Lityum pil kutup parçalarının sıkıştırma yoğunluğu makul ölçüde nasıl artırılır?
Çalışma, lityum iyon pil elektrodunun aktif malzemesinin doğal özelliklerine ek olarak, elektrotun mikro yapısının da pilin enerji yoğunluğu ve elektrokimyasal performansı üzerinde çok önemli bir etkiye sahip olduğunu buldu. Sarılmamış elektrotta, boşluğun sadece% 50'si aktif malzeme tarafından işgal edilmektedir Sıkıştırma yoğunluğunun arttırılması, elektrotun hacim enerji yoğunluğunu ve ağırlık enerji yoğunluğunu etkili bir şekilde artırabilir.
Şu anda, pozitif kutup parçalarının sıkıştırma yoğunluğunu etkileyen ana faktörler şunlardır: (1) malzemelerin gerçek yoğunluğu; (2) malzeme morfolojisi; (3) malzeme parçacık boyutu dağılımı; (4) kutup parçası teknolojisi; bu etkili faktörleri optimize ederek , Sıkıştırma yoğunluğunu artırarak enerji yoğunluğunu artırabilirsiniz.
(1 ) Malzeme gerçek yoğunluğu
Mevcut ticari katot malzemesinin gerçek yoğunluğu: lityum kobalt oksit > Üçlü Malzemeler > Lityum mangan oksit > Sıkıştırma yoğunluğu yasası ile uyumlu olan lityum demir fosfat, malzemenin gerçek yoğunluğunun sıkıştırma yoğunluğu üzerindeki etkisi değiştirilemez.
Çeşitli ticari katot malzemelerinin gerçek yoğunluğu ve sıkıştırılmış yoğunluk aralığı
Not: Farklı bileşenlerin üçlü malzemelerinin gerçek yoğunluğu farklıdır, bu tabloda NCM111 seçilmiştir
Şu anda, sıkıştırma yoğunluğu ile lityum kobalt oksidin gerçek yoğunluğu arasındaki fark 1.0g · cm-3'ten azdır.Üçlü malzeme de bu değere ulaşırsa, sıkıştırma yoğunluğu 3.8g · cm-3'e ulaşabilir. Yöntem esas olarak üç yönden başlar: malzeme morfolojisi, malzeme parçacık boyutu dağılımı ve kutup parçası teknolojisi.
(2 ) Malzeme morfolojisi
Halihazırda ticarileştirilmiş lityum kobalt oksit, büyük bir tek kristali olan birincil bir parçacık iken, üçlü malzeme, küçük tek kristallerin ikincil bir aglomerasıdır. Şekilde gösterildiği gibi, birkaç yüz nanometrelik birincil parçacıkları, üçlü bir malzemeden ikincil bir top halinde toplanır. Kendi içinde birçok boşluk vardır ve direk parçası hazırlandıktan sonra, top ile top arasında çok sayıda boşluk olacaktır Yukarıdaki nedenler, üçlü malzemenin sıkıştırılmış yoğunluğunu daha da azaltmaktadır.
(a) Lityum kobalt oksit; (b) Üçlü malzeme
Üçlü malzemenin morfolojisi, lityum kobalt oksitinkine benzer büyük bir tek kristal halinde hazırlanırsa, sıkıştırma yoğunluğunu etkili bir şekilde artırabilir (3,8 g · cm-3'ün üzerinde), ancak mevcut işlem olgun değildir, ürün kapasitesi ve ilk salım verimliliği Her ikisi de geleneksel ürünlerden daha düşüktür.
(3 ) Malzeme boyut dağılımı
Üçlü malzemenin parçacık boyutu dağılımının sıkıştırma yoğunluğunu etkilemesinin nedeni, üçlü malzemenin küresel morfolojisi ile ilgilidir. Eşit çaplı küreler istiflendiğinde, küreler ve küreler arasında çok sayıda boşluk olacaktır.Uygun küçük parçacık boyutu yoksa Bu boşlukları doldurmak için, yığın yoğunluğu çok düşük olacaktır, bu nedenle uygun bir parçacık boyutu dağılımı, malzemenin sıkıştırılmış yoğunluğunu artırabilir.
(a) Kutup parçasına ortak parçacık boyutu dağılımı ile hazırlanan anot malzemesinin SEM görüntüsü (b) İki tane boyut dağılım ürünü karıştırıldıktan sonra katot malzeme kutup parçasının SEM görüntüsü
Üçlü malzemenin parçacık boyutu dağılımını optimize etmek, sıkıştırma yoğunluğunu artırabilir.D50'ye yakın malzemeler için, D10, D90, Dmin ve Dmax'ta bir fark varsa, sıkıştırma yoğunluğu da farklı olacaktır. Partikül boyutu dağılımı çok dar ise veya partikül boyutu dağılımı çok geniş ise, materyalin sıkıştırma yoğunluğu azalacaktır Partikül boyutu dağılımının etkisi için bazı batarya üreticileri katot malzeme üreticisi için şartlar öne sürerken, bazı batarya üreticileri farklı partikül boyutu dağılımlarına sahip ürünleri karıştıracaktır. Sıkıştırma yoğunluğunu artırma amacına ulaşmak için.
