Estudio sobre la correlación de la fórmula del lodo y la resistividad

La suspensión de electrodos positivo y negativo de la batería de litio es un sistema de mezcla de dos fases sólido-líquido formado por la sustancia activa, el agente conductor y el aglutinante dispersos en el solvente. La suspensión de electrodos ideal debe cumplir con los siguientes requisitos: (1) dispersar el agregado de partículas de sustancia activa y agente conductor en la medida de lo posible; (2) abrir la cadena larga de agente conductor para dispersar aún más el agente conductor de cadena; (3) formar la disposición más adecuada de sustancia activa, conductor y aglutinante; (4) mantener la estructura de suspensión óptima y la estabilidad de la composición de la suspensión y evitar el asentamiento y la aglomeración. La uniformidad y la estabilidad afectan en gran medida la consistencia y las propiedades electroquímicas de la celda. Si las partículas sólidas se dispersan de manera desigual o se asientan rápidamente en el solvente,

En el diseño del electrodo de la batería de iones de litio, la red tridimensional formada por el agente conductor conecta las partículas activas, que es la ruta principal de transmisión de electrones. Además, cuando la conductividad electrónica muy baja de la sustancia activa, especialmente el material del cátodo, también necesita el agente conductor para promover la conducción electrónica. 

Por lo tanto, en el diseño de baterías de iones de litio, debemos seleccionar el agente conductor correspondiente de acuerdo con los diferentes materiales activos y los diferentes propósitos (mejorar el rendimiento del multiplicador, el rendimiento del ciclo y mejorar la capacidad específica irreversible). El material, la morfología, el tamaño de las partículas, el orden de mezcla, la cantidad adicional del agente conductor y el estado compuesto de los diferentes tipos de agentes conductores tienen diferentes efectos en las baterías de iones de litio. Además, el estado de distribución del agente conductor también es crítico. , El posible estado de distribución del agente conductor en la suspensión es como se muestra en la Figura 1: (1) el agente conductor se junta, no se dispersa; (2) Dispersión uniforme del agente conductor, pero suspendido individualmente en la suspensión, No estrechamente combinado con el agente conductor del material activo; (3) Estado de distribución ideal del agente conductor en la suspensión: dispersión uniforme del agente conductor, forma una fina capa conductora en la superficie de las partículas de material activo; El agente conductor está en contacto cercano con la superficie de las partículas del material activo, lo que permite que los electrones participen de manera efectiva en la reacción de eliminación/incrustación de litio; Los agentes conductores están conectados entre sí, forman una vía de electrones con cada partícula de material activo. Permitir que los electrones participen de manera efectiva en la reacción de remoción/incrustación de litio; Los agentes conductores están conectados entre sí, forman una vía de electrones con cada partícula de material activo. Permitir que los electrones participen de manera efectiva en la reacción de remoción/incrustación de litio; Los agentes conductores están conectados entre sí, forman una vía de electrones con cada partícula de material activo.

Figura 1 Estado de distribución del agente conductor en la suspensión

Medir la resistividad de la suspensión puede evaluar la dispersión y la conductividad de las partículas al nivel de la suspensión. En la actualidad, el agente conductivo estudia el modelo de red conductiva, pero el análisis cuantitativo de la resistividad es raro. Este artículo analiza la relación entre el contenido de sólidos, la resistividad y la viscosidad, y verifica el tipo de conductividad del electrodo positivo y negativo cambiando la curva de corriente-voltaje.

1 método de prueba

1.1 Equipo de prueba: el BSR2300 se utiliza para representar la resistividad de la pasta de electrodos positiva y negativa con diferente contenido de sólidos y viscosidad.

Figura 2. Diagrama de apariencia del BSR2300

1.2 Proporción de lodo:

Tabla 1 Proporción de lodo

2 resultados de la prueba

De acuerdo con la fórmula de la Tabla 1, la pasta de electrodos positiva y negativa con diferente contenido de sólidos se configuran respectivamente para probar la viscosidad y la resistividad respectivamente. 

Como se muestra en la Tabla 2, la viscosidad de la pasta de electrodos positiva y negativa aumenta con el aumento del contenido de sólidos, mientras que la resistividad disminuye constantemente. Como se muestra en la Figura 3, cuando el contenido de sólidos de L CO es superior al 50 %, la viscosidad aumenta considerablemente, esto puede deberse a que, a medida que aumenta el contenido de sólidos, aumentan las partículas de óxido de cobalto y litio por unidad de volumen, lo que aumenta la densidad de las partículas de óxido de cobalto y litio. la colisión agravará la fuerza de interacción entre las partículas en el sistema, lo que dará como resultado un aumento de la viscosidad y un aumento brusco del punto del umbral entre las partículas. Como se muestra en la Figura 3, cuando el contenido sólido de grafito está por debajo del 35 %, la resistividad disminuye a medida que aumenta el contenido sólido, y cuando el contenido sólido es superior al 35 %, la resistividad cambia lentamente con el contenido sólido.

Tabla 2. Contenido de sólidos, viscosidad y resistividad de la suspensión de electrodos positivos y negativos

HIGO. 3 Tendencia de cambio de resistividad y viscosidad de pasta de electrodo positiva y negativa con contenido sólido

Para estudiar más a fondo el modo de conductividad eléctrica en el sistema de suspensión de electrodos positivo-negativo de la batería de litio, se diseñó el experimento IV para verificarlo, como se muestra en la Figura 4. Los valores de 0,001 mA, 0,0015 mA, 0,002 mA, 0,0025 mA, 0,003 mA se aplicó corriente a la pasta de óxido de cobalto y litio ya la pasta de grafito respectivamente, y se recogió la señal de voltaje. La Figura 4 muestra que la relación lineal entre corriente y voltaje es obvia. La ley de Ohm compuesta básica muestra que los tipos conductores de pasta positiva de óxido de cobalto y litio y pasta negativa de grafito son principalmente de conductancia electrónica, es decir, los electrones se transmiten a las partículas mismas a través del contacto entre las partículas y luego construyen una multidimensional red conductora, que muestra un cierto rendimiento conductivo.

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Figura 4. Curva IV del material

Resumir

En este documento, se utilizó BSR2300 para analizar la relación entre la resistividad, la viscosidad y el contenido de sólidos de la pasta de electrodos positiva y negativa de la batería de litio, y se encontró que la resistividad de la pasta de electrodos positiva y negativa se reduce significativamente con el aumento del contenido de sólidos. Mientras tanto, a través de la curva IV para demostrar que el sistema de pasta de electrodos positivo y negativo de la batería de litio se basa en la conductancia electrónica.

Documentación de referencia

1. BGWestphal et al.Journal of Energy Storage 11 (2017) 76–85.

2. Kentaro Kuratani et al.Journal of The Electrochemical Society, 166 (2019) (4) A501-A506.