Tác nhân dẫn điện ảnh hưởng như thế nào đến tính dẫn điện tử của hỗn hợp bột & điện cực

Vật liệu bột điện cực dương và âm, chất phân tách, chất điện phân, chất dẫn điện, chất kết dính, bộ thu dòng, v.v. là nguyên liệu chính để sản xuất pin lithium-ion; việc sản xuất pin lithium-ion là xử lý các nguyên liệu thô này thành pin theo quy trình điều kiện quy trình tối ưu. Những thay đổi về thông số của những nguyên liệu thô này yêu cầu tối ưu hóa có mục tiêu và điều chỉnh các điều kiện của quy trình để thu được pin lithium-ion với hiệu suất điện tối ưu. Thiết kế tham số của các điện cực dương và âm của pin lithium-ion là chìa khóa để phát triển công nghệ pin lithium, bao gồm tải vật liệu hoạt tính, độ xốp, độ dày và tỷ lệ giữa vật liệu hoạt tính, chất dẫn điện và chất kết dính. Trong đó, thể loại, nội dung,

Trong thiết kế quy trình tấm điện cực thực tế, độ dẫn điện tử của vật liệu hoạt động, đặc biệt là vật liệu điện cực dương, tương đối kém và đường vận chuyển điện tử chủ yếu được thực hiện bằng đường tác nhân dẫn điện. Hình 1 là sơ đồ vi cấu trúc của một tấm điện cực lithium ở trạng thái lý tưởng. Độ dẫn điện tử của miếng cực ảnh hưởng đến hiệu suất cơ bản của pin, không chỉ giới hạn ở hiệu suất năng lượng của pin mà còn ảnh hưởng đến độ tin cậy và hiệu suất an toàn của pin. Điện trở của tấm điện cực có thể đánh giá tốt hơn hiệu suất của mạng dẫn điện hoặc tính đồng nhất của vi cấu trúc điện cực trong quá trình chế tạo điện cực và giúp nghiên cứu và cải thiện công thức điện cực cũng như các thông số điều khiển của quá trình trộn, phủ và cán. Trong nghiên cứu hiện tại về pin lithium, ngày càng có nhiều nhà nghiên cứu chú ý đến độ dẫn điện tử của cấp độ mảnh cực, đồng thời chú ý đến độ dẫn điện tử của vật liệu bột pin lithium và cố gắng tìm ra mối tương quan giữa hai loại này, để dự đoán trực tiếp độ dẫn điện tử của lớp điện cực từ mức vật liệu bột.

Hình 1. Sơ đồ vi cấu trúc điện cực lý tưởng

Bài viết này chủ yếu kết hợp các vật liệu bột pin lithium-ion dòng NCM523, kết hợp với chất kết dính PVDF và chất dẫn điện SP để đánh giá độ dẫn điện tử của bột hỗn hợp sau khi trộn sơ bộ ở mức bột, đồng thời, quá trình chuẩn bị và phủ bùn được thực hiện trên bột với cùng một tỷ lệ, độ dẫn điện tử của mảnh cực đã hoàn thiện được đánh giá, ảnh hưởng của các chất dẫn điện đến độ dẫn điện của từng lớp được làm rõ và bước đầu khám phá mối tương quan của nó.

1.  Phương pháp kiểm tra

1.1  Thiết bị kiểm tra: Sử dụng máy đo điện trở bột sê-ri PRCD3100 (IEST) để đo và đánh giá độ dẫn điện của vật liệu bột; sử dụng máy đo điện trở mảnh cực sê-ri BER2500 (IEST) để đánh giá độ dẫn điện của mảnh cực.

Hình 2. (a) Sơ đồ cấu trúc & bề ngoài của sê-ri PRCD; ( b ) Sơ đồ cấu trúc & xuất hiện của sê-ri BER.

1.2 Chuẩn bị mẫu và thử nghiệm

1.2.1 Theo: NCM:PVDF=19:1 và NCM:SP:PVDF=18:1:1 tương ứng, trộn đều và chuẩn bị các loại bột đã trộn với các tỷ lệ NCM khác nhau và tiến hành kiểm tra độ bền của bột trong khoảng 10-200MPa.

1.2.2 Chuẩn bị bùn theo các thông số tỷ lệ trong Bảng 1, sử dụng dụng cụ cạo 200μm để tráng thủ công và kiểm tra điện trở của điện cực.

Bảng 1. Tỷ lệ bùn để chuẩn bị điện cực

2. Kết quả kiểm tra

Thử nghiệm kháng bột được thực hiện trên SP, NCM và bột hỗn hợp NCM+PVDF và NCM+SP+PVDF tương ứng, Từ kết quả thử nghiệm trong Bảng 2 và Hình 3, có thể thấy rằng, bất kể ở áp suất thấp hay áp suất cao, sau khi thêm chất kết dính PVDF vào bột hoạt tính NCM, độ dẫn điện tử rõ ràng bị suy giảm. Tuy nhiên, sau khi thêm SP có độ dẫn điện tốt hơn, độ dẫn điện tử của bột hỗn hợp đã được cải thiện đáng kể. Trong quá trình đánh giá độ dẫn điện tử của bột hoạt động tích cực của pin lithium-ion, độ dẫn điện tử chủ yếu là độ dẫn tiếp xúc giữa các hạt, Sau khi thêm bột PVDF có độ dẫn điện tử kém, bột PVDF sẽ giảm tỷ lệ tiếp xúc giữa các hạt. các hạt hoạt động ban đầu, dẫn đến thay đổi đường dẫn tổng thể, do đó sẽ dẫn đến giảm độ dẫn điện tử tổng thể.

