Effekt av rulltryck på kompression och ledningsförmåga hos elektroden

Inom ramen för ett hållbart modernt samhälle och klimatmål har teknik för lagring av batterienergi blivit en viktig riktning för omvandlingen av den globala fordonsindustrin och den hållbara tillväxten av den globala ekonomin. Litiumjonbatterier (LIB) har blivit en av de stora energilagringslösningarna på konsument-, el- och energilagringsmarknaderna på grund av deras långa livslängd och höga prestanda. För närvarande finns det fortfarande utmaningar med att minska produktionskostnaderna, förbättra prestanda och hållbarhet för litiumjonbatterier. Därför är det av stor betydelse att ha en djup förståelse för produktionsprocessens inverkan på batteriet och bedömningen av produktionsprocessens speciella behov. Den framtida trenden och riktningen beror inte bara på Bytet av litiumjonbatterimaterial beror också på produktionsprocessen. Rullkomprimeringsprocessen säkerställer den önskade kompakterade densiteten hos litiumelektrodarket genom att förinställa gapstorleken eller kraften mellan de två rullarna vid lämplig rullhastighet och temperatur. För att öka batterikapaciteten, förbättra den elektroniska ledningsförmågan och den elektrokemiska prestandan, tillverkas litiumjonbatteripolstycken med rullningsteknik. Fördjupad studie och förståelse av utvecklingen av elektrodmikrostrukturen under rullningsprocessen, samt påverkan av processparametrar på elektrodens slutliga struktur och prestanda, kommer att hjälpa till att kontrollera elektroden finare och förbättra den övergripande prestandan,

År 2022 kombinerade Zhang et ¹ numerisk simulering med diskret elementmetod och rullningstest för att utföra systematisk mikroskopisk och makroskopisk forskning om polstyckets rullningsprocessen, och använde Heckel-ekvationen för att komplettera förutsägelsemodellen för elektrodkompression, Figur 1 är en schematisk diagram över spännings- och förskjutningskurvan för polstycket under kompressionsprocessen. Det klargörs att polstyckets deformation är relaterad till partikelpulverisering, sekundär partikelfusion, bindemedelsnätverkskompression och strömkollektorytdeformation. Samtidigt visar resultaten att ökningen av elektronisk konduktivitet är relaterad till den förbättrade ledningsvägen inuti elektroden å ena sidan och åtdragningen av kontakten mellan beläggningen och strömavtagaren å andra sidan. Baserat på denna forskning antar detta dokument BER2500-seriens motståndstestutrustning för polstycken för att testa konduktiviteten hos grafitpolstycken under olika packningsdensiteter, det vill säga olika rullningstryck. Samtidigt, genom att kombinera den platta pressstrukturen hos utrustningen för att testa och analysera kompressionsprestandan hos polstycket, ger det en ny metod för utvärdering av litiumjonbatteriets rullande produktionsprocess.

Figur 1. Schematisk bild av kraft-förskjutningskurvan för polstycket

(Gröna områden representerar experimentella resultat, grå områden representerar simuleringsresultat)

Experimentell utrustning och testmetoder

1.1 Experimentell utrustning

Testutrustningsmodellen är BER2500 (IEST), elektroddiametern är 14 mm och det applicerade tryckintervallet är 5~60MPa. Anordningen visas i figurerna 2(a) och 2(b).

Figur 2. (a) BER2500 exteriörvy; (b) BER2500 strukturdiagram

1.2 Provberedning och test

1.2.1 Efter likformig beläggning av slurryn under samma processformelförhållanden använder vi olika tryck såsom small, medium och large för att utföra valspressning för att erhålla fyra typer av kompakterade färdiga polstycken i 1/2/3/4 , varvid trycket för polstyckets rullning är 1<2<3<4. Packningsdensiteten för de fyra polbitarna beräknas med skärtjockleksvägningsmetod, och packningsdensiteten visar också 1(1,35g/cm³)<2(1,5g/cm³)<3(1,6g/cm³)<3 (1,6g/cm³) cm³)<4 (1,65g/cm³), det vill säga när valstrycket ökar visar packningsdensiteten också en ökande trend.

1.2.2 Kombination med BER2500-utrustning, med steady-state testläge, med 5-60MPa, 5MPa intervall, och hålltryck i 15s, jämförs och testas kompressionen och motståndet hos polstycken med olika packningsdensiteter. Den specifika processen för testet är: applicera ett visst tryck från 5MPa och håll det i 15s, polstycket komprimeras och registrera polstyckets tjocklek och motstånd samtidigt; öka sedan trycket med intervaller på 5 MPa, och registrera sedan polstyckets tjocklek och motstånd, och så vidare till 60 MPa; minska sedan gradvis det applicerade trycket för att lossa och registrera tjockleken och motståndet.

