Bedömning av motståndskraften hos kolbelagd aluminiumfolie

Strömavtagaren, som bärare som leder elektroner och bär aktivt material inuti litiumjonbatteriet, spelar en viktig roll i batteriets slutliga prestanda. Aluminiumfolie är den mest använda positiva strömavtagaren. För att förbättra elektrodens hastighet, cykel och livslängd är vissa ledande beläggningar belagda på ytan av aluminiumfolien, vilket effektivt kan förbättra gränssnittets kontaktmotstånd mellan strömkollektorn och aktiva partiklar och förbättra kontaktmotståndet mellan det aktiva materialet och strömavtagaren. Utmärkt bindningsstyrka, vilket minskar avflagning av aktiva partiklar under elektrodcykling. Beläggningen av kolbelagd aluminiumfolie inkluderar i allmänhet ledande kimrök, grafen, kolnanorör, etc. Formeln för det kolbelagda skiktet,

I detta dokument används testmetoden för motståndstestning av polstycken för att jämföra motståndsskillnaden mellan kolbelagda aluminiumfolier med olika formuleringar och olika beläggningstjocklekar och analysera enhetligheten hos de bottenbelagda poldelarna.

Figur 2. Schematiskt diagram över effekten av kolbelagd strömavtagare på battericellens prestanda

1. Experimentell utrustning och testmetoder

1.1 Experimentell utrustning: Elektrodmotståndsmätare, modell BER1300 (IEST), elektroddiameter 14 mm, kan applicera ett tryck på 5~60MPa. Anordningen visas i figurerna 2(a) och 1(b).

Figur 2. (a) Utseende på BER1300; (b) Struktur för BER1300

1.2 Prover som ska testas: tre formuleringar av primermaterial, två typer av kolbelagda aluminiumfolier med olika tjocklekar, tom aluminiumfolie, kolbelagd aluminiumfolie och polstycken belagda med aktiva material.

1.3 Testmetod: Skär ut polstyckets prov som ska testas till en rektangulär storlek på cirka 5 cm × 10 cm, placera den på provbordet, ställ in testtrycket, tryckhållningstiden och andra parametrar på MRMS-programvaran, starta testet och programvaran läser automatiskt polstyckets tjocklek, resistans, resistivitet, konduktivitet och andra data.

2. Dataanalys

De kolbelagda aluminiumfolierna med olika formuleringar testades. Tjockleken på den tomma aluminiumfolien var 10 μm och tjockleken på de två kolbelagda skikten var 7 μm respektive 4 μm. Resistansen hos den kolbelagda aluminiumfolien med formeln varierar kraftigt, allt från tiotals mΩ till tiotals Ω, och från likformigheten i motståndet vid olika positioner av ett enda polstycke, likformigheten hos kolbelagda aluminiumfolier av olika processer är också mycket olika, såsom 4μm -R(Ω)-1 och 7μm-R(Ω)-1, resistansdiagrammen för de två kolbelagda aluminiumfolierna är bredare, vilket indikerar att motståndslikformigheten vid olika positioner är dålig, vilket är relaterat till det faktum att beläggningen är för tunn, och läckage kan uppstå. Det är relaterat till den ojämna fördelningen av beläggnings- eller kolmaterial.

Genom att analysera data i figur 3(c), är konduktiviteten hos den tomma aluminiumfolien den bästa. När det kolbelagda skiktet och det aktiva materialet läggs till, ökar resistiviteten hos polstycket mätt med tvåsondsprincipen gradvis, vilket visar att tillsatsen av beläggningen kommer att introducera kontaktmotstånd mellan partiklarna, vilket kommer att försvaga konduktiviteten av elektroner. Även om man allmänt tror att tillsats av ett kolbeläggningsskikt på ytan av aluminiumfolie kommer att öka elektrodens ledningsförmåga, beror detta främst på att kolbeläggningsskiktet ökar aluminiumfoliens ytjämnhet och gör kontakten mellan de aktiva materialpartiklarna. och den nuvarande samlaren bättre. Tjock eller dålig beläggningslikformighet kommer också att påverka den ledande likformigheten hos den aktiva materialbeläggningselektroden.

Figur 3. (a) Foliebeständighet med en kolbelagd lagertjocklek på 4 μm; (b) Foliebeständighet med en kolbelagd lagertjocklek på 4 μm; (c) Elektrodresistivitet i tre olika tillstånd.

Figur 4. Schematiskt diagram över ytmorfologi av kimröksbelagd aluminiumfolie

Sammanfattningsvis, att lägga till ett effektivt mellanskikt mellan det aktiva materialet och metallströmavtagaren, förutom att förbättra gränsytans kontaktresistans, har också följande potentiella synergistiska fördelar: (1) Ett kemiskt och elektrokemiskt stabilt ledande skikt kan fungera som ett effektivt Diffusionsbarriären förhindrar diffusion av syre som genereras på grund av elektrolytsönderdelning och/eller sidoreaktioner under litiumjoninterkalationsreaktioner, och förhindrar effektivt bildandet av ett oxidskikt på ytan av metallströmkollektorn, och förhindrar därigenom nedbrytning; (2) Ett ledande skikt med en rimlig formulering har god ledningsförmåga, kan bilda ett stort kontaktområde, strömavtagaren och det aktiva beläggningsgränssnittsmotståndet är lågt, vilket bidrar till den snabba laddningsöverföringsprocessen; (3) det ledande skiktets flexibilitet och mekaniska buffert kan förbättra vidhäftningen av det fysiska gränssnittet. Ansträngningar har gjorts för att minimera de problem som är förknippade med den gradvisa förlusten av kontaktyta orsakad av spänningar som genereras vid gränsytan under långvariga cykliska reaktioner. Genom att designa och utveckla unika ledande beläggningar har experiment visat att konduktiva gränsskikt avsevärt kan förbättra elektrokemisk prestanda, såsom specifik reversibel kapacitet, kapacitetsretention, hastighetskapacitet, etc.

3.Sammanfattning

Kolbelagd aluminiumfolie är en positiv strömavtagare som gradvis används av olika batteritillverkare. Utvärderingen av olika formuleringar och processer av kolbelagd aluminiumfolie spelar också en viktig roll i utvecklingen av strömavtagare. Genom att testa motståndsparametrarna för kolbelagd aluminiumfolie kan det hjälpa till att utvärdera skillnaderna i formuleringar och processer, och samtidigt hjälpa litiumbatteriutvecklare att övervaka stabiliteten i primerprocessen.

Referenser

1.Busson, C, Blin, MA, Guichard, P., Soudan, P., Crosnier, O., Guyomard, D., & Lestriez, B. (2018). En grundad strömavtagare för högpresterande kolbelagda LiFePO4-elektroder utan koltillsats. Journal of Power Sources, 406, 7-17.

2. Chen Peng, Ren Ning, Ji Xuemin, et al. Forskning om tillämpning av kolbelagd aluminiumfolie i grafit/LiFePO4-batterier[J]. New Energy Progress, 2017, 5(2): 157-162.

3. Li Min, et al. Effekten av kolbelagd aluminiumfolie på prestanda hos litiumjärnfosfatbatterier [J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(6), 1714-1719.