Evaluación del rendimiento de resistencia del papel de aluminio recubierto de carbón

Como portador de electrones conductores y sustancias activas en la batería de iones de litio, el colector de fluidos juega un papel importante en el rendimiento final de la celda de la batería. La relación de electrodo, el ciclo y la vida útil, en la superficie de papel de aluminio recubierta con un revestimiento conductor, pueden mejorar de manera efectiva la resistencia de contacto de la interfaz de partículas activas y el fluido de recolección, y mejorar la fuerza de unión del material activo y la recolección de fluidos, reducir las partículas activas en el proceso del problema de pelado del ciclo del electrodo. El recubrimiento de papel de aluminio y carbono generalmente incluye negro de carbón conductor, grafeno, nanotubos de carbono, etc. La fórmula de la capa de recubrimiento de carbono, el espesor del recubrimiento,y la uniformidad del recubrimiento también afectará el efecto del recubrimiento inferior¹.

Este documento utilizó el método de prueba de resistencia de la lámina de electrodos y analizó la uniformidad de la lámina de electrodos inferior.

Figura 1. Diagrama esquemático de la influencia del colector de fluido revestido de carbono en el rendimiento de la celda¹

I. Equipo experimental y métodos de prueba

1.1Equipo Experimental: resistencia de lámina polar, modelo BER1300, diámetro de electrodo de 14 mm, puede aplicar una presión de 5~60MP a. El equipo se muestra en la Figura 2 (a) y 1 (b).

Figura 2. (a) Diagrama de apariencia de BER1300; (b) Diagrama de estructura BER1300

1.2 Muestras a ensayar: materiales de revestimiento de fondo de tres fórmulas, dos láminas de aluminio recubiertas de diferentes espesores, lámina de aluminio vacía, lámina de aluminio recubierta y lámina polar después de aplicar el material activo.

1.3 Método de prueba: corte la muestra de la pieza del electrodo que se va a medir en un tamaño rectangular de aproximadamente 5 cm 10 cm, colóquela en la mesa de muestras, configure los parámetros como la presión de prueba y el tiempo de retención de presión en el software M RMS e inicie la prueba. El software lee automáticamente el grosor, la resistencia, la resistividad, la conductividad y otros datos de la pieza del electrodo.

2. Análisis de datos

Prueba de las diferentes fórmulas de papel de aluminio recubierto de carbón. El espesor del papel de aluminio vacío es de 10 m. El espesor de las dos capas de recubrimiento de carbón fue de 7 m y 4 m, respectivamente. Las resistencias de lámina polar probadas se muestran en la figura. 3 (a) y (b), se puede encontrar que la resistencia de las diferentes formulaciones de papel de aluminio recubierto de carbón vegetal varía mucho, disponible desde decenas de m Ω ~ docenas de Ω, y a juzgar por la resistencia uniforme de las diferentes posiciones de la hoja de un solo polo, la uniformidad del papel de aluminio recubierto de carbón también varía mucho entre diferentes procesos, como 4 mR (Ω) -1 y 7 mR (Ω) -1, indica que la poca uniformidad de resistencia en diferentes posiciones, Esto es demasiado delgado con el recubrimiento. Puede haber fugas en el recubrimiento o una distribución desigual de los materiales de carbono.¹.

Según los datos de la Figura 3 (c), la conductividad del papel de aluminio vacío es la mejor. Cuando se agregan la capa de recubrimiento de carbono y el material activo, la resistividad de la lámina polar probada mediante el principio de dos sondas aumenta gradualmente, lo que demuestra que la adición del recubrimiento introducirá la resistencia de contacto entre las partículas, lo que debilita la conductividad. de los electrones. Aunque generalmente se cree que en la superficie del papel de aluminio, una mayor capa de recubrimiento mejorará la conductividad eléctrica del electrodo, esto se debe principalmente a que la capa de recubrimiento aumenta la rugosidad de la superficie del papel de aluminio, hace que las partículas de material activo y el contacto fluido mejor, pero si el grosor del recubrimiento es grueso o la uniformidad del recubrimiento es demasiado pobre,

Figura 3. (a) resistencia de lámina de recubrimiento de carbono 4 m; (b) resistencia de lámina del recubrimiento de carbono 4 m; (c) resistividad del electrodo de tres estados diferentes

Figura 4. Diagrama esquemático de la morfología de la superficie del papel de aluminio negro recubierto de carbono¹

En una palabra, agregar una capa intermedia efectiva entre el material activo y el fluido colector de metal, además de mejorar la resistencia de contacto interfacial, también tiene los siguientes beneficios sinérgicos potenciales: (1) una capa conductora química y electroquímicamente estable puede servir como una barrera de difusión efectiva, Evitando la difusión de oxígeno resultante de reacciones secundarias durante la descomposición de electrolitos y/o reacciones de incrustación de iones de litio, Previene efectivamente la formación de capas de óxido en la superficie del fluido colector de metales, Evitando así la degradación; (2) la capa conductora razonablemente formulada tiene buena conductividad, se pueden formar grandes áreas de contactos, baja resistencia en el colector de fluido y la interfaz de recubrimiento activo, esto favorece el rápido proceso de transferencia de carga;

3. Resumen

El papel de aluminio de carbón es un tipo de colección de fluido de cátodo seleccionado gradualmente por varios fabricantes de baterías. La evaluación de diferentes fórmulas y procesos del papel de aluminio al carbono también juega un papel importante en el desarrollo de la colección de fluidos. Al probar los parámetros de resistencia del papel de aluminio recubierto de carbono, puede ayudar a evaluar las diferencias en la fórmula y el proceso. al mismo tiempo que ayuda a los investigadores de baterías de litio a monitorear la estabilidad del proceso de recubrimiento.

Documentación de referencia

1. Busson, C, Blin, MA, Guichard, P., Soudan, P., Crosnier, O., Guyomard, D. y Lestriez, B. (2018). Un colector de corriente preparado para LiFePO4 recubierto de carbono de alto rendimiento electrodos sin aditivo de carbono. Journal of Power Sources, 406, 7-17.

2. Chen Peng, Ren Ning, Ji Xuemin, et al. Aplicación de papel de aluminio recubierto de carbón en baterías de grafito de litio/fosfato de hierro y litio [J]. New energy Progress, 2017,5 (2): 157-162.

3. Li Min, et al. Efecto del papel de aluminio de carbono recubierto en el rendimiento de las baterías de fosfato de hierro y litio [J]. Ciencia y tecnología de almacenamiento de energía, 2020, 9 (6), 1714-1719.