Dataanalys

Efter att ha erhållit fyra elektroder med olika komprimeringsdensiteter, använd steady-state-läget för att utföra belastningskompression-avlastande returtest på polstycket under olika kvantitativa tryckförhållanden, registrera tjockleksförändringen och använd den initiala tryckpunkten på 5MPa som riktmärke för att beräkna tjockleksdeformationen Utför normaliserade beräkningar för att erhålla spännings-töjningskurvorna för olika polstycken (som visas i figur 3), och sammanfatta deras deformationer (som visas i tabell 1). Det kan ses från resultatdiagrammet att med ökningen av polstyckets rullningstryck, minskar den maximala deformationen, reversibla deformationen och irreversibla deformationen av de fyra polstyckena gradvis (1>2>3>4), men den fallande trenden saktar gradvis ned. Denna förändringstrend är nära relaterad till fyllnings- och komprimeringseffekten av pulvret i polstyckets beläggning, inklusive flöde och omarrangemang av pulverpartiklar, elastisk och plastisk deformation och krossning. Vanligtvis måste polstyckeskalandreringsprocessen övervinna friktion, ytkraft, elastisk deformation, plastisk deformation och krossning för att utföra arbete på elektrodbeläggningen för att kompaktera elektroden.

Materialsammansättningen för beläggningsdelen som utformats i detta experiment är konsekvent. Olika rullningstryck påverkar direkt flödet och omarrangemanget av partiklar. Ökningen av rulltrycket kan övervinna friktionen mellan partiklar och göra att partiklarna arrangeras tätare och kombineras med varandra. närmare. Dessutom, när rullningstrycket ökar, omarrangeras pulvret först och fyller det ursprungliga hålet; efter att partiklarna är i nära kontakt, fortsätter trycket att öka, och partiklarna interagerar och deformeras elastiskt. När trycket ökar till partikeln Efter en viss sträckgräns genomgår de aktiva partiklarna plastisk deformation, vilket också är huvudorsaken till den gradvisa ökningen av packningsdensiteten med ökat valstryck. Litiumjonbatteripolstyckesformuleringar behöver vanligtvis också lägga till funktionella tillsatser till det aktiva pulvret, såsom flödeshjälpmedel, bindemedel, ledande medel etc., vilket också kommer att påverka förändringen av polstyckets totala tillstånd under olika tryck. I själva tillverkningen av stolpstycket påverkas polstycket av omfattande faktorer som processförhållanden, rulltryck, spänning, hastighet och pulverkompressionsprestanda. Det totala trycket i experimentet i detta dokument är relativt litet, men kompressionsprestandatrenden överensstämmer med den faktiska produktionsprocessen, som kan användas som ett effektivt sätt för processutvärdering. vilket också kommer att påverka förändringen av polstyckets totala tillstånd under olika tryck. I själva tillverkningen av stolpstycket påverkas polstycket av omfattande faktorer som processförhållanden, rulltryck, spänning, hastighet och pulverkompressionsprestanda. Det totala trycket i experimentet i detta dokument är relativt litet, men kompressionsprestandatrenden överensstämmer med den faktiska produktionsprocessen, som kan användas som ett effektivt sätt för processutvärdering. vilket också kommer att påverka förändringen av polstyckets totala tillstånd under olika tryck. I själva tillverkningen av stolpstycket påverkas polstycket av omfattande faktorer som processförhållanden, rulltryck, spänning, hastighet och pulverkompressionsprestanda. Det totala trycket i experimentet i detta dokument är relativt litet, men kompressionsprestandatrenden överensstämmer med den faktiska produktionsprocessen, som kan användas som ett effektivt sätt för processutvärdering.

