟阐发,确定轮回后的成果变迁。X射线CT成像表白,无机残留物和堆积物是老化电池负极孔隙率低落的次要缘由。在正极一侧察看到颗粒破坏和集流体侵蚀征象。以上征象,可能是导致电池容量低落和阻抗添加的缘由。锂离子漫衍的量化阐颁发明,电池容量衰减归因于可轮回锂的丧失,这部门丧失的锂富集在负极的概况。   SEM别离对应:右边,新负极;两头,老化负极;左边,含Al颗粒的老化负极。   上图显示负极布局随时间的变迁。左图可见新石墨负极的描摹,颗粒边沿清楚可见。右图显示石墨边沿变得恍惚,概况有笼盖层。别的,用EDX检测到老化负极概况具有Al颗粒。   上图:右边为新负极,左边为标识表记标帜的新负极;下图:右边为80% SOH负极,左边为标识表记标帜的80% SOH负极。此中,颗粒标识表记标帜为橙色,孔为赤色,样品外的区域为蓝色,笼盖层为绿色,布景为蓝绿色。   上图显示,在电极的顶部和颗粒之间有绿色笼盖层,且绿色笼盖层在老化电极中更较着。在孔布局中可见不服均的笼盖层。别的,具有不含任何堆积物的区域,以及被笼盖层彻底封锁的区域。   CT图像显示,刚起头是正极NMC颗粒拥有靠近圆形描摹,概况描摹相对平均。老化后,颗粒呈现裂纹,破裂成更小单位。   老化正极的集流体厚度变大。因为在负极侧曾经检测到微米级的Al颗粒具有,思量到微米级的颗粒较难通过隔阂,因而猜测消融的铝离子从正极上迁徙到负极,在低落电化学电位下还原成金属Al。   总之,作者借助X射线CT方式调查了电极的布局变迁,发觉正极侧的颗粒裂纹不会影响电池容量。在负极,发觉孔被笼盖层不服均地填充。锂离子电池电极概况的笼盖层会添加轮回历程的电极厚度。在电极多孔布局内部,还察看到电极堆积层。笼盖层的发展历程高度不服均,导致孔堵塞,孔数量低落。别的,还发觉正极集流体侵蚀的征象。基于以上征象,作者提出在电极设想方面必要留意以下几点:   (1)铝集流体该当实施庇护办法,免得被侵蚀,可能的法子包罗包覆碳或者增添特殊电解液增添剂;(2)进一步添加正极资料颗粒的强度,由于裂纹会添加电池的体积,形成电流不服均漫衍;(3)负极侧健旺、平均的SEI层,有益于电池的长轮回。   Finegan等采用X射线CT手艺,连系热学和电化学测试手艺,调查了贸易锂离子软包电池过充导致的热失控机理。该电池以LiCoO2为正极,石墨为负极。电池在100% SOC(4。2V)下,以3A(18。75C)过充直至失效。   (a) LiCoO2软包电池概况温度的实施热成像图,此中绘制了方框区域的均匀温度。(b)在热失控前后,电池电压和概况温度曲线软包电池过充时期,从持续层析图中提取的带时间戳的程度切片。   卷针的结尾。电池两头呈现Al液滴的多孔布局,证实气体对付熔融金属的扩散起到主要感化。产气不服均,会导致贴合慎密的伤口层(wound layer)呈现爬动效应,利用CT,对图19(b)中的A区域取样,发觉概况具有Co。而在图19(b)中的B区域取样,颗粒概况不具有Co。可能是由于外部区域的局部温度更低(因为加强的排热),或者是电解液有余,导致Co的还原反映无奈产生。图20、   热失控后的Al集流体出现高度多孔描摹,LiCoO2层与层之间的距离变远,有助于热失控历程的气体逃逸。   (a)LiCoO2电极的三维衬着图显示独立的Co相(蓝绿色);(b)基于衰减模式,LiCoO2颗粒的灰度级片图显示相分手;(c)LiCoO2颗粒(灰色)的半通明三维可视图表白概况和次概况具有Co(蓝绿色)。(d,e)灰度级视图显示Co金属概况层层离征象。(f)残留 LiCoO2电极材猜中Co的二维体积漫衍。   半通明三维衬着图显示颗粒概况具有Co,颗粒内部具有Co通道。Co金属的密度是 LiCoO2 的2倍摆布,Co层从本体颗粒上产生层离。在热失控时期,层离导致资料概况进一步表露,产生更多的放热反映。图22、分裂的 LiCoO2颗粒的正极切片。   外部样品的粒径漫衍呈现双峰,大部门漫衍在更小的颗粒直径范畴。直径1um以下的颗粒显示更高频次漫衍,而第二个峰可能是分裂的大颗粒的小碎片。04   CT手段有助于钻研职员以更高效、切确的体例设想和阐发资料与电池。参考文献
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