Анализ сжатия и проводимости различного распределения частиц по размерам для материалов LCO

Сырье для литий-ионных аккумуляторов в основном включает катодные материалы, катодные материалы, сбор жидкости, электролит и диафрагму. Материалы положительного и отрицательного электродов обычно представляют собой порошковые материалы микронного класса, среди которых распространенными порошковыми материалами для катодов литий-ионных аккумуляторов являются слоистый оксид лития-кобальта, структура оливина, фосфат лития-железа, структура оксида лития-марганца шпинели и слоистый тройной никель-кобальт-марганец. материалов (далее НКМ). Где, если таковые имеются, оксид лития-кобальта (LiCoO ₂, LCO ) занимает доминирующее положение в электронных батареях класса 3C (компьютерные, коммуникационные и потребительские), которые имеют преимущества высокой плотности энергии, платформы высокого напряжения, стабильного разряда и простого производственного процесса. В настоящее время спрос на легкие и интеллектуальные портативные электронные продукты в течение более длительного времени способствовал развитию аккумуляторов LCO и дальнейшему повышению плотности энергии. Как показано на рисунке 1, показана дорожная карта развития литий-кобальтовых кислотных аккумуляторов.

Рисунок 1. Дорожная карта разработки LCO -графит с полной ячейкой^【1】

Процесс производства литий-ионных аккумуляторов в процессе производства полюсных пластин является наиболее важным звеном. Давление валика полюсного листа также является важной частью процесса в процессе производства полюсного листа. Давление валика полюсного листа обычно устанавливается после процесса нанесения покрытия и сушки, перед процесс резки пленки, После того, как полюсный лист входит в валковый пресс, Под действием силы, Течение, перегруппировка и встраивание активных частиц в полярный лист, Изменяется зазор между частицами, Процесс прессования полюсного листа роликом процесс перегруппировки и уплотнения порошка. Эта статья в основном основана на четырех различных типах порошковых материалов L СО . Проверка удельного сопротивления, плотности уплотнения и свойств сжатия порошка при различных давлениях. В сочетании с тестированием СЭМ . Размер частиц.были проанализированы морфология, плотность и компрессионные свойства порошковых материалов LCO .

1. Метод испытаний

1.1 СЭМ Морфологический тест четырех материалов.

1.2 Проводимость, плотность уплотнения и характеристики сжатия проверяются с помощью PRCD3100 (ИЭСТ ) для четырех материалов LCO . Испытательное оборудование показано на рисунке 2.&NBSP ;&NBSP ;

Параметры испытания: диапазон приложенного давления 10-200 МПа, интервал 20 МПа, выдержка давления в течение 10 с;

Рис. 2. (а) Внешний вид PRCD3100 ; (б) Структурная схема PRCD3100

2. Результаты испытаний

2.1 Результаты теста СЭМ

Четыре порошковых материала L СО были испытаны без давления с использованием СЭМ . На рисунке 3 показаны результаты испытаний S ЭМ для четырех материалов: L СО -1, L СО -2, L СО -3 и L СО -4. Из рисунка видно, что распределение частиц и размер частиц четырех материалов явно различаются. Среди них L СО -1 содержит образцы с несколькими размерами зерен в диапазоне примерно 30-5 мкм, L СО -2 содержит порошок в диапазоне приблизительно 15 м-5 м. Образец L СО -3 содержал порошок в диапазоне приблизительно 45 м-10 м, L СО -4 в основном представляет собой небольшие частицы размером около 5 мкм; Разница в распределении частиц по размерам напрямую влияет на эффект наполнения порошка при сжатии. Она тесно связана с плотностью уплотнения, электронной проводимостью и свойствами сжатия между материалами.

Рис.3. Топография СЭМ четырех материалов LCO

2.2 Результаты испытаний производительности сжатия

Характеристики сжатия порошкового материала связаны с формой частиц, их размером и распределением. Под действием давления общая деформация порошка является основной необратимой деформацией; упругая деформация частиц и напряжение. Когда давление превышает предел текучести порошкового материала, это также необратимая деформация. По сути, процесс сжатия частиц порошка — это мультигравитация, а напряжение — тоже процесс всестороннего изменения.

Таблица 1. Сводка данных переменных формы для четырех материалов LCO

Рис. 4. Кривые напряжения и деформации при сбросе давления четырех материалов LCO .

В этом эксперименте, когда давление достигает 200 МПа, давление постепенно сбрасывается для получения кривых напряжения и деформации для четырех материалов LCO , как показано на рисунке 4. Обратимая деформация также рассчитывается как разница между максимальной деформацией ( показана в части ❶) и необратимая деформация (показана в части ❷), Конкретные данные приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что его обратимая форма имеет переменный размер, L СО -4>ЛСО-2>ЛСО-1>LCO -3. Сравнительный анализ в сочетании с результатами испытаний S ЭМ показал, что для распределения размера частиц четырех материалов доля частиц малого размера также показала тенденцию L СО -4>ЛСО-2>ЛСО-1>LCO -3, всесторонний анализ может быть таким же для одного и того же материала, когда размер частиц мал, материал имеет большую площадь контакта, более уязвим к силе упругой обратимой деформации; Чтобы дополнительно выявить эту возможность, анализ с точки зрения объема выборки и нескольких экспериментов с различными устройствами. Тенденция обратимой деформации всех четырех материалов была L СО -4.>ЛСО-2>ЛСО-1>ЛКО-3; В отличие от максимальной деформации и необратимой деформации четырех материалов, различные размеры выборки и условия испытаний будут различаться. Это может быть связано с различиями в выборке и различиями в эффекте заполнения.

