Análisis de correlación entre la resistencia de los electrodos de litio y la compactación con rodillos
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La resistencia de la placa del electrodo representa la conductividad electrónica de la placa del electrodo, y este parámetro está estrechamente relacionado con la densidad de compactación, la porosidad, la formulación, etc. Cuando el polo en el proceso de preparación, después de una presión diferente del rodillo, cambiará la rugosidad y la compactación de la superficie. La densidad del polo del contacto entre partículas activas en la conductividad del polo y mejora la densidad de energía volumétrica de la celda tiene un cierto efecto positivo, pero en el proceso de presión del rodillo, las partículas en el polo además de la extrusión longitudinal, también por fuerza de corte lateral, puede hacer que la reorganización de partículas.
Al probar la resistencia del electrodo del electrodo, los electrodos superior e inferior son perpendiculares a la superficie del electrodo, y la señal eléctrica aplicada corre perpendicular a través de la superficie del polo del otro lado del electrodo, por un lado mide la conductividad de las propias partículas, por otro lado, también incluye la resistencia de contacto entre las partículas y las partículas. Por lo tanto, con el aumento de la densidad de compactación del rodillo, los electrodos positivo y negativo de diferentes sistemas.
1. Equipo experimental y métodos de prueba
1.1 Equipo Experimental:Analizador de resistencia de electrodos de batería，BER1300 (IEST), diámetro del electrodo de 14 mm, puede aplicar una presión de 5 ~ 60 MP a.
El equipo se muestra en la Figura 1 (a) y 1 (b).
Figura 1. (a) Diagrama de apariencia BER1300; (b) diagrama de estructura BER1300
1.2 Preparación de muestras:Se prepara una hoja de un solo polo, la relación de suspensión es respectivamente, polvo negativo: SP: CMC = 90: 5: 5, polvo positivo: SP: PVDF = 96.5: 1.5: 2, después de recubrir y secar, use la prensa de rodillos presión diferente del rodillo de presión , prepare diferentes densidades de compactación de la placa polar.
1.3 Método de prueba:Corte la pieza del electrodo que se medirá antes y después de la presión del rodillo en un tamaño rectangular de aproximadamente 5 cm 10 cm, colóquelo en la mesa de muestra y configure los parámetros como la presión de prueba y el tiempo de retención de presión en el software M RMS para iniciar el prueba. El software lee automáticamente los datos de espesor del electrodo, resistencia, resistividad y conductividad.
2. Análisis de datos
La prueba de resistencia se lleva a cabo antes de la presión del rodillo de la hoja de electrodo positivo y negativo de un solo lado y después de diferentes presiones del rodillo, y los resultados de los datos se muestran en la Figura 2. A partir de la tendencia de resultados, con la densidad de compactación del rodillo, y solo por encima de 1,63 g/ cm³ condiciones de densidad de compactación, la densidad de compactación de la placa NCM ternaria es de 1,60 g/cm³, la resistividad correspondiente es relativamente pequeña, una vez que la presión del rodillo muestra la tendencia de la resistividad del primer aumento y disminución, óxido de cobalto de litio LCO y litio La tendencia de resistividad del electrodo de fosfato de hierro L FP es similar a las tres antes del primer punto de densidad de compactación después del rollo no es diferente.
Los electrones internos del revestimiento del electrodo de la batería también se transmiten principalmente a través de partículas de polvo sólido, incluida la conductividad de las partículas activas, las partículas del agente conductor en sí mismas, relacionadas con la estructura del material y la resistencia de contacto entre partículas sólidas, la resistencia de contacto entre partículas activas, y entre partículas activas, y entre partículas de agente conductor. Para el electrodo positivo, la conductividad electrónica del material activo es mucho más baja que la de las partículas del agente conductor, y la conductancia de la partícula activa es casi insignificante. El electrodo negativo de grafito también tiene una buena conductividad eléctrica, y tanto las partículas activas como el agente conductor son la vía principal de conducción de electrones. Para la resistencia de contacto entre partículas,
La presión del rodillo apenas cambia la resistividad del material activo y el agente conductor en sí, pero solo el área de contacto de las partículas y el cambio de estado de la interfaz causado por la reorganización de las partículas, lo que afecta la resistencia de la interfaz. Además, además del proceso de resistencia de la prueba de resistencia de la placa del electrodo, la resistencia probada del revestimiento de la placa del electrodo también incluye la resistencia de interfaz del revestimiento y el colector de fluido, y la resistencia de contacto entre la sonda y el revestimiento, etc. En general, se cree que la presión del rodillo aumentará la densidad de compactación del recubrimiento, aumentando el área de contacto entre las partículas, aumentando así la conductividad. Sin embargo, los resultados reales de la prueba son más complicados. Próximo,
Figura 2. Diagrama de tendencia de la resistencia de la lámina polar antes y después de diferentes presiones de balanceo de polo positivo y negativo
A través de la observación SEM de la sección transversal de las tres láminas polares de grafito con diferentes densidades de compactación, se puede ver que con el aumento de la presión del rodillo, la estructura de disposición cruzada original de las láminas de grafito tiende a disponerse en paralelo. Para los materiales de grafito, su estructura cristalina se compone de una disposición paralela de capa de lámina hexagonal de carbono, dividida en plano y superficie final, la mayoría de los iones de litio están incrustados en la capa de grafito desde la superficie final. Además, los átomos de carbono entre la capa de grafito se combinan con tres electrones con enlaces covalentes de hibridación SP2, y el electrón π restante puede moverse libremente para tener una buena conductancia electrónica, pero tiene una anisotropía significativa y una buena conductividad electrónica a lo largo del dirección de nivel,
Por lo tanto, cuando la lámina de electrodos de grafito pasa a través de la presión del rodillo, hay más planos paralelos a la superficie de la lámina de electrodos, lo que hará que la corriente perpendicular a la lámina de electrodos aplicada durante la prueba de resistencia de la lámina de electrodos sea más difícil de penetrar longitudinalmente en el revestimiento de la lámina de electrodos. por lo que la resistencia aumentará con el aumento de la presión del rodillo. Por otro lado, a medida que aumenta la densidad de compactación, el contacto entre las partículas de grafito y las partículas del agente conductor se vuelve más denso en la cámara, lo que reduce la resistencia, y los dos pares afectan la resistencia de la lámina de electrodos. Por lo tanto, la influencia del proceso real de presión del rodillo sobre la resistencia de la lámina polar es muy compleja. que debe analizarse en combinación con las características específicas de la morfología del material y la microestructura de la lámina polar. Por un lado, la resistencia de la resistencia del electrodo puede analizarse mediante las características de transmisión electrónica combinadas con la microestructura; por otro lado, la prueba de resistencia del electrodo puede describir la uniformidad del mismo grupo de electrodos para evaluar la uniformidad de la resistencia del electrodo.
