Analyse de corrélation entre la résistance de l'électrode au lithium et le compactage des rouleaux
ET
La résistance de la plaque d'électrode représente la conductivité électronique de la plaque d'électrode, et ce paramètre est étroitement lié à la densité de compactage, à la porosité, à la formulation, etc. Lorsque le pôle dans le processus de préparation, après une pression de rouleau différente, changera la rugosité de surface et le compactage densité du pôle du contact entre les particules actives dans la conductivité du pôle et améliorer la densité d'énergie volumique de la cellule a un certain effet positif, mais dans le processus de pression du rouleau, les particules dans le pôle en plus de l'extrusion longitudinale, également par force de cisaillement latéral, peut faire le réarrangement des particules.
Lors du test de la résistance d'électrode de l'électrode, les électrodes supérieure et inférieure sont perpendiculaires à la surface de l'électrode, et le signal électrique appliqué traverse perpendiculairement la surface polaire de l'autre côté de l'électrode, d'une part mesure la conductivité de les particules elles-mêmes, d'autre part comprend également la résistance de contact entre les particules et les particules. Par conséquent, avec l'augmentation de la densité de compactage du rouleau, les électrodes positives et négatives de différents systèmes.
1. Matériel expérimental et méthodes d'essai
1.1 Matériel expérimental:Analyseur de résistance d'électrode de batterie，BER1300 (IEST), diamètre d'électrode de 14 mm, peut appliquer une pression de 5 ~ 60MP a.
L'équipement est représenté sur les figures 1 (a) et 1 (b).
Figure 1. (a) Diagramme d'apparence BER1300 ; (b) Schéma de structure du BER1300
1.2 Préparation des échantillons:La feuille unipolaire est préparée, le rapport de suspension est respectivement, poudre négative : SP : CMC = 90 : 5 : 5, poudre positive : SP : PVDF = 96,5 : 1,5 : 2, après revêtement et séchage, utilisez la presse à rouleaux pression différente du rouleau de pression , préparez différentes densités de compactage de la plaque polaire.
1.3 Méthode d'essai:Coupez la pièce d'électrode à mesurer avant et après la pression du rouleau dans une taille rectangulaire d'environ 5 cm 10 cm, et placez-la sur la table d'échantillon, et définissez les paramètres tels que la pression d'essai et le temps de rétention de pression sur le logiciel M RMS pour démarrer le test. Le logiciel lit automatiquement les données d'épaisseur, de résistance, de résistivité et de conductivité de l'électrode.
2. Analyse des données
Le test de résistance est effectué avant la pression du rouleau de feuille d'électrode positive et négative d'un seul côté et après différentes pressions de rouleau, et les résultats des données sont illustrés à la figure 2. À partir de la tendance des résultats, avec la densité de compactage du rouleau, et uniquement au-dessus de 1,63 g/ conditions de densité de compactage cm³, la densité de compactage de la plaque ternaire NCM est de 1,60 g / cm³, la résistivité correspondante est relativement faible, une fois après la pression du rouleau, la résistivité montre la tendance de la première montée et descente, l'oxyde de cobalt de lithium LCO et le lithium La tendance de résistivité de l'électrode de phosphate de fer L FP est similaire aux trois avant le premier point de densité de compactage après le rouleau n'est pas différente.
Les électrons internes du revêtement d'électrode de batterie sont également principalement transmis à travers les particules de poudre solide, y compris la conductivité des particules actives, les particules d'agent conducteur elles-mêmes, liées à la structure du matériau et à la résistance de contact entre les particules solides, la résistance de contact entre particules actives, et entre particules actives, et entre particules d'agent conducteur. Pour l'électrode positive, la conductivité électronique du matériau actif est bien inférieure à celle des particules d'agent conducteur, et la conductance de la particule active est presque négligeable. L'électrode négative en graphite elle-même a également une bonne conductivité électrique, et les particules actives et l'agent conducteur constituent le principal chemin de conduction électronique. Pour la résistance de contact entre particules,
La pression du rouleau modifie à peine la résistivité du matériau actif et de l'agent conducteur lui-même, mais seule la zone de contact des particules et l'état de l'interface changent en raison du réarrangement des particules, affectant ainsi la résistance de l'interface. De plus, en plus du processus de résistance du test de résistance de la plaque d'électrode, la résistance testée du revêtement de la plaque d'électrode comprend également la résistance d'interface du revêtement et du collecteur de fluide, et la résistance de contact entre la sonde et le revêtement, etc. On pense généralement que la pression du rouleau augmentera la densité de compactage du revêtement, augmentant la surface de contact entre les particules, augmentant ainsi la conductivité. Cependant, les résultats des tests réels sont plus compliqués. Suivant,
Figure 2. Diagramme de tendance de la résistance de la feuille polaire avant et après différentes pressions de roulis polaire positif et négatif
Grâce à l'observation SEM en coupe des trois feuilles polaires en graphite avec différentes densités de compactage, on peut voir qu'avec l'augmentation de la pression du rouleau, la structure d'arrangement transversal d'origine des feuilles de graphite a tendance à être disposée en parallèle. Pour les matériaux en graphite, sa structure cristalline est composée d'un agencement parallèle de couches de feuilles hexagonales en carbone, divisé en plan et surface d'extrémité, la plupart des ions lithium sont intégrés dans la couche de graphite à partir de la surface d'extrémité. De plus, les atomes de carbone entre la couche de graphite sont combinés avec trois électrons avec des liaisons covalentes d'hybridation SP2, et l'électron π restant peut se déplacer librement pour avoir une bonne conductance électronique, mais il a une anisotropie importante et une bonne conductivité électronique le long du direction de niveau,
Par conséquent, lorsque la feuille d'électrode en graphite passe à travers la pression du rouleau, davantage de plans sont parallèles à la surface de la feuille d'électrode, ce qui rendra le courant perpendiculaire à la feuille d'électrode appliqué pendant le test de résistance de la feuille d'électrode plus difficile à pénétrer longitudinalement dans le revêtement de la feuille d'électrode, ainsi la résistance augmentera avec l'augmentation de la pression du rouleau. D'autre part, à mesure que la densité de compactage augmente, le contact entre les particules de graphite et les particules d'agent conducteur devient une chambre plus dense, ce qui réduit la résistance, et les deux paires affectent la résistance de la feuille d'électrode. Par conséquent, l'influence du processus réel de pression du rouleau sur la résistance de la feuille polaire est très complexe, qui doit être analysé en combinaison avec les caractéristiques morphologiques spécifiques du matériau et la microstructure de la tôle polaire. D'une part, la résistance de résistance d'électrode peut être analysée par les caractéristiques électroniques de transmission combinées à la microstructure ; d'autre part, le test de résistance d'électrode peut décrire l'uniformité d'un même groupe d'électrodes pour évaluer l'uniformité de la résistance d'électrode.
