Formule de pièce polaire de batterie au lithium-ion et méthode d'évaluation de processus de résistance d'électrode de batterie
En tant que produit intermédiaire important dans le processus de production des batteries lithium-ion, les pièces polaires doivent adopter des méthodes de surveillance fiables pour garantir leurs excellentes performances et leur stabilité. Cycle, taux, sécurité et autres performances. La pièce polaire contient des matériaux actifs, des agents conducteurs et des liants. Afin d'augmenter la densité d'énergie des batteries lithium-ion, la proportion de matériaux actifs devient de plus en plus élevée, mais l'influence de la proportion appropriée de contenu d'agent conducteur et du type d'agent conducteur sur les performances de la batterie est également 2- 7 qui ne peut être ignoré. Dans le processus de laminage de la pièce polaire, c'est également un grand défi pour le personnel de R&D de définir une pression de laminage appropriée pour s'assurer que la densité de compactage de la pièce polaire se situe dans une plage appropriée,
Dans cet article, la méthode de résistance de la pièce polaire est utilisée pour évaluer l'influence du contenu de l'agent conducteur dans la pièce polaire et la densité de compactage sur la conductivité électronique de la pièce polaire, ce qui fournit un soutien solide au personnel de recherche et développement pour déterminer la formule optimale et les paramètres de processus.
1.Équipement expérimental et méthodes d'essai
1.1 Équipement expérimental : appareil de mesure 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 1(a) et 1(b).
Figure 1. (a) Apparence du BER1300 ; (b) Structure du BER1300
1.2 Méthode de test : coupez la pièce polaire à tester en une taille rectangulaire d'environ 5 cm × 10 cm, placez-la 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 le logiciel lira automatiquement l'épaisseur de la pièce polaire, la résistance, la résistivité, la conductivité et d'autres données.
2. Analyse des données
2.1 Effet de la teneur en carbone conducteur dans la feuille d'électrode positive
Pour la pièce polaire positive, en raison de la mauvaise conductivité de la matière active elle-même, l'ajout d'une certaine proportion d'agent conducteur est sans aucun doute un"envoyer du charbon de bois dans la neige"pour améliorer la conductivité de la pièce polaire. Modifiez la teneur en carbone conducteur dans la pièce polaire ternaire à 1 %, 3 %, 5 %, 7 % respectivement, et conservez les autres paramètres de processus inchangés. Utilisez le BER1300 pour tester la résistivité de la pièce polaire. La pression de test est réglée sur 25 MPa et le temps de maintien est de 25 s. Les échantillons parallèles ont été testés 5 fois et les résultats sont présentés dans la Figure 2. En utilisant minitab pour analyser la variance de la résistivité de quatre groupes de pièces polaires avec différentes teneurs en carbone conducteur, on peut voir d'après les résultats des tests que P<0,05 montre que la résistivité des quatre groupes de pièces polaires présente des différences significatives, et on peut voir à partir de la règle de changement de la valeur moyenne que lorsque le carbone conducteur augmente, la résistivité de la pièce polaire ternaire diminue progressivement. Lorsque la teneur en carbone conducteur est supérieure à 5 %, la résistivité diminue légèrement. Le personnel de recherche et développement peut déterminer le rapport de carbone conducteur optimal en fonction des exigences de la densité d'énergie de la batterie.
Figure 2. Analyse de la variance de la résistivité de quatre groupes de pièces polaires ternaires avec différentes teneurs en carbone conducteur
2.2 Influence de la teneur en agent conducteur dans la pièce polaire négative
Dans la feuille d'électrode négative, étant donné que le matériau en graphite lui-même a une meilleure conductivité, l'ajout d'un agent conducteur avec une meilleure conductivité est"glaçage sur le gateau". Modifiez la teneur en nanotubes de carbone dans la pièce polaire en graphite à 2 %, 3 % et 4 % respectivement, conservez les autres paramètres de processus inchangés, utilisez le BER1300 pour tester la résistivité de la pièce polaire, réglez la pression d'essai sur 25 MPa, maintenez la pression pendant 25 s et testez en parallèle 5 fois, le résultat est illustré à la Figure 3. En utilisant minitab pour analyser la variance de la résistivité des trois groupes de pièces polaires avec différentes teneurs en nanotubes de carbone, on peut voir d'après les résultats du test que P< 0,05 montre qu'il existe des différences significatives dans la résistivité des trois groupes de pièces polaires. Avec l'augmentation de la teneur en additif, la résistivité de la feuille d'électrode en graphite diminue presque linéairement, indiquant que l'ajout de nanotubes de carbone peut améliorer la conductivité électronique de la feuille d'électrode.
Figure 3. Analyse de variance de résistivité de trois groupes de pièces polaires en graphite avec différentes teneurs en agent conducteur
2.3 Influence de la densité de compactage de la pièce polaire
La densité de compactage affecte la porosité et la tortuosité de la pièce polaire, puis affecte la conductance électronique et la conductance ionique de la pièce polaire. Différentes pressions sont appliquées aux 4 types de pièces polaires positives, et les autres paramètres sont les mêmes, et des pièces polaires avec différentes densités de compactage peuvent être obtenues. Le BER1300 est utilisé pour tester la résistivité des pièces polaires. La pression de test est réglée sur 5 MPa, le temps de maintien est de 25 s et des échantillons parallèles sont testés 5 fois. , et le résultat est illustré à la figure 4. D'après la tendance de changement de résistivité, la résistivité des quatre pièces polaires a toutes diminué avec l'augmentation de la densité de compactage, mais les pentes des courbes étaient différentes. Pour les pièces polaires en oxyde de cobalt et de lithium (LCO), lorsque la densité de compactage atteint 3,3 g/cm3, la diminution de la résistivité n'est pas significative,
Figure 4. Analyse de la variance de la résistivité de quatre groupes de pièces polaires positives sous différentes densités de compactage
3.Résumer
Dans cet article, la méthode de résistance de la pièce polaire est utilisée pour évaluer l'influence du contenu de l'agent conducteur et de la densité de compactage sur la conductance électronique de la pièce polaire dans la pièce polaire de la batterie lithium-ion. Sur la base de la conductivité électrique de la feuille, les chercheurs peuvent en outre déterminer la formule optimale et les paramètres de processus en combinaison avec les exigences de densité d'énergie de la batterie et de conductance ionique.
Les références
1. IEST,"Une nouvelle méthode de surveillance de la stabilité et de l'uniformité des électrodes", https://mp.weixin.qq.com/s/O3wwYuhkY3XspeDDE5qczQ.
2. Xu Jieru, Li Hong, et al. Méthode de mesure et d'analyse de la conductivité dans la recherche sur les batteries au lithium [J]. Science et technologie du stockage de l'énergie, 2018, 7(5) 926-955.
3. 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.
4. 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.
5. Rinaldo Raccichini, Alberto Varzi, Stefano Passerini et Bruno Scrosati，Le rôle du graphène pour le stockage d'énergie électrochimique[J]，Nature Materials, 2015, 3, 14.
6. Wu Xiangkun, Zhan Qiushe, Zhang Lan, Zhang Suojiang. Optimisation de la microstructure et progrès de la technologie de préparation contrôlable de la pièce polaire de la batterie au lithium [J]. Chimie appliquée, 35(9): 1076-1092.
7.Nobuhiro Ogihara，et al．Caractérisation par spectroscopie d'impédance d'électrodes poreuses sous différentes épaisseurs d'électrode à l'aide d'une cellule symétrique pour batteries lithium-ion haute performance[J]．The Journal of Physical Chemical C, 2015, 119(9):4612-4619 .