Figur 3. Spännings-töjningskurvor (kompressionsprestanda) för fyra typer av polstycken

Tabell 1. Sammanfattning av fyra typer av polstycksdeformation

Under rullningsprocessen av litiumjonbatteripolbitar är deformationen av poldelarnas bredd och längd mycket liten, och polstyckets rullning kan minska tjockleken på beläggningen, öka packningsdensiteten och förbättra vidhäftningen av beläggningen, för att stabilisera elektrodstrukturen och förbättra syftet med batterikapaciteten. Valsningen av polstycket är en process där massan per ytenhet är nästan konstant och volymen reduceras. Mellan partiklarna, mellan partiklarna och strömkollektorn, kombineras de av ett bindemedel. Kompressionen i polstyckets tjockleksriktning är resultatet av den samtidiga kompressionen av strömavtagaren och beläggningen, men förändringen i strömavtagarens tjocklek är relativt liten. Det finns också interaktion mellan pulverpartiklarna och strömavtagaren. Under valsningen kommer partiklarna att bilda gropar på strömavtagaren, vilket ökar kontaktytan och kohesionen mellan beläggningen och strömavtagaren.

Fig. 4 respektive 5 visar tjockleksvariationskurvorna och resistivitetsvariationskurvorna för polstycken med fyra olika packningsdensiteter under en serie tryckpåförda plana tryck i stationärt tillstånd. När trycket ökar blir den totala tjockleken av polstycket mindre som helhet. Efter ett visst tryck tenderar tjockleken på polstycket att vara stabil. Samtidigt är det mer sannolikt att polstycket studsar tillbaka när trycket är lågt. Därför, i det variabla trycktestet, varierar tjockleken mycket med trycket. I resistivitetskurvan är förändringstrenden för polstyckena 1 och 2 större än för polstyckena 3 och 4. Detta beror främst på att jämfört med polstyckena 1 och 2, kontakten mellan beläggningspartiklarna i polstyckena 3 och 4 under stort rulltryck och kontakten mellan beläggningen och strömavtagaren är tätare, och förändringen i den totala tjockleken av polstycket under den plana tryckmätningen är mindre. Jämfört med resistivitetstestresultaten under olika tryck, är det absoluta värdet för det lilla rulltryckspolstycket mindre än det stora rulltrycket, vilket kan bero på att förändringen i tjockleksriktningen för det tillplattade polstycket är lättare att göra den längsgående konduktiviteten av polstycket bättre. I själva utvärderingen av elektronisk konduktivitet kan de mest rimliga parametrarna väljas för testning i kombination med specifika behov. och förändringen i den totala tjockleken av polstycket under den platta tryckmätningen är mindre. Jämfört med resistivitetstestresultaten under olika tryck, är det absoluta värdet för det lilla rulltryckspolstycket mindre än det stora rulltrycket, vilket kan bero på att förändringen i tjockleksriktningen för det tillplattade polstycket är lättare att göra den längsgående konduktiviteten av polstycket bättre. I själva utvärderingen av elektronisk konduktivitet kan de mest rimliga parametrarna väljas för testning i kombination med specifika behov. och förändringen i den totala tjockleken av polstycket under den platta tryckmätningen är mindre. Jämfört med resistivitetstestresultaten under olika tryck, är det absoluta värdet för det lilla rulltryckspolstycket mindre än det stora rulltrycket, vilket kan bero på att förändringen i tjockleksriktningen för det tillplattade polstycket är lättare att göra den längsgående konduktiviteten av polstycket bättre. I själva utvärderingen av elektronisk konduktivitet kan de mest rimliga parametrarna väljas för testning i kombination med specifika behov. vilket kan bero på att förändringen i tjockleksriktningen för det tillplattade polstycket är lättare för att göra polstyckets längsgående ledningsförmåga bättre. I själva utvärderingen av elektronisk konduktivitet kan de mest rimliga parametrarna väljas för testning i kombination med specifika behov. vilket kan bero på att förändringen i tjockleksriktningen för det tillplattade polstycket är lättare för att göra polstyckets längsgående ledningsförmåga bättre. I själva utvärderingen av elektronisk konduktivitet kan de mest rimliga parametrarna väljas för testning i kombination med specifika behov.

Figur 4. Tjockleksvariationskurvor för fyra polstycken

Figur 5. Konduktivitetstestkurvor för fyra polstycken

Sammanfatta

I det här pappret,de BER2500-seriens polstycksmotståndsmätare testutrustninganvänds för att testa kompressionsprestanda och ledningsförmåga hos grafitpolstycken under olika rulltryck, vilket effektivt kan särskilja prestandaskillnaderna hos polstycken under olika rullningstryck. I den faktiska produktionsprocessen, rullningstrycket. Valet av batteri bör rimligen väljas i kombination med den specifika processformeln. Samtidigt som batterikapaciteten ökar, kan den också effektivt förbättra batteriets övergripande elektriska prestanda.