Figure 3. Schéma en coupe de la feuille d'électrode en graphite avec différentes densités de compactage
Figure 4. Structure cristalline du graphite et diagramme morphologique¹
Pour trois ensembles d'électrodes positives, la résistance mesurée des électrodes après une plus petite pression du rouleau presseur est supérieure à la résistance de la plaque polaire avant la pression du rouleau. Comme décrit ci-dessus, la conductivité électronique de la plaque d'électrode est principalement formée par la conduction électronique entre les particules d'agent conducteur, dans la préparation de la suspension, l'agent conducteur uniformément dispersé dans le solvant, a formé un meilleur réseau de transmission d'électrons 3 d interconnecté, le processus de revêtement et de séchage ultérieur, La structure de réseau d'agent conducteur 3 D maintient une bonne connectivité, bien qu'un mauvais contact entre les particules actives, mais le réseau d'agent conducteur rend l'électrode a une bonne conductivité électronique, une faible résistance d'électrode. Le réseau de transmission électronique de l'agent conducteur est rompu à une pression de rouleau inférieure, résultant en une résistance accrue des pôles. Combiné avec trois pressions de rouleau différentes de la carte de topographie de la surface de l'électrode ternaire et du diagramme de distribution du carbone de surface, on peut en déduire qu'après la pression du rouleau, enduit sur la surface de particules actives de molécules de carbone conductrices peut ne pas rouler l'extrusion de force de cisaillement latérale de pression, déconnectée entre l'agent conducteur les particules, ne peuvent pas conduire l'électron, de sorte que la résistance sera comparée avant que la résistance de la plaque de rouleau n'augmente.
De plus, cela peut également être lié à la rugosité constamment décroissante de la surface de la feuille polaire, comme le montre la figure 5. Étant donné que la résistance d'électrode mesurée par le principe de test de résistance d'électrode des sondes supérieure et inférieure contient inévitablement la résistance de contact entre les sondes supérieure et inférieure. électrodes inférieures et la surface de l'électrode, si la rugosité de la surface de l'électrode devient plus petite, le contact entre l'électrode de test et la surface de l'électrode s'aggrave et la résistance de contact devient grande, ainsi la résistance totale mesurée devient grande.
Au fur et à mesure que la pression du rouleau augmente, les particules actives sont davantage compactées et les particules de carbone conductrices se touchent étroitement, formant un réseau 3D reconnecté, de sorte que la résistance polaire est réduite. Par conséquent, la pression positive du rouleau de la feuille polaire doit assurer une plus grande pression du rouleau, sinon la légère pression du rouleau détruira le réseau conducteur électronique, augmentera la résistance de l'électrode, n'est pas propice aux performances de la batterie. De plus, lors du test de la résistance de la plaque d'électrode de la plaque d'électrode positive, l'état de surface de la plaque d'électrode doit être conservé autant que possible, afin de comparer l'influence de différentes formules de processus sur la résistance de la plaque d'électrode peut être utilisée,
Figure 5. Tendance de la rugosité de surface des trois feuilles d'électrodes positives
Figure 6. Surface EM et distribution du carbone de trois plaques ternaires
3. Résumé
Dans cet article, la résistance des feuilles d'électrodes positives et négatives avec différentes densités de roulement a été caractérisée, et il a été constaté que la résistance des électrodes positives et négatives changeait avec l'augmentation de la densification de roulement. La valeur maximale est liée à l'orientation de la pièce polaire, tandis que la résistance de l'électrode positive augmente d'abord puis diminue avec le roulement, ce qui est lié au chemin de transport d'électrons du réseau tridimensionnel de l'agent conducteur du pôle pièce et la rugosité de la surface. Par conséquent, lors de l'utilisation de la méthode de résistance des pièces polaires pour évaluer la différence de conductivité des pièces polaires positives et négatives et l'uniformité de la conduction,
4. Matériel de référence
1.Henrik Lyder Andersen, Lisa Djuandhi, Uttam Mittal, Neeraj Sharma, Stratégies pour l'analyse de la fonction d'électrode en graphite, Adv. Matière énergétique, 2021, DOI:10.1002/aenm.202102693
2. Hiroki Kondo et al. Influence du matériau actif sur la conductivité électronique de l'électrode positive dans les batteries lithium-ion[J]. Journal de la société électrochimique, 2019,166 (8) A1285-A1290.
3.BG Westphal et al. Influence du mélange à sec intensif et du calandrage sur la résistivité relative des électrodes déterminée via une approche avancée en deux points [J]. Journal du stockage d'énergie 2017, 11, 76–85.