Đánh giá hiệu suất điện trở của lá nhôm phủ than

Là chất mang điện tử dẫn điện và mang các chất hoạt tính trong pin lithium-ion, bộ thu chất lỏng đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất cuối cùng của pin. Lá nhôm là bộ sưu tập chất lỏng điện cực dương được sử dụng phổ biến nhất, nhằm cải thiện tỷ lệ điện cực, chu kỳ và tuổi thọ, trên bề mặt lá nhôm được phủ một số lớp phủ dẫn điện, có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống tiếp xúc của giao diện chất lỏng và hạt hoạt tính, đồng thời cải thiện độ bền liên kết của vật liệu hoạt động và bộ sưu tập chất lỏng, giảm các hạt hoạt động trong quá trình của vấn đề bong tróc chu kỳ điện cực. Lớp phủ của lá nhôm carbon thường bao gồm muội than dẫn điện, graphene, ống nano carbon, v.v. Công thức của lớp phủ carbon, độ dày lớp phủ,và tính đồng nhất của lớp phủ cũng sẽ ảnh hưởng đến hiệu ứng lớp phủ phía dưới¹.

Bài báo này đã sử dụng phương pháp kiểm tra điện trở của tấm điện cực và phân tích tính đồng nhất của tấm điện cực dưới cùng.

Hình 1. Sơ đồ ảnh hưởng của bộ thu chất lỏng phủ carbon đến hiệu suất của tế bào¹

I. Thiết Bị Thí Nghiệm Và Phương Pháp Thí Nghiệm

1.1thiết bị thí nghiệm: điện trở tấm cực, model BER1300, đường kính điện cực 14mm, có thể tạo áp suất 5~60MP a. Thiết bị được thể hiện trong Hình 2 (a) và 1 (b).

Hình 2. (a) Sơ đồ ngoại quan BER1300; (b) Sơ đồ cấu trúc BER1300

1.2 Các mẫu được thử nghiệm: vật liệu phủ đáy có ba công thức, hai lá nhôm tráng có độ dày khác nhau, lá nhôm rỗng, lá nhôm tráng và tấm cực sau khi phủ vật liệu hoạt tính.

1.3 Phương pháp test: Cắt mẫu mảnh điện cực cần đo thành hình chữ nhật có kích thước khoảng 5cm 10cm, đặt lên bàn mẫu, cài đặt các thông số như áp suất test, thời gian duy trì áp suất trên phần mềm M RMS và bắt đầu test. Phần mềm tự động đọc độ dày, điện trở, điện trở suất, độ dẫn điện và các dữ liệu khác của miếng điện cực.

2. Phân tích dữ liệu

Thử nghiệm các công thức khác nhau của lá nhôm phủ than, Độ dày của lá nhôm rỗng là 10 m, Độ dày của hai lớp phủ carbon lần lượt là 7 m và 4 m, Các điện trở của tấm cực thử nghiệm được thể hiện trong Hình 3 (a) và (b), Có thể thấy rằng điện trở của các công thức khác nhau của lá nhôm phủ than thay đổi rất nhiều, Có sẵn từ hàng chục m Ω ~ hàng chục Ω, Và được đánh giá từ điện trở đồng nhất của các vị trí khác nhau của tấm cực đơn, Độ đồng đều của lá nhôm phủ than cũng khác nhau rất nhiều giữa các quy trình khác nhau, chẳng hạn như 4 mR (Ω) -1 và 7 mR (Ω) -1, Nó chỉ ra rằng độ đồng đều điện trở kém ở các vị trí khác nhau, Lớp phủ này quá mỏng. Có thể có hiện tượng rò rỉ lớp phủ hoặc phân bố vật liệu carbon không đồng đều¹.

Theo dữ liệu trong Hình 3 (c), độ dẫn điện của lá nhôm rỗng là tốt nhất. Khi lớp phủ carbon và vật liệu hoạt tính được thêm vào, điện trở suất của tấm cực được kiểm tra bằng cách sử dụng nguyên tắc hai đầu dò tăng dần, điều này cho thấy rằng việc bổ sung lớp phủ sẽ tạo ra điện trở tiếp xúc giữa các hạt, làm suy yếu độ dẫn điện của các điện tử. Mặc dù người ta thường tin rằng trên bề mặt của lá nhôm, lớp phủ tăng lên sẽ cải thiện tính dẫn điện của điện cực, nhưng điều này chủ yếu là do lớp phủ làm tăng độ nhám bề mặt của lá nhôm, làm cho các hạt vật liệu hoạt động và chất lỏng tiếp xúc tốt hơn, nhưng nếu độ dày của lớp phủ dày hoặc độ đồng đều của lớp phủ quá kém,

Hình 3. (a) điện trở lá của lớp phủ carbon 4 m; (b) điện trở lá của lớp phủ carbon 4 m; (c) điện trở suất của ba trạng thái khác nhau

Hình 4. Sơ đồ hình thái bề mặt của lá nhôm đen phủ carbon¹

Nói một cách dễ hiểu, Thêm một lớp trung gian hiệu quả giữa vật liệu hoạt động và chất lỏng thu thập kim loại, Ngoài việc cải thiện điện trở tiếp xúc giữa các bề mặt, Nó còn có các lợi ích hiệp đồng tiềm năng sau: (1) một lớp dẫn điện ổn định về mặt hóa học và điện hóa có thể đóng vai trò như một rào cản khuếch tán hiệu quả, Ngăn chặn sự khuếch tán oxy do các phản ứng phụ trong quá trình phân hủy chất điện phân và / hoặc phản ứng nhúng lithium-ion, Ngăn chặn hiệu quả sự hình thành các lớp oxit trên bề mặt của chất lỏng thu kim loại, Do đó ngăn chặn sự xuống cấp; (2) lớp dẫn điện có công thức hợp lý có độ dẫn điện tốt, Có thể hình thành các vùng tiếp xúc lớn, Điện trở thấp tại giao diện của bộ thu chất lỏng và lớp phủ tích cực, Điều này có lợi cho quá trình truyền điện tích nhanh;

3. Tóm tắt

Lá nhôm than là một loại bộ sưu tập chất lỏng catốt dần dần được lựa chọn bởi các nhà sản xuất pin khác nhau. Việc đánh giá các công thức và quy trình khác nhau của lá nhôm carbon cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển bộ sưu tập chất lỏng. Bằng cách kiểm tra các thông số điện trở của lá nhôm phủ carbon, nó có thể giúp đánh giá sự khác biệt trong công thức và quy trình, đồng thời giúp các nhà nghiên cứu pin lithium theo dõi sự ổn định của quá trình sơn lót.

Tài liệu tham khảo

1. Busson, C, Blin, MA, Guichard, P., Soudan, P., Crosnier, O., Guyomard, D., & Lestriez, B.(2018). Bộ thu dòng điện mồi cho LiFePO4 phủ carbon hiệu suất cao các điện cực không có chất phụ gia carbon.Journal of Power Sources, 406, 7-17.

2. Chen Peng, Ren Ning, Ji Xuemin, et al. Ứng dụng của lá nhôm phủ than trong pin lithium graphite / lithium iron phosphate [J]. Tiến trình năng lượng mới, 2017,5 (2): 157-162.

3. Li Min, et al. Ảnh hưởng của lá nhôm carbon phủ lên hiệu suất của pin lithium iron phosphate [J]. Khoa học và Công nghệ Lưu trữ Năng lượng, 2020,9 (6), 1714-1719.