Effet de la teneur en carbone conducteur sur la résistance des différents niveaux de la batterie
En tant que nouveau système énergétique largement utilisé, la batterie lithium-ion a un large éventail de perspectives d'application dans les téléphones mobiles, les ordinateurs, les automobiles, le stockage d'énergie et d'autres domaines. Ces dernières années, en raison des exigences croissantes en matière de performances de charge rapide dans divers domaines, l'amélioration des performances multiplicatrices des batteries est devenue la direction des chercheurs sur les batteries au lithium et l'exploration continue. La batterie lithium-ion est composée d'une électrode positive et négative, d'un diaphragme, d'un électrolyte, lors de la charge de la batterie, du lithium-ion du positif, dans le support de l'environnement électrolytique, à travers le diaphragme intégré dans l'anode, et la performance du rapport de la batterie est liée à la résistance de l'ensemble du processus de migration lithium-ion, pour trouver un bon moyen de réduire la résistance de chaque lien besoin de personnel de recherche avec diligence à explorer.
Agent conducteur pourlithium-ionles performances du rapport de batterie ont joué un rôle clé, de nombreuses études connexes montrent qu'il peut améliorer le chemin de transmission électronique, accélérer la transmission de charge, améliorer les performances de la batterie, mais l'agent conducteur en raison de la taille et de la densité des particules est inférieur à l'actif matériau, comment s'assurer qu'il dans la couche de boue et polaire dispersée uniformément, est également au centre du rapport de batterie[1-6]. Grâce au changement de la teneur en carbone conducteur, de la batterie en poudre, en suspension, à pôle et à boucle, quatre couches caractérisent le changement des performances de résistance, analyse qualitative de l'influence de la résistance au carbone conducteur, en même temps pour explorer la teneur en carbone conducteur la plus appropriée sur les performances électriques, pour les développeurs de processus et de formules de batteries afin de fournir un support de méthode technique favorable.
1 Matériels et méthodes expérimentaux
1.1 Matériaux
Matériau ternaire nickel-cobalt-manganèse (NCM), carbone conducteur (SP), polyfluorure de vinylidène (PVDF), N-méthylpartenaire (NMP), pile boucle type 2032.
1.2 Instrument d'analyse et de test
Résistance à poudre à quatre sondes (PRCD2100-IEST), mode à quatre sondes, résistance à lisier (BSR2300-IEST), résistance à feuille polaire (BER2500-IEST), les trois équipements ci-dessus proviennent de Yuan Energy Technology (Xiamen) Co., Ltd. ; Testeur de batterie (CT-4008T-Neware), poste de travail électrochimique (DH7001).
1.3 Méthodes expérimentales
Selon le rapport de formule indiqué dans le tableau 1, cinq groupes de pâte de cathode, de feuille d'électrode et de batteries à boucle ont été préparés. Différents équipements de test ont été utilisés pour tester respectivement les performances de résistance des batteries à lisier, à plaque polaire et à boucle, puis l'influence du changement de teneur en carbone conducteur sur les performances électriques de chaque niveau a été analysée.
Tableau 1 Pourcentage de masse des cinq groupes d'échantillons
1.4 Préparation des échantillons
Appelez les matériaux en fonction de la proportion de chaque groupe de matériaux dans le tableau 1, mélangez la machine anti-mousse à mélange à grande vitesse pendant 11 minutes, et certains utilisent la comachine semi-automatique pour les appliquer sur la feuille d'aluminium. Après séchage, certaines des pièces du poteau, la moitié du poteau est utilisée pour l'assemblage de la batterie à boucle. La batterie de boucle est assemblée dans une boite à gants argon, avec la nappe polaire ternaire positive et la nappe lithium négative.
2 Résultats expérimentaux et discussion
2.1 Analyse de la couche de poudre
La résistivité de la poudre des matériaux ternaires utilisés et du carbone conducteur a été testée respectivement. La figure 1 montre qu'avec l'augmentation de la pression d'essai, la densité de compactage des matériaux ternaires et du carbone conducteur augmente progressivement, tandis que la résistivité diminue progressivement, lorsque la densité de compactage des matériaux ternaires est de 3,5 g/cm3.02 À ce moment, la résistivité est d'environ 16,7 Ω * cm, et lorsque la densité de compactage du matériau carboné conducteur est de 1,0 g/cm3, la résistivité est d'environ 0 * cm. Par conséquent, au niveau de la poudre, la résistance du matériau ternaire est 835 fois celle du carbone conducteur, et la conductivité du carbone conducteur est bien meilleure que celle du matériau ternaire, ce qui affectera la conductivité de la suspension et de l'électrode ultérieures.