Vai trò của chất dẫn điện trong điện cực pin lithium-ion là cung cấp một kênh truyền điện tử. Một lượng thích hợp của chất dẫn điện có thể thu được khả năng phóng điện tương đối cao và hiệu suất chu kỳ tốt, nếu hàm lượng chất dẫn điện quá cao hoặc quá thấp sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất điện. Nếu hàm lượng chất dẫn điện quá cao, hàm lượng tương đối của vật liệu hoạt tính sẽ giảm, điều này sẽ làm giảm dung lượng cụ thể của pin, khi hàm lượng quá thấp, sẽ có ít kênh dẫn điện tử, không thuận lợi cho việc sử dụng chất dẫn điện cao. sạc và xả hiện tại, và tỷ lệ sử dụng vật liệu hoạt động trong điện cực tương đối thấp. Từ kết quả kiểm tra độ bền của bột,

Bảng 2. Bảng so sánh kết quả kiểm tra khả năng kháng bột

Hình 3. Kết quả test độ bền bột ở điều kiện áp suất 10MPa & 200MPa

Để làm rõ hơn mối tương quan về độ dẫn điện tử giữa các vật liệu, bùn được chuẩn bị theo tỷ lệ trong Bảng 1 cho các loại bột khác nhau và dụng cụ cạo được sử dụng để phủ thủ công trong cùng điều kiện. Bảng 3 & Hình 4 cho thấy kết quả kiểm tra điện trở của điện cực. Độ dẫn điện tử của điện cực khá khác nhau theo các tỷ lệ khác nhau. So với Bảng 2 & Hình 3, kết quả kháng bột hỗn hợp, ở cấp độ mảnh cực, độ dẫn điện cũng được cải thiện nhanh chóng sau khi thêm chất dẫn điện SP. Cần làm rõ thêm rằng việc bổ sung chất dẫn điện ở cấp độ bột trộn sẵn hoặc cấp độ mảnh cực có thể tăng cường hiệu quả đường dẫn điện tử. Việc tối ưu hóa tỷ lệ của chất dẫn điện cũng rất quan trọng trong giai đoạn phát triển của quy trình điện cực thực tế. Lượng chất dẫn điện có liên quan mật thiết đến kích thước hạt của vật liệu dẫn điện và tỷ lệ của vật liệu hoạt động. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu hoạt động càng lớn thì kích thước hạt của chất dẫn điện càng lớn và lượng chất dẫn điện càng nhiều, tỷ lệ tối ưu phải được xác định thông qua các thí nghiệm có hệ thống dựa trên mô hình lý thuyết của percolation của mạng dẫn điện.

Bảng 3. Bảng so sánh kết quả đo điện trở

Hình 4. So sánh giá trị trung bình của kết quả kiểm tra điện trở điện cực theo các công thức khác nhau

3. Tóm tắt

Trong bài báo này, thiết bị kiểm tra điện trở bột sê-ri PRCD và thiết bị kiểm tra điện trở mảnh cực sê-ri BER được sử dụng để đánh giá một cách có hệ thống hiệu suất điện trở từ hai cấp độ bột hỗn hợp và điện cực, làm rõ vai trò và ảnh hưởng của các chất dẫn điện và làm rõ mối tương quan giữa các xu hướng giữa các cấp độ khác nhau, dựa trên điều này, công thức hệ thống có thể được tối ưu hóa hơn nữa và hiệu suất của lớp điện cực có thể được ước tính sơ bộ từ hiệu suất của bột, mang đến một ý tưởng mới cho sự phát triển của công nghệ pin lithium-ion.

4. Tài liệu tham khảo

1. BG Westphal et al. Tạp chí Lưu trữ Năng lượng 11 (2017) 76–85.

2. Kentaro Kuratani và cộng sự. Tạp chí Hiệp hội Điện hóa, 166 (2019) (4) A501-A506.

3. Chen YH, Wang CW , Liu G ,et al.Selection of Conductive Additives in Li-Ion Battery Cathode[J].Journal of the Electrochemical Society,2007, 154(10):A978.

4. Miranda D, Goren A, Costa CM, et al. Mô phỏng lý thuyết về mối quan hệ tối ưu giữa vật liệu hoạt tính, chất kết dính và phụ gia dẫn điện cho catốt pin lithium-ion[J].Energy, 2019, 172(APR.1):68 -78.

5.mikoWoo@cuộc sống lý tưởng. Cơ sở lý thuyết và công nghệ mảnh cực của pin lithium-ion.