Оценка характеристик сопротивления алюминиевой фольги с углеродным покрытием

Токосъемник как носитель, который проводит электроны и переносит активные вещества внутри литий-ионной батареи, играет важную роль в конечных характеристиках батареи. Алюминиевая фольга является наиболее часто используемым коллектором положительного тока. Чтобы улучшить скорость, цикл и срок службы электрода, на поверхность алюминиевой фольги наносят некоторые проводящие покрытия, которые могут эффективно улучшить контактное сопротивление интерфейса между токосъемником и активными частицами, а также улучшить контактное сопротивление между активный материал и токосъемник. Превосходная прочность сцепления, уменьшающая отслаивание активных частиц во время циклирования электрода. Покрытие алюминиевой фольги с углеродным покрытием обычно включает проводящую сажу, графен, углеродные нанотрубки и т. д. Формула слоя с углеродным покрытием,

В этой статье метод испытания сопротивления полюсных наконечников используется для сравнения разности сопротивлений алюминиевой фольги с углеродным покрытием с различными составами и различной толщиной покрытия, а также для анализа однородности полюсных наконечников с нижним покрытием.

Рис. 2. Схематическая диаграмма влияния токосъемника с углеродным покрытием на характеристики аккумуляторной батареи.

1. Экспериментальное оборудование и методы испытаний

1.1 Экспериментальное оборудование: Измеритель сопротивления электрода, модель BER1300 (ИЭСТ ), диаметр электрода 14 мм, давление 5~60 МПа. Устройство показано на рисунках 2(а) и 1(б).

Рис. 2. (а) Внешний вид BER1300 ; (б) Структура BER1300

1.2 Испытываемые образцы: три состава грунтовочных материалов, два типа алюминиевой фольги с углеродным покрытием различной толщины, пустая алюминиевая фольга, алюминиевая фольга с углеродным покрытием и полюсные наконечники, покрытые активными материалами.

1.3 Метод испытания: Вырезать образец полюсного наконечника, подлежащий испытанию, в виде прямоугольника размером около 5 см × 10 см, поместить его на предметный столик, установить испытательное давление, время удержания давления и другие параметры в программном обеспечении МРМС , начать испытание и программное обеспечение автоматически считывает толщину полюсного наконечника, сопротивление, удельное сопротивление, проводимость и другие данные.

2. Анализ данных

Были испытаны алюминиевые фольги с углеродным покрытием различных составов. Толщина пустой алюминиевой фольги составляла 10 мкм, а толщина двух слоев с углеродным покрытием составляла 7 мкм и 4 мкм соответственно. Сопротивление алюминиевой фольги с углеродным покрытием формулы сильно варьируется, в пределах от десятков мОм до десятков Ом, и от однородности сопротивления в разных положениях одного полюсного наконечника, однородности алюминиевой фольги с углеродным покрытием разных Процессы также сильно различаются, например, 4 мкм-R(Ом)-1 и 7 мкм-R(Ом)-1, диаграммы сопротивления двух алюминиевых фольг, покрытых древесным углем, шире, что указывает на то, что однородность сопротивления в разных положениях плохой, что связано с тем, что покрытие слишком тонкое, и может возникнуть утечка Это связано с неравномерным распределением покрытия или углеродных материалов.

Анализируя данные на рисунке 3(c), проводимость пустой алюминиевой фольги является лучшей. При добавлении слоя с углеродным покрытием и активного материала удельное сопротивление полюсного наконечника, измеренное по принципу двух датчиков, постепенно увеличивается, что показывает, что добавление покрытия приведет к контактному сопротивлению между частицами, что ослабит проводимость. электронов. Хотя обычно считается, что добавление слоя углеродного покрытия на поверхность алюминиевой фольги увеличивает проводимость электрода, это происходит главным образом потому, что слой углеродного покрытия увеличивает шероховатость поверхности алюминиевой фольги и обеспечивает контакт между частицами активного материала. и токосъемник лучше. Толстая или плохая однородность покрытия также будет влиять на однородность проводимости электрода с покрытием из активного материала.

Рис. 3. (а) Сопротивление фольги с толщиной слоя углеродного покрытия 4 мкм; (б) сопротивление фольги с толщиной слоя углеродного покрытия 4 мкм; (c) Удельное сопротивление электрода в трех различных состояниях.

Рис. 4. Схематическая диаграмма морфологии поверхности алюминиевой фольги, покрытой техническим углеродом.

Таким образом, добавление эффективного промежуточного слоя между активным материалом и металлическим токосъемником, помимо улучшения межфазного контактного сопротивления, также имеет следующие потенциальные синергетические преимущества: (1) Химически и электрохимически стабильный проводящий слой может служить эффективным Диффузионный барьер предотвращает диффузию кислорода, образующегося в результате разложения электролита и/или побочных реакций во время реакций интеркаляции ионов лития, и эффективно предотвращает образование оксидного слоя на поверхности металлического токосъемника, тем самым предотвращая деградацию; (2) Проводящий слой с разумным составом имеет хорошую проводимость, может образовывать большую площадь контакта, токосъемник и сопротивление поверхности раздела активного покрытия низкое, что способствует быстрому процессу переноса заряда; (3) гибкость и механический буфер проводящего слоя могут улучшить адгезию физического интерфейса. Были предприняты усилия, чтобы свести к минимуму проблемы, связанные с постепенной потерей площади контакта, вызванной напряжениями, возникающими на границе раздела во время длительных циклических реакций. При проектировании и разработке уникальных проводящих покрытий эксперименты показали, что проводящие межфазные слои могут значительно улучшить электрохимические характеристики, такие как удельная обратимая емкость, сохранение емкости, скорость и т. д.

3. Резюме

Алюминиевая фольга с углеродным покрытием представляет собой коллектор положительного тока, который постепенно используется различными производителями аккумуляторов. Оценка различных составов и процессов алюминиевой фольги с углеродным покрытием также играет важную роль в разработке токосъемников. Тестирование параметров сопротивления алюминиевой фольги с углеродным покрытием может помочь оценить различия в рецептурах и процессах и в то же время помочь разработчикам литиевых батарей контролировать стабильность процесса грунтовки.

Рекомендации

1.Бюссон, К., Блин, М.А., Гишар, П., Судан, П., Кронье, О., Гайомар, Д., и Лестрие, Б. (2018). Загрунтованный токосъемник для высокоэффективных электродов LiFePO4 с углеродным покрытием без углеродной добавки. Журнал источников энергии, 406, 7-17.

2. Чен Пэн, Жэнь Нин, Цзи Сюэминь и др. Исследование применения алюминиевой фольги с углеродным покрытием в батареях графит/LiFePO4 [J]. Прогресс Новой Энергии, 2017, 5(2): 157-162.

3. Ли Мин и др. Влияние алюминиевой фольги с углеродным покрытием на производительность литий-железо-фосфатных батарей [J]. Наука и технология хранения энергии, 2020, 9(6), 1714-1719.