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Figure 1 : (a) Tracé du changement de densité de compactage de la poudre avec l'intensité de la pression d'essai ; et (b) Tracé du changement de résistivité de la poudre avec la densité de compactage
2.2 Analyse des performances de résistivité en couches du coulis et de la feuille polaire
Figure 2 (a) pour les résultats des tests de cinq groupes de résistivité du lisier, comme on peut le voir sur la figure, la résistivité du lisier est réduite avec l'augmentation de la teneur en carbone conducteur, c'est parce que lorsque la teneur en carbone conducteur augmente, dans le lisier suspension de particules ternaires entre une connexion de particules de carbone plus conductrices, de sorte que la transmission d'électrons entre les particules est plus rapide, la résistivité est plus petite. La figure 2 (b) montre les résultats des tests de résistivité de l'électrode avant et après les cinq ensembles de pression du rouleau. On peut voir sur la figure que la résistivité de l'électrode diminue avec l'augmentation de la teneur en carbone conducteur, ce qui montre que l'augmentation de la teneur en carbone conducteur améliorera considérablement la conductivité électronique entre les particules. En outre,
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Figure 2 : (a) courbe de résistivité de cinq groupes de suspension ; et (b) courbe de résistivité de cinq groupes de pôles
2.3 Analyse des performances de résistance de la batterie à boucle
Le test de spectroscopie d'impédance CA et le test de performance multiplicateur des cinq groupes de batteries à boucle après avoir chargé et déchargé une activation ont été effectués, et les résultats sont présentés dans les figures 3 (a), 3 (b) et 3 (c). Dans les systèmes de batterie lithium-ion, la plage de fréquences moyennes à hautes dans le spectre d'impédance représente le transfert d'électrons et le transfert de charge, et la plage de basses fréquences représente la diffusion des ions[7]. Comme on peut le voir sur la figure 3 (b), avec l'augmentation de la teneur en carbone de transfert de batterie de 0% à 3%, la somme du transfert d'électrons Rs et de la résistance de transfert de charge R ct diminue également progressivement, ce qui montre que la quantité de carbone conducteur ajouté a un effet positif significatif sur l'amélioration de la résistance de la batterie. De plus, si seule la résistance électronique à haute fréquence est comparée, elle sera affectée par la résistance de contact de la coque de la batterie à boucle et de la plaque polaire, et la tendance de changement des deux premiers groupes n'est pas cohérente avec le changement de la teneur en carbone conducteur. Selon le taux de rétention de capacité de décharge de rapport différent sur la figure 3 (c), à mesure que le taux de décharge augmente progressivement jusqu'à 2,5 C, lorsque la teneur en carbone conducteur est inférieure à 1%, la capacité de décharge est presque inférieure à 2 %, tandis que lorsque la teneur en carbone conducteur est supérieure à 1,5 %, la capacité de décharge de la batterie reste supérieure à 80 %. Par conséquent, la teneur appropriée en carbone conducteur peut améliorer considérablement les performances du multiplicateur de batterie.
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Figure 3 (a) Courbe E IS de cellules à cinq groupes ; (b) courbe de résistance électronique et de résistance ionique des cellules à cinq groupes ; (c) courbe de taux de rétention de décharge de multiplicateur différente des cellules à cinq groupes ;
3.Conclusion
Cet article de poudre, boue, pôle et batterie à boucle quatre couches, respectivement de cinq groupes d'analyse quantitative de performance de résistance d'échantillons de teneur en carbone conducteur différents, a révélé que le carbone conducteur ajouté après une bonne conductivité électrique que le matériau ternaire, la boue, le pôle, la conductance de la batterie à boucle les performances ont un certain degré d'amélioration, et la teneur appropriée en carbone conducteur peut améliorer considérablement les performances multiplicatrices de la batterie. La recherche dans cet article rappelle aux chercheurs spécialisés dans les batteries qu'ils peuvent évaluer les performances électriques à différents niveaux et prêter attention à l'impact de la teneur en carbone conducteur appropriée sur les performances multiplicatrices des batteries.
Documents de référence
[1] Xu Jieru, Li Hong, et al. Méthode de test et d'analyse de la conductivité électrique dans la recherche sur les batteries au lithium [J]. Science et technologie du stockage de l'énergie, 2018,7 (5): 926-955.
[2] Kondo H, Sawada H, Okuda C, et al.Influence du matériau actif sur la conductivité électronique de l'électrode positive dans les batteries lithium-ion [J].Journal of the Electrochemical Society, 2019, 166(8) : A1285-A1290.
[3] Nie Lei, Qin Xing, Zhang Na, et al. Recherche sur la batterie lithium-ion [J]. Technologie d'alimentation, 2019,43 (4): 562-563.
[4] Westphal BG, Mainusch N, Meyer C, 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 of Energy Storage, 2017, 11:76-85 .
[5] Mainusch N, Christ T, Siedenburg T, et al. Nouvelle sonde de contact et méthode de mesure des résistances électriques dans les électrodes de batterie [J]. Energy Technology, 2016, 4, 1550-1557
[6] Liao Xiaodong, Huang Ju, Wang Ronggui. Effet de la teneur en carbone conducteur de la cathode sur les performances des batteries lithium-ion [J]. Dongfang Electric Review, 2013,27 (105): 4-7.
[7] Zhuang Quanchao, Xu Shoudong, Qiu Xiangyun, et al. Analyse par spectrométrie d'impédance électrochimique des batteries lithium-ion [J]. Chemical Advances, 2010, 22 (6): 1044-1057.