研究人員已經(jīng)創(chuàng)建了一種新的工具來(lái)檢測(cè)鋰離子電池在制造過(guò)程中的缺陷，這是朝著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)開發(fā)的新工具記錄了此熱圖像，該工具可以檢測(cè)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

電極稱為陽(yáng)極和陰極，是諸如電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車中使用的強(qiáng)大電池組的組成部分。它們的一側(cè)是銅，另一側(cè)涂有黑色化合物以存儲(chǔ)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(jī)械工程學(xué)教授，普渡大學(xué)系統(tǒng)完整性研究中心主任道格拉斯·亞當(dāng)斯說(shuō)，這種材料會(huì)隨著鋰離子的進(jìn)入而膨脹，這種膨脹和收縮會(huì)引起機(jī)械應(yīng)力，最終會(huì)損壞電池并縮短其使用壽命。

涂層是碳，存儲(chǔ)鋰的微粒，化學(xué)粘合劑和炭黑的復(fù)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?yán)瘜W(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(zhàn)是要能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出電池涂料的質(zhì)量。”

普渡大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用類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(cè)量”耗時(shí)不到一秒鐘，揭示了厚度和成分的差異。

亞當(dāng)斯說(shuō)：“這項(xiàng)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(yàn)力學(xué)學(xué)會(huì)2013年年會(huì)上發(fā)表的研究論文中詳細(xì)介紹了這些發(fā)現(xiàn)，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(dāng)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(cè)，紅外攝像機(jī)讀取黑色側(cè)的熱信號(hào)，產(chǎn)生熱圖像。

研究人員發(fā)現(xiàn)，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(jié)果表明，該技術(shù)還能夠檢測(cè)出炭黑與聚合物粘合劑比例的細(xì)微差異，這可能對(duì)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(dāng)斯說(shuō)：“我們證明，通過(guò)觀察溫度差異，我們可以感覺到厚度的差異。” “當(dāng)厚度差異為4％時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)電極的一部分到另一部分的溫度上升了4.8％。對(duì)于10％的電極，溫度升高9.2％，對(duì)于17％的溫度升高19.2％。”

熱成像工藝是生產(chǎn)線的理想選擇，因?yàn)樗焖俣鴾?zhǔn)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(cè)出缺陷。

亞當(dāng)斯說(shuō)：“例如，如果我發(fā)現(xiàn)溫度差超過(guò)1度，則可以在生產(chǎn)車間標(biāo)記該電極。”“我們認(rèn)為，真正的好處不僅在于發(fā)現(xiàn)缺陷，還在于能夠現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)它們。”

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