3 2. Результаты испытаний плотности уплотнения и электропроводности

Исследования порошковых материалов показывают, что для одного и того же материала, один размер частиц, аналогичная геометрия порошка, большой размер частиц приведет к небольшой площади контакта, малому взаимодействию между частицами (механическое запутывание и трение), хорошей подвижности, наиболее легкому формированию плотного скопления. Состояние, таким образом, плотность заполнения, небольшая пористость, под давлением, зазор между частицами занимает небольшой объем, легче получить относительно большую плотность уплотнения. Однако реальный порошок имеет фактическое непрерывное распределение частиц по размерам, что напрямую влияет на эффект наполнения. Образцы порошка с разным распределением частиц по размерам могут течь и перестраиваться под давлением, а порошок с крупным размером частиц может образовывать больше пустот, в то время как мелкие частицы могут заполняться в зазор, что приводит к большой плотности уплотнения и малому коэффициенту пустот.&NBSP ;

На рис. 5 показаны результаты определения плотности уплотнения четырех материалов L СО , где размер плотности уплотнения контрастирует с L СО -3.>LCO > 1>ЛСО-2>ЛКО-4. В сочетании с результатами теста S ЭМ обнаружено, что по сравнению с образцом L СО -4 с частицами одного размера и более мелкими частицами, остальные три образца с относительно большим размером частиц и множественным распределением частиц по размерам имеют относительно высокую степень уплотнения. плотность, Это указывает на то, что сила взаимодействия между мелкими частицами относительно велика, Трудная перегруппировка потока частиц, Форма более высокая пористость, Низкая плотность уплотнения; Сравнивая три материала: L СО -1, L СО -2 и L СО -3, размер частиц (L СО -3>ЛСО-1>LCO -2) и разница в его распределении также может быть одним из ключевых факторов разницы в плотности уплотнения, Флёрды с большим размером частиц с большей вероятностью образуют плотную упаковку, Мелкие порошки заполняют зазор между крупными частицами, Конечная плотность уплотнения составляет выше. Если в первую очередь не рассматривать деформацию самих частиц, то процессом уплотнения частиц порошка является процесс, при котором порошок наиболее плотно накапливается из рыхлого состояния под давлением.&NBSP ;

Согласно принципу наиболее компактной упаковки, когда сферические частицы радиусом R упаковываются наиболее компактно, все частицы контактируют друг с другом, теоретическая пористость, образующаяся между частицами, составляет 25,94 %, а поры между первичными частицами радиусом R может заполнить радиус вторичной частицы 0,414R. После заполнения всех пор вторичными частицами пористость составляет 20,70 %. Максимальный радиус частиц, которые могут быть повторно заполнены в поре, составляет 0,225R, кубических частиц - 0,177R и 0,116R, что соответствует теоретической пористости 19%, 15,8% и 14,9%.

Рис. 5. Результаты испытаний на плотность уплотнения для четырех материалов LCO .

Для электронной проводимости порошкового материала большая связь и контакт между частицами порошка, для большинства материалов LCO , а также связь между частицами порошка и контакт с размером частиц и распределением по размерам также связаны, как упоминалось в анализе плотности уплотнения, для образцы порошка с одинаковым размером частиц предпочитают точечный контакт, общую поверхность контакта, более мелкие частицы имеют поверхностный контакт; тот же эффект заполнения также может влиять на изменение электропроводности.&NBSP ;

На рисунке 6 показаны результаты испытаний электропроводности четырех порошковых материалов L СО . Результаты сравнения удельного сопротивления показали, что L СО -1 имеет наилучшую электропроводность, L СО -3 имеет наихудшую электропроводность, L СО -2 и L СО -2. при малом давлении L СО -2 и L СО -4, L СО -4

Однако для наиболее проводящих образцов LCO -3 с наихудшей электропроводностью они имеют большой общий размер частиц и узкое распределение частиц по размерам, а общий контакт с частицами плохой, что приводит к плохой электронной проводимости. Аналогично, для образцов LCO -2 и LCO -4 при низком давлении, в основном из-за контакта между частицами образца, общий размер образцов LCO -4 показал хорошую проводимость, а при повышении давления частицы LCO -2 имеют эффект наполнения, реализуют мелкие частицы между крупными частицами, а проводимость больше, чем L СО -4, но общая разница невелика.

Рис. 6. Кривые испытаний электропроводности четырех материалов LCO .

Подвести итог

В этой статье PRCD3100 тестирует проводимость, плотность уплотнения и характеристики сжатия четырех видов материалов L СО в сочетании с разницей в распределении частиц материалов по СЭМ , предварительно оценивая возможную связь между разницей в распределении размеров частиц и проводимостью материала, уплотнением и сжатием. производительности, дает новую идею и направление для анализа и оценки материальных различий.

Справочная документация

[1] Кай W , джв A , Yx A , эт все . Недавние достижения и исторические разработки высоковольтных материалов на основе оксида лития-кобальта для перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов [J]. Журнал из Власть Источники , 460.

[2] Парк M, Чжан X, Чанг M и др. Обзор явления проводимости в литий-ионных батареях [J]. Журнал из Власть Источники , 2010, 195(24):7904-7929.

[3] Ян Шаобинь, Лян Чжэн. Принцип производства и применение литий-ионного аккумулятора.