Évaluation des performances de résistance de la feuille d'aluminium revêtue de carbone

Le collecteur de courant, en tant que porteur qui conduit les électrons et transporte les matières actives à l'intérieur de la batterie lithium-ion, joue un rôle important dans les performances finales de la batterie. La feuille d'aluminium est le collecteur de courant positif le plus utilisé. Afin d'améliorer le taux, le cycle et la durée de vie de l'électrode, certains revêtements conducteurs sont enduits sur la surface de la feuille d'aluminium, ce qui peut améliorer efficacement la résistance de contact d'interface entre le collecteur de courant et les particules actives, et améliorer la résistance de contact entre la matière active et le collecteur de courant. Excellente force de liaison, réduisant le décollement des particules actives pendant le cycle des électrodes. Le revêtement de la feuille d'aluminium revêtue de carbone comprend généralement du noir de carbone conducteur, du graphène, des nanotubes de carbone, etc. La formule de la couche revêtue de carbone,

Dans cet article, la méthode de test de résistance des pièces polaires est utilisée pour comparer la différence de résistance des feuilles d'aluminium revêtues de carbone avec différentes formulations et différentes épaisseurs de revêtement et analyser l'uniformité des pièces polaires à revêtement inférieur.

Figure 2. Schéma de principe de l'effet du collecteur de courant revêtu de carbone sur les performances de la cellule de batterie

1. Matériel expérimental et méthodes d'essai

1.1 Équipement expérimental : mesureur de résistance d'électrode, modèle BER1300 (IEST), diamètre d'électrode 14 mm, peut appliquer une pression de 5 à 60 MPa. Le dispositif est représenté sur les figures 2(a) et 1(b).

Figure 2. (a) Apparence du BER1300 ; (b) Structure du BER1300

1.2 Échantillons à tester : trois formulations de matériaux primaires, deux types de feuilles d'aluminium revêtues de carbone d'épaisseurs différentes, une feuille d'aluminium vide, une feuille d'aluminium revêtue de carbone et des pièces polaires revêtues de matières actives.

1.3 Méthode de test : coupez l'échantillon de pièce polaire à tester en une taille rectangulaire d'environ 5 cm × 10 cm, placez-le sur la scène de l'échantillon, réglez la pression de test, le temps de maintien de la pression et d'autres paramètres sur le logiciel MRMS, démarrez le test et le logiciel lira automatiquement l'épaisseur de la pièce polaire, la résistance, la résistivité, la conductivité et d'autres données.

2. Analyse des données

Les feuilles d'aluminium revêtues de carbone avec différentes formulations ont été testées. L'épaisseur de la feuille d'aluminium vide était de 10 μm et les épaisseurs des deux couches revêtues de carbone étaient respectivement de 7 μm et 4 μm. La résistance de la feuille d'aluminium revêtue de carbone de la formule varie considérablement, allant de dizaines de mΩ à des dizaines de Ω, et de l'uniformité de la résistance à différentes positions d'une seule pièce polaire, l'uniformité des feuilles d'aluminium revêtues de carbone de différents processus est également très différent, comme 4μm -R(Ω)-1 et 7μm-R(Ω)-1, les diagrammes de boîte de résistance des deux feuilles d'aluminium revêtues de charbon de bois sont plus larges, indiquant que l'uniformité de résistance à différentes positions est médiocre, ce qui est lié au fait que le revêtement est trop mince, et des fuites peuvent se produire Il est lié à la répartition inégale des matériaux de revêtement ou de carbone.

En analysant les données de la figure 3(c), la conductivité de la feuille d'aluminium vide est la meilleure. Lorsque la couche enrobée de carbone et la matière active sont ajoutées, la résistivité de la pièce polaire mesurée par le principe des deux sondes augmente progressivement, ce qui montre que l'ajout du revêtement va introduire une résistance de contact entre les particules, ce qui va affaiblir la conductivité d'électrons. Bien qu'il soit généralement admis que l'ajout d'une couche de revêtement de carbone sur la surface de la feuille d'aluminium augmentera la conductivité de l'électrode, c'est principalement parce que la couche de revêtement de carbone augmente la rugosité de surface de la feuille d'aluminium et établit le contact entre les particules de matériau actif. et le collecteur de courant mieux. Une uniformité de revêtement épaisse ou médiocre affectera également l'uniformité conductrice de l'électrode de revêtement de matériau actif.

Figure 3. (a) Résistance de la feuille avec une épaisseur de couche revêtue de carbone de 4 μm ; (b) Résistance de la feuille avec une épaisseur de couche revêtue de carbone de 4 μm ; ( c ) Résistivité de l'électrode dans trois états différents.

Figure 4. Diagramme schématique de la morphologie de surface d'une feuille d'aluminium revêtue de noir de carbone

En résumé, l'ajout d'une couche intermédiaire efficace entre le matériau actif et le collecteur de courant métallique, en plus d'améliorer la résistance de contact interfaciale, présente également les avantages synergiques potentiels suivants : (1) Une couche conductrice chimiquement et électrochimiquement stable peut servir de La barrière de diffusion empêche la diffusion de l'oxygène généré en raison de la décomposition de l'électrolyte et/ou des réactions secondaires lors des réactions d'intercalation des ions lithium, et empêche efficacement la formation d'une couche d'oxyde sur la surface du collecteur de courant métallique, empêchant ainsi la dégradation ; (2) Une couche conductrice avec une formulation raisonnable a une bonne conductivité, peut former une grande surface de contact, le collecteur de courant et la résistance d'interface de revêtement actif sont faibles, ce qui favorise le processus de transfert de charge rapide ; (3) la flexibilité et le tampon mécanique de la couche conductrice peuvent améliorer l'adhérence de l'interface physique Des efforts ont été faits pour minimiser les problèmes associés à la perte progressive de la zone de contact causée par les contraintes générées à l'interface lors de réactions cycliques à long terme. En concevant et en développant des revêtements conducteurs uniques, des expériences ont démontré que les couches interfaciales conductrices peuvent améliorer considérablement les performances électrochimiques, telles que la capacité réversible spécifique, la capacité de rétention, la capacité de débit, etc.

3.Résumé

La feuille d'aluminium revêtue de carbone est un collecteur de courant positif qui est progressivement utilisé par divers fabricants de batteries. L'évaluation de différentes formulations et procédés de feuilles d'aluminium revêtues de carbone joue également un rôle important dans le développement des collecteurs de courant. En testant les paramètres de résistance de la feuille d'aluminium revêtue de carbone, il peut aider à évaluer les différences de formulations et de processus, et en même temps aider les développeurs de batteries au lithium à surveiller la stabilité du processus d'amorçage.

Les références

1.Busson, C, Blin, MA, Guichard, P., Soudan, P., Crosnier, O., Guyomard, D., & Lestriez, B. (2018). Un collecteur de courant amorcé pour les électrodes LiFePO4 revêtues de carbone haute performance sans additif de carbone. Journal des sources d'alimentation, 406, 7-17.

2.Chen Peng, Ren Ning, Ji Xuemin, et al. Recherche sur l'application de la feuille d'aluminium revêtue de carbone dans les batteries Graphite/LiFePO4[J]. Nouveaux progrès énergétiques, 2017, 5(2): 157-162.

3.Li Min, et al. L'effet de la feuille d'aluminium recouverte de carbone sur les performances des batteries au lithium fer phosphate [J]. Science et technologie du stockage de l'énergie, 2020, 9(6), 1714-1719.