Как проводящий агент влияет на электронную проводимость смешанного порошка и электрода

Порошковые материалы положительных и отрицательных электродов, сепараторы, электролиты, токопроводящие вещества, связующие вещества, токосъемники и т. д. являются основным сырьем для производства литий-ионных аккумуляторов; Производство литий-ионных аккумуляторов заключается в переработке этого сырья в аккумуляторы при оптимальных условиях процесса. Изменение параметров этого сырья требует целенаправленной оптимизации и корректировки технологических условий для получения литий-ионных аккумуляторов с оптимальными электрическими характеристиками. Дизайн параметров положительных и отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов является ключом к развитию технологии литиевых аккумуляторов, включая загрузку активного материала, пористость, толщину и соотношение между активным материалом, проводящим агентом и связующим. Среди них тип, содержание,

В фактической конструкции электродного листа электронная проводимость активного материала, особенно материала положительного электрода, относительно низкая, и путь переноса электронов в основном реализуется путем прохождения проводящего агента. Рис. 1 представляет собой схематическую диаграмму микроструктуры литиевого электродного листа в идеальном состоянии. Электронная проводимость полюсного наконечника влияет на основные характеристики батареи, не только ограничиваясь мощностью элемента батареи, но также влияет на надежность и безопасность элемента батареи. Сопротивление листа электрода может лучше оценить производительность сети с электронной проводимостью или однородность микроструктуры электрода в процессе изготовления электрода, а также помочь изучить и улучшить рецептуру электрода и контрольные параметры процессов смешивания, нанесения покрытия и прокатки. В текущих исследованиях литиевых батарей все больше и больше исследователей обращают внимание на электронную проводимость уровня полюсного наконечника, а также обращают внимание на электронную проводимость порошковых материалов литиевых батарей и пытаются выяснить корреляцию между ними, чтобы непосредственно прогнозировать электронную проводимость электродного слоя на уровне порошкового материала.

Рис. 1. Схематическая диаграмма микроструктуры идеального электрода

В этой статье в основном сочетаются порошковые материалы литий-ионных аккумуляторов серии NCM523 в сочетании со связующим ПВДФ и проводящим агентом СП для оценки электронной проводимости смешанного порошка после предварительного смешивания на уровне порошка, в то же время подготовка суспензии и покрытие выполняются на порошках с таким же соотношением оценивается электронная проводимость готового полюсного наконечника, выясняется влияние токопроводящих агентов на проводимость каждого слоя и первоначально исследуется ее корреляция.

1.  Метод испытания

1.1  Испытательное оборудование: Используйте измеритель сопротивления порошка серии PRCD3100 (ИЭСТ) для измерения и оценки электропроводности порошковых материалов; используйте измеритель сопротивления полюсного наконечника серии BER2500 (ИЭСТ) для оценки проводимости полюсного наконечника.

Рисунок 2. (а) Схематическая диаграмма внешнего вида и структуры серии PRCD; (b) Схематическая диаграмма внешнего вида и структуры серии BER.

1.2 Подготовка проб и испытание

1.2.1 В соответствии с: НКМ: ПВДФ=19:1 и НКМ: СП: ПВДФ=18:1:1 соответственно, полностью смешать и приготовить смешанные порошки с различными соотношениями НКМ и провести испытание на стойкость порошка в диапазоне 10-200 МПа.

1.2.2 Приготовьте суспензию в соответствии с параметрами отношения в таблице 1, используйте скребок 200 мкм для нанесения покрытия вручную и проверьте сопротивление электрода.

Таблица 1. Соотношение суспензии для приготовления полюсных электродов

2. Результаты испытаний

Испытание на порошковую стойкость было проведено для СП, НКМ и смешанного порошка НКМ+ПВДФ и НКМ+СП+ПВДФ соответственно. Из результатов испытаний в таблице 2 и на рисунке 3 видно, что независимо от низкого давления или высокого давления, после добавления связующего ПВДФ к активному порошку НКМ электронная проводимость явно ухудшается. Однако после добавления СП с лучшей проводимостью электронная проводимость смешанного порошка значительно улучшилась. В процессе оценки электронной проводимости положительного активного порошка литий-ионных аккумуляторов электронная проводимость в основном представляет собой контактную проводимость между частицами. После добавления порошка ПВДФ с плохой электронной проводимостью порошок ПВДФ уменьшит долю контакта между частицами. исходные активные частицы, что приводит к изменению общего пути проводимости, что, в свою очередь, приведет к уменьшению общей электронной проводимости.

