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

El colector de corriente, como portador que conduce electrones y transporta materiales activos dentro de la batería de iones de litio, juega un papel importante en el rendimiento final de la batería. El papel de aluminio es el colector de corriente positiva más utilizado. Para mejorar la velocidad, el ciclo y la vida útil del electrodo, se recubren algunos recubrimientos conductores en la superficie del papel de aluminio, lo que puede mejorar de manera efectiva la resistencia de contacto de la interfaz entre el colector de corriente y las partículas activas, y mejorar la resistencia de contacto entre el material activo y el colector actual. Excelente fuerza de unión, lo que reduce el desprendimiento de partículas activas durante el ciclo del electrodo. El recubrimiento de papel de aluminio recubierto de carbono generalmente incluye negro de carbón conductor, grafeno, nanotubos de carbono, etc. La fórmula de la capa recubierta de carbono,

En este documento, el método de prueba de resistencia de la pieza polar se utiliza para comparar la diferencia de resistencia de láminas de aluminio recubiertas de carbono con diferentes formulaciones y diferentes espesores de recubrimiento y analizar la uniformidad de las piezas polares recubiertas por el fondo.

Figura 2. Diagrama esquemático del efecto del colector de corriente recubierto de carbono en el rendimiento de la celda de la batería

1. Equipo experimental y métodos de prueba

1.1 Equipo experimental: medidor de resistencia de electrodo, modelo BER1300 (IEST), diámetro del electrodo 14 mm, puede aplicar una presión de 5 ~ 60 MPa. El dispositivo se muestra en las Figuras 2(a) y 1(b).

Figura 2. (a) Aspecto de BER1300; (b) Estructura de BER1300

1.2 Muestras a ensayar: tres formulaciones de materiales de imprimación, dos tipos de láminas de aluminio recubiertas de carbono con diferentes espesores, lámina de aluminio vacía, lámina de aluminio recubierta de carbono y piezas polares recubiertas con materiales activos.

1.3 Método de prueba: corte la muestra de la pieza polar que se va a probar en un tamaño rectangular de aproximadamente 5 cm × 10 cm, colóquela en la plataforma de la muestra, establezca la presión de prueba, el tiempo de mantenimiento de la presión y otros parámetros en el software MRMS, inicie la prueba y el software leerá automáticamente el espesor, la resistencia, la resistividad, la conductividad y otros datos de la pieza polar.

2. Análisis de datos

Se probaron las láminas de aluminio recubiertas de carbono con diferentes formulaciones. El espesor de la lámina de aluminio vacía era de 10 μm, y los espesores de las dos capas recubiertas de carbono eran de 7 μm y 4 μm respectivamente. La resistencia de la lámina de aluminio recubierta de carbono de la fórmula varía mucho, desde decenas de mΩ hasta decenas de Ω, y desde la uniformidad de la resistencia en diferentes posiciones de una sola pieza polar, la uniformidad de las láminas de aluminio recubiertas de carbono de diferentes Los procesos también son muy diferentes, como 4 μm -R (Ω) -1 y 7 μm-R (Ω) -1, los diagramas de caja de resistencia de las dos láminas de aluminio recubiertas de carbón son más anchas, lo que indica que la uniformidad de la resistencia en diferentes posiciones es deficiente, lo que está relacionado con el hecho de que el revestimiento es demasiado delgado y pueden producirse fugas. Está relacionado con la distribución desigual del revestimiento o los materiales de carbono.

Al analizar los datos de la Figura 3(c), la conductividad del papel de aluminio vacío es la mejor. Cuando se agregan la capa recubierta de carbono y el material activo, la resistividad de la pieza polar medida por el principio de dos sondas aumenta gradualmente, lo que demuestra que la adición del recubrimiento introducirá resistencia de contacto entre las partículas, lo que debilitará la conductividad. de electrones Aunque generalmente se cree que agregar una capa de revestimiento de carbono en la superficie del papel de aluminio aumentará la conductividad del electrodo, esto se debe principalmente a que la capa de revestimiento de carbono aumenta la rugosidad de la superficie del papel de aluminio y hace que el contacto entre las partículas de material activo y el colector actual mejor. La uniformidad del recubrimiento grueso o deficiente también afectará la uniformidad conductiva del electrodo de recubrimiento de material activo.

Figura 3. (a) Resistencia de lámina con un espesor de capa recubierta de carbono de 4 μm; (b) Resistencia de lámina con un espesor de capa recubierta de carbono de 4 μm; (c) Resistividad del electrodo en tres estados diferentes.

Figura 4. Diagrama esquemático de la morfología de la superficie de una lámina de aluminio recubierta con negro de humo

En resumen, agregar una capa intermedia efectiva entre el material activo y el colector de corriente 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 un La barrera de difusión evita la difusión del oxígeno generado debido a la descomposición de electrolitos y/o reacciones secundarias durante las reacciones de intercalación de iones de litio y evita de manera efectiva la formación de una capa de óxido en la superficie del colector de corriente de metal, evitando así la degradación; (2) Una capa conductora con una formulación razonable tiene buena conductividad, puede formar una gran área de contacto, el colector de corriente y la resistencia de la interfaz de recubrimiento activo es baja, lo que favorece el rápido proceso de transferencia de carga; (3) la flexibilidad y el amortiguador mecánico de la capa conductora pueden mejorar la adhesión de la interfaz física Se han realizado esfuerzos para minimizar los problemas asociados con la pérdida gradual del área de contacto causada por las tensiones generadas en la interfaz durante reacciones cíclicas a largo plazo. Al diseñar y desarrollar recubrimientos conductores únicos, los experimentos han demostrado que las capas interfaciales conductoras pueden mejorar significativamente el rendimiento electroquímico, como la capacidad reversible específica, la capacidad de retención, la capacidad de velocidad, etc.

3.Resumen

El papel de aluminio recubierto de carbono es un colector de corriente positiva que varios fabricantes de baterías están utilizando gradualmente. La evaluación de diferentes formulaciones y procesos de láminas de aluminio recubiertas de carbono también juega un papel importante en el desarrollo de colectores actuales. Al probar los parámetros de resistencia del papel de aluminio recubierto de carbono, puede ayudar a evaluar las diferencias en las formulaciones y los procesos y, al mismo tiempo, ayudar a los desarrolladores de baterías de litio a monitorear la estabilidad del proceso de imprimación.

Referencias

1. Busson, C, Blin, MA, Guichard, P., Soudan, P., Crosnier, O., Guyomard, D. y Lestriez, B. (2018). Un colector de corriente cebado para electrodos LiFePO4 recubiertos de carbono de alto rendimiento sin aditivo de carbono. Revista de fuentes de energía, 406, 7-17.

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