(4 ) Kutup parçası teknolojisi
Kutup parçasının yüzey yoğunluğu, bağlayıcı ve iletken madde miktarı sıkıştırma yoğunluğunu etkileyecektir.İletken maddenin ve bağlayıcının gerçek yoğunluğu çok düşüktür Miktar ne kadar fazla eklenirse, kutup parçasının sıkıştırma yoğunluğu o kadar düşük olur.
Bu nedenle, iyi iletkenliğe sahip iletken ajan, kutup parçasını yaparken iletken ajan miktarını azaltmak için kullanılır; ayrıca, bulamaç oluşturma işlemi sırasında yüksek hızlı dispersiyon, böylece iletken ajan ve bağlama ajanı, aynı zamanda, sıkıştırma yoğunluğunu da artırabilir.
Üçlü malzeme kutup parçası aşırı geriliminin etkisi nedir?
Üçlü malzeme kutup parçasının aşırı geriliminin iki nedeni vardır: Birincisi, pil üreticisinin kutup parçasının aşırı gerilimine neden olması için pilin yüksek enerji yoğunluğunu takip etmesi; diğeri ise malzeme üreticisinin proses kontrolünün katı olmaması, bu da farklı üçlü malzeme partileri meydana getirmesidir. Pilin sıkıştırma yoğunluğu tutarsızdır ve pil üreticisi malzemenin özel durumunu analiz etmemiştir ve kutup parçası geleneksel işlem parametrelerine göre hazırlandığında kutup parçası aşırı basınç altındadır.
Aşırı gerilim sonrası direk parçasının SEM görüntüsü
Kutup parçasının aşırı gerilimi, pil kapasitesinin düşmesi, döngünün bozulması, iç direncin artması gibi sorunlara neden olacaktır. Öncelikle, kutup parçasının aşırı basıncı, küresel üçlü malzemenin geniş bir alanda kırılmasına neden olacaktır.Yeni oluşturulan yüzey, ikincil bilyeden ayrılmış birçok küçük birincil parçacığa sahiptir.Ya PVDF'ye dokunmadıkları için veya temas etmedikleri için kutup parçasından düşerler. İletken maddeye göre, kutup parçasının iletken performansı yerel olarak bozulur.
Yeni yüzeyin oluşması aynı zamanda özgül yüzeyi arttırır, elektrolit ile temas yüzeyi artar ve yan reaksiyonlar artar, batarya şişmesi ve döngü zayıflaması gibi batarya performansında düşüşe neden olur. Aşırı gerilim aynı zamanda alüminyum folyonun deformasyonuna, kırılgan direk parçalarına, kolay kırılmasına ve bataryanın iç direncinin artmasına neden olacaktır.
Ayrıca aşırı basınçlı direk parçasında malzeme parçacıkları arasındaki sıkışma derecesi çok büyüktür, bu da kutup parçasının düşük gözenekliliğine neden olur ve kutup parçası tarafından emilen elektrolit miktarı da azalır.Elektrolitin direk parçasının içine nüfuz etmesi zordur, bu da doğrudan sonuçları vardır. Yani, malzemenin özgül kapasitesi kötüleşir. Zayıf sıvı tutma kapasitesine sahip piller döngü sırasında yüksek oranda polarize olur, hızla bozulur ve dahili direnç önemli ölçüde artar.
Kutup parçasının aşırı voltaj olup olmadığı, kutup parçasının kırılgan olup olmadığı gözlemlenerek, malzemenin kırılıp kırılmadığını kontrol etmek için bir elektron mikroskobu kullanılarak ve kutup parçasının gözenekliliği tahmin edilerek değerlendirilebilir. Bunlar arasında, kutup parçası gözenekliliği, pil performansı üzerinde doğrudan etkisi olan kutup parçası sıvı emiliminin miktarı ve oranını değerlendirmek için önemli bir göstergedir.
Kutup parçasının gözenekliliği, yuvarlandıktan sonra kutup parçasının toplam hacmine yuvarlandıktan sonra kutup parçasının iç gözenek sınırının hacminin yüzdesini ifade eder. Kutup parçasının gözenekliliğinin çok düşük olması elektrolit miktarının kutup parçasına sızma oranını azaltacak ve pilin performansını etkileyecektir. Bu nedenle, enerji yoğunluğunun peşinde sıkıştırma yoğunluğu aşırı derecede artırılamaz.