Роль проводящего агента в электроде литий-ионной батареи заключается в обеспечении канала для передачи электронов. Соответствующее количество содержания проводящего агента может обеспечить относительно высокую разрядную емкость и хорошую производительность цикла, если содержание проводящего агента слишком высокое или слишком низкое, это повлияет на электрические характеристики. При слишком высоком содержании проводящего агента относительное содержание активного материала будет уменьшаться, что снизит удельную емкость батареи, при слишком низком содержании электронных каналов проводимости мало, что неблагоприятно для высоковольтных аккумуляторов. текущий заряд и разряд, а коэффициент использования активных материалов в электроде относительно низок. По результатам испытаний порошковой стойкости,

Таблица 2. Сравнительная таблица результатов испытаний порошковой стойкости

Рис. 3. Результаты испытаний на стойкость порошка при давлении 10 МПа и 200 МПа.

Для дальнейшего уточнения корреляции электронной проводимости между материалами суспензия была приготовлена ​​в соответствии с соотношением в таблице 1 для разных порошков, а скребок использовался для ручного покрытия в тех же условиях. В таблице 3 и на рисунке 4 показаны результаты испытаний сопротивления электродов. Электронная проводимость электрода сильно различается при различных соотношениях. По сравнению с Таблицей 2 и Рисунком 3 результаты сопротивления смешанного порошка, на уровне полюсного наконечника, проводимость также быстро улучшается после добавления проводящего агента СП. Далее уточняется, что добавление проводящего агента на уровне предварительно смешанного порошка или на уровне полюсного наконечника может эффективно улучшить электронный путь проводимости. Оптимизация соотношения проводящего агента также имеет решающее значение на стадии разработки фактического электродного процесса. Количество проводящего агента тесно связано с размером частиц материала проводящего агента и долей активного материала. Чем больше удельная поверхность активного материала, чем больше размер частиц проводящего агента и чем больше количество проводящего агента, оптимальное соотношение должно быть определено путем систематических экспериментов на основе теоретической модели перколяция проводящей сети.

Таблица 3. Сравнительная таблица результатов испытаний электродного сопротивления

Рис. 4. Сравнение среднего значения результатов испытаний сопротивления электродов по разным формулам

3. Резюме

В этой статье оборудование для испытания сопротивления порошка серии PRCD и оборудование для испытания сопротивления полюсного наконечника серии BER используются для систематической оценки характеристик сопротивления двух уровней смешанного порошка и электрода, выяснения роли и влияния проводящих агентов, а также уточнения корреляция тенденций между различными уровнями, на основе этого формула системы может быть дополнительно оптимизирована, а характеристики электродного слоя могут быть предварительно оценены по характеристикам порошка, что дает новую идею для развития технологии литий-ионных аккумуляторов.

4. Справочные материалы

1. Б.Г. Вестфаль и соавт. Журнал накопления энергии 11 (2017) 76–85.

2. Кентаро Куратани и др. Журнал Электрохимического общества, 166 (2019) (4) A501-A506.

3. Чен YH, Ван CW, Лю G и др. Выбор проводящих добавок в катодах литий-ионных аккумуляторов [J]. Журнал из в Электрохимический Общество, 2007, 154(10):A978.

4. Миранда Д., Горен А., Коста С.М. и др. Теоретическое моделирование оптимального соотношения между активным материалом, связующим и проводящей добавкой для катодов литий-ионных аккумуляторов[J].Энергия, 2019, 172(годовых.1):68 -78.

5.МикоВу@идеальная жизнь. Теория и основы технологии полюсных наконечников литий-ионных аккумуляторов.