Figura 3. Diagrama de sección de la lámina de electrodos de grafito con diferentes densidades de compactación
Figura 4. Diagrama de estructura y morfología del cristal de grafito¹
Para tres conjuntos de electrodos positivos, la resistencia medida de los electrodos después de una presión de rodillo de presión menor es mayor que la resistencia de la placa polar antes de la presión de rodillo. Como se describió anteriormente, la conductividad de electrones de la placa del electrodo se forma principalmente por la conducción de electrones entre las partículas del agente conductor, en la preparación de la suspensión, el agente conductor se dispersó uniformemente en el solvente, formó una red de transmisión de electrones 3 d mejor interconectada, el posterior proceso de recubrimiento y secado, La estructura de la red del agente conductor 3 D mantiene una buena conectividad, aunque el contacto entre las partículas activas es deficiente, pero la red del agente conductor hace que el electrodo tenga una buena conductividad electrónica, electrodo de baja resistencia. La red de transmisión electrónica del agente conductor se rompe a una presión más baja del rodillo, resultando en una mayor resistencia del poste. Combinado con la presión de tres rodillos diferentes del mapa de topografía de la superficie del electrodo ternario y el diagrama de distribución de carbono de la superficie, se puede inferir que después de la presión del rodillo, recubierto en la superficie de partículas activas de moléculas de carbono conductoras, es posible que no ruede la extrusión de la fuerza de corte lateral de presión, desconectada entre el agente conductor partículas, no pueden conducir electrones, por lo que la resistencia se comparará antes de que aumente la resistencia de la placa del rodillo.
Además, esto también puede estar relacionado con la constante disminución de la rugosidad de la superficie de la lámina polar, como se muestra en la Figura 5. Debido a que la resistencia del electrodo medida por el principio de prueba de resistencia del electrodo de las sondas superior e inferior, inevitablemente contiene la resistencia de contacto entre la superior y la inferior. electrodos inferiores y la superficie del electrodo, si la rugosidad de la superficie del electrodo se vuelve más pequeña, el contacto entre el electrodo de prueba y la superficie del electrodo empeora, y la resistencia de contacto aumenta, por lo que la resistencia total medida aumenta.
A medida que la presión del rodillo aumenta aún más, las partículas activas se compactan aún más y las partículas de carbón conductor se ponen en contacto estrechamente entre sí, formando una red tridimensional reconectada, por lo que se reduce la resistencia polar. Por lo tanto, la presión positiva del rodillo de la hoja polar debe garantizar la mayor presión del rodillo, de lo contrario, la ligera presión del rodillo destruirá la red conductora electrónica, aumentará la resistencia del electrodo, no es propicio para el rendimiento de la batería. Además, al probar la resistencia de la placa del electrodo de la placa del electrodo positivo, el estado de la superficie de la placa del electrodo debe mantenerse lo más lejos posible, para poder comparar la influencia de diferentes fórmulas de proceso en la resistencia de la placa del electrodo,
Figura 5. Tendencia de la rugosidad superficial de las tres láminas de electrodos positivos
Figura 6. EM de superficie y distribución de carbono de tres placas ternarias
3. Resumen
En este trabajo, se caracterizó la resistencia de láminas de electrodos positivos y negativos con diferentes densidades de rodadura, y se encontró que la resistencia de los electrodos positivos y negativos cambió con el aumento de la densificación de rodadura. El valor máximo está relacionado con la orientación de la pieza polar, mientras que la resistencia del electrodo positivo primero aumenta y luego disminuye con el balanceo, lo que está relacionado con el camino de transporte de electrones de la red tridimensional del agente conductor del polo. pieza y la rugosidad de la superficie. Por lo tanto, al usar el método de resistencia de la pieza polar para evaluar la diferencia en la conductividad de las piezas polares positivas y negativas y la uniformidad de la conducción,
4. Material de referencia
1. Henrik Lyder Andersen, Lisa Djuandhi, Uttam Mittal, Neeraj Sharma, Estrategias para el análisis de la función del electrodo de grafito, Adv. Materia energética, 2021, DOI:10.1002/aenm.202102693
2. Hiroki Kondo et al. Influencia del Material Activo en la Conductividad Electrónica del Electrodo Positivo en Baterías de Ion-Litio[J]. Revista de la Sociedad Electroquímica, 2019,166 (8) A1285-A1290.
3.BG Westphal et al. Influencia de la mezcla en seco y calandrado de alta intensidad en la resistividad relativa del electrodo determinada a través de un enfoque avanzado de dos puntos [J]. Revista de almacenamiento de energía 2017, 11, 76–85.