Đánh giá hiệu suất điện trở của lá nhôm phủ carbon

Bộ thu dòng điện, với tư cách là chất mang dẫn điện tử và mang các vật liệu hoạt động bên trong pin lithium-ion, đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất cuối cùng của pin. Lá nhôm là bộ thu dòng điện tích cực được sử dụng nhiều nhất. Để cải thiện tốc độ, chu kỳ và tuổi thọ của điện cực, một số lớp phủ dẫn điện được phủ trên bề mặt của lá nhôm, có thể cải thiện hiệu quả điện trở tiếp xúc giao diện giữa bộ thu dòng và các hạt hoạt động, đồng thời cải thiện điện trở tiếp xúc giữa vật liệu hoạt động và bộ sưu tập hiện tại. Độ bền liên kết tuyệt vời, giảm bong tróc các hạt hoạt động trong quá trình quay vòng điện cực. Lớp phủ của lá nhôm phủ carbon thường bao gồm carbon đen dẫn điện, graphene, ống nano carbon, v.v. Công thức của lớp phủ carbon,

Trong bài báo này, phương pháp kiểm tra điện trở mảnh cực được sử dụng để so sánh sự khác biệt về điện trở của các lá nhôm phủ carbon với các công thức khác nhau và độ dày lớp phủ khác nhau, đồng thời phân tích tính đồng nhất của các miếng cực được phủ đáy.

Hình 2. Sơ đồ ảnh hưởng của bộ thu dòng phủ carbon đến hiệu suất của pin

1. Thiết bị thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm

1.1 Thiết bị thí nghiệm: Máy đo điện trở, model BER1300 (IEST), đường kính điện cực 14mm, có thể tạo áp suất 5~60MPa. Thiết bị được hiển thị trong Hình 2 (a) và 1 (b).

Hình 2. (a) Sự xuất hiện của BER1300; (b) Cấu trúc của BER1300

1.2 Các mẫu thử nghiệm: ba công thức vật liệu sơn lót, hai loại lá nhôm phủ carbon có độ dày khác nhau, lá nhôm rỗng, lá nhôm phủ carbon và miếng cực phủ vật liệu hoạt tính.

1.3 Phương pháp kiểm tra: Cắt mẫu cực cần kiểm tra thành hình chữ nhật có kích thước khoảng 5cm × 10 cm, đặt nó lên bàn mẫu, đặt áp suất kiểm tra, thời gian giữ áp suất và các thông số khác trên phần mềm MRMS, bắt đầu kiểm tra và phần mềm sẽ tự động đọc Độ dày, điện trở, điện trở suất, độ dẫn điện và các dữ liệu khác của mảnh cực.

2. Phân tích dữ liệu

Các lá nhôm phủ carbon với các công thức khác nhau đã được thử nghiệm. Độ dày của lá nhôm rỗng là 10 μm và độ dày của hai lớp phủ carbon lần lượt là 7 μm và 4 μm. Điện trở của lá nhôm phủ carbon theo công thức rất khác nhau, từ hàng chục mΩ đến hàng chục Ω, và từ tính đồng nhất của điện trở ở các vị trí khác nhau của một mảnh cực, tính đồng nhất của các lá nhôm phủ carbon khác nhau các quy trình cũng rất khác nhau, chẳng hạn như 4μm -R(Ω)-1 và 7μm-R(Ω)-1, sơ đồ hộp điện trở của hai lá nhôm phủ than rộng hơn, cho thấy tính đồng nhất của điện trở ở các vị trí khác nhau là kém, liên quan đến lớp phủ quá mỏng và có thể xảy ra rò rỉ. Liên quan đến sự phân bố không đều của lớp phủ hoặc vật liệu carbon.

Phân tích 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 miếng cực được đo bằng nguyên tắc hai đầu dò tăng dần, điều này cho thấy việc bổ sung lớp phủ sẽ tạo ra điện trở tiếp xúc giữa các hạt, điều này sẽ làm suy yếu độ dẫn điện của các điện tử. Mặc dù người ta thường tin rằng việc thêm một lớp phủ carbon trên bề mặt lá nhôm sẽ làm tăng độ dẫn điện của điện cực, nhưng điều này chủ yếu là do lớp phủ carbon làm tăng độ nhám bề mặt của lá nhôm và tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt vật liệu hoạt động. và bộ sưu tập hiện tại tốt hơn. Độ đồng đều của lớp phủ dày hoặc kém cũng sẽ ảnh hưởng đến tính đồng nhất dẫn điện của điện cực lớp phủ vật liệu hoạt động.

Hình 3. (a) Điện trở của lá có độ dày lớp phủ carbon là 4 μm; ( b ) Điện trở của lá có độ dày lớp phủ carbon là 4 μm; (c) Điện trở suất ở ba trạng thái khác nhau.

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

Tóm lại, việc thêm một lớp trung gian hiệu quả giữa vật liệu hoạt động và bộ thu dòng kim loại, ngoài việc cải thiện điện trở tiếp xúc giữa các bề mặt, còn có các lợi ích hiệp đồng tiềm năng sau: (1) Lớp dẫn điện ổn định về mặt hóa học và điện hóa có thể đóng vai trò là lớp dẫn điện hiệu quả Rào cản khuếch tán ngăn chặn sự khuếch tán của oxy được tạo ra do sự phân hủy chất điện phân và/hoặc phản ứng phụ trong các phản ứng xen kẽ ion lithium, đồng thời ngăn chặn hiệu quả sự hình thành lớp oxit trên bề mặt của bộ thu dòng kim loại, do đó ngăn chặn sự xuống cấp; (2) Lớp dẫn điện với công thức hợp lý có độ dẫn điện tốt, có thể tạo thành diện tích tiếp xúc lớn, bộ thu dòng và điện trở giao diện lớp phủ hoạt động thấp, có lợi cho quá trình truyền điện tích nhanh; (3) tính linh hoạt và bộ đệm cơ học của lớp dẫn điện có thể tăng cường độ bám dính của giao diện vật lý Các nỗ lực đã được thực hiện để giảm thiểu các vấn đề liên quan đến việc mất dần diện tích tiếp xúc do ứng suất tạo ra tại giao diện trong các phản ứng tuần hoàn dài hạn. Bằng cách thiết kế và phát triển các lớp phủ dẫn điện độc đáo, các thí nghiệm đã chứng minh rằng các lớp giao diện dẫn điện có thể cải thiện đáng kể hiệu suất điện hóa, chẳng hạn như khả năng đảo ngược cụ thể, khả năng duy trì khả năng, khả năng tốc độ, v.v.

3.Tóm tắt

Lá nhôm phủ carbon là một bộ thu dòng điện dương đang dần được các nhà sản xuất pin khác nhau sử dụng. Việc đánh giá các công thức và quy trình khác nhau của lá nhôm phủ carbon cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các bộ sưu tập hiện tại. 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 phát triển pin lithium theo dõi độ ổn định của quy trình sơn lót.

Người giới thiệu

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

2.Chen Peng, Ren Ning, Ji Xuemin, et al. Nghiên cứu ứng dụng lá nhôm phủ carbon trong pin than chì/LiFePO4[J]. Tiến bộ năng lượng mới, 2017, 5(2): 157-162.

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