Công thức và quy trình đánh giá quá trình và phương pháp điện trở điện cực của pin lithium-ion

Là một sản phẩm trung gian quan trọng trong quy trình sản xuất pin lithium-ion, các miếng cực phải áp dụng các phương pháp giám sát đáng tin cậy để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định tuyệt vời của chúng. Chu kỳ, tỷ lệ, an toàn và hiệu suất khác. Mảnh cực chứa vật liệu hoạt động, chất dẫn điện và chất kết dính. Để tăng mật độ năng lượng của pin lithium-ion, tỷ lệ vật liệu hoạt động ngày càng cao hơn, nhưng ảnh hưởng của tỷ lệ hàm lượng chất dẫn điện thích hợp và loại chất dẫn điện đối với hiệu suất tốc độ của pin cũng là 2- 7 điều không thể bỏ qua. Trong quy trình cán mảnh cực, nhân viên R&D cũng là một thách thức lớn trong việc thiết lập áp suất lăn phù hợp để đảm bảo mật độ nén của mảnh cực nằm trong phạm vi thích hợp, 

Trong bài báo này, phương pháp điện trở mảnh cực được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất dẫn điện trong mảnh cực và mật độ nén đến độ dẫn điện của mảnh cực, hỗ trợ mạnh mẽ cho nhân viên nghiên cứu và phát triển để xác định công thức tối ưu và các thông số quá trình.

1.Thiết bị thí nghiệm và phương pháp thử

1.1Thiết 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 1 (a) và 1 (b).

Hình 1. (a) Sự xuất hiện của BER1300; (b) Cấu trúc của BER1300

1.2 Phương pháp kiểm tra: Cắt mảnh 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 của miếng cực, điện trở, điện trở suất, độ dẫn điện và các dữ liệu khác.

2. Phân tích dữ liệu

2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng carbon dẫn điện trong tấm điện cực dương

Đối với mảnh cực dương, do bản thân vật liệu hoạt động có tính dẫn điện kém, nên việc thêm một tỷ lệ chất dẫn điện nhất định chắc chắn là một"gửi than trong tuyết"để cải thiện độ dẫn điện của mảnh cực. Thay đổi hàm lượng carbon dẫn điện trong mảnh cực ba thành 1%, 3%, 5%, 7% tương ứng và giữ nguyên các thông số quy trình khác. Sử dụng BER1300 để kiểm tra điện trở suất của miếng cực. Áp suất kiểm tra được đặt thành 25MPa và thời gian giữ là 25 giây. Các mẫu song song đã được thử nghiệm 5 lần và kết quả được hiển thị trong Hình 2. Sử dụng minitab để phân tích phương sai của điện trở suất của bốn nhóm cực có hàm lượng carbon dẫn điện khác nhau, có thể thấy từ kết quả thử nghiệm rằng P<0,05 cho thấy điện trở suất của bốn nhóm miếng cực có sự khác biệt đáng kể và có thể thấy từ quy luật thay đổi của giá trị trung bình khi carbon dẫn điện Khi hàm lượng tăng lên, điện trở suất của miếng cực ba giảm dần. Khi hàm lượng carbon dẫn điện lớn hơn 5%, điện trở suất sẽ giảm một lượng nhỏ. Nhân viên nghiên cứu và phát triển có thể xác định tỷ lệ carbon dẫn điện tối ưu theo yêu cầu về mật độ năng lượng của pin. 

Hình 2. Phân tích phương sai điện trở suất của bốn nhóm miếng cực ba với hàm lượng cacbon dẫn điện khác nhau

2.2 Ảnh Hưởng Của Hàm Lượng Chất Dẫn Điện Trong Mảnh Cực Âm

Trong tấm điện cực âm, do bản thân vật liệu than chì có độ dẫn điện tốt hơn nên việc thêm chất dẫn điện có độ dẫn điện tốt hơn là"đóng băng trên bánh". Thay đổi hàm lượng ống nano carbon trong mảnh cực than chì lần lượt thành 2%, 3% và 4%, giữ nguyên các thông số quy trình khác, sử dụng BER1300 để kiểm tra điện trở suất của mảnh cực, đặt áp suất thử thành 25MPa, giữ áp suất trong 25s và thử nghiệm song song 5 lần, kết quả được hiển thị trong Hình 3. Sử dụng minitab để phân tích phương sai của điện trở suất của ba nhóm miếng cực có hàm lượng ống nano cacbon khác nhau, từ kết quả thử nghiệm có thể thấy rằng P< 0,05 cho thấy có sự khác biệt đáng kể về điện trở suất của ba nhóm cực. Với sự gia tăng hàm lượng chất phụ gia, điện trở suất của tấm điện cực than chì giảm gần như tuyến tính, cho thấy rằng việc bổ sung các ống nano carbon có thể cải thiện độ dẫn điện tử của tấm điện cực.

Hình 3. Phân tích phương sai điện trở suất của ba nhóm cực graphite có hàm lượng chất dẫn điện khác nhau

2.3 Ảnh hưởng của mật độ nén của mảnh cực

Mật độ nén ảnh hưởng đến độ xốp và độ ngoằn ngoèo của mảnh cực, sau đó ảnh hưởng đến độ dẫn điện tử và độ dẫn ion của mảnh cực. Áp lực khác nhau được áp dụng cho 4 loại mảnh cực dương và các thông số khác giống nhau, và có thể thu được các mảnh cực có mật độ nén khác nhau. BER1300 được sử dụng để kiểm tra điện trở suất của các miếng cực. Áp suất thử được đặt thành 5MPa, thời gian giữ là 25 giây và các mẫu song song được thử 5 lần. , và kết quả được thể hiện trong Hình 4. Từ xu hướng thay đổi của điện trở suất, điện trở suất của bốn miếng cực đều giảm khi mật độ đầm nén tăng, nhưng độ dốc của các đường cong thì khác nhau. Đối với các mảnh cực liti coban oxit (LCO), khi mật độ nén đạt 3,3g/cm3 thì điện trở suất giảm không đáng kể,

Hình 4. Phân tích phương sai điện trở suất của bốn nhóm mảnh cực dương dưới các mật độ đầm nén khác nhau

3.Tóm tắt

Trong bài báo này, phương pháp điện trở mảnh cực được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất dẫn điện và mật độ nén đến độ dẫn điện tử của mảnh cực trong mảnh cực pin lithium ion. Dựa trên độ dẫn điện của tấm, các nhà nghiên cứu có thể xác định thêm công thức tối ưu và các thông số xử lý kết hợp với các yêu cầu về mật độ năng lượng pin và độ dẫn ion.

Người giới thiệu

1. IEST,"Một phương pháp mới để theo dõi độ ổn định và tính đồng nhất của điện cực", https://mp.weixin.qq.com/s/O3wwYuhkY3XspeDDE5qczQ.

2. Xu Jieru, Li Hong, et al. Phương pháp đo và phân tích độ dẫn điện trong nghiên cứu pin lithium [J]. Khoa học và Công nghệ Lưu trữ Năng lượng, 2018, 7(5) 926-955.

3. Hiroki Kondo và cộng sự. Ảnh hưởng của Vật liệu hoạt động đến Độ dẫn điện tử của Điện cực dương trong Pin Lithium-Ion[J]. Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa, 2019,166 (8) A1285-A1290.

4. BG Westphal et al. Ảnh hưởng của quá trình cán và trộn khô ở cường độ cao đối với điện trở suất tương đối của điện cực được xác định thông qua phương pháp tiếp cận hai điểm tiên tiến[J]. Tạp chí Lưu trữ Năng lượng 2017, 11, 76–85.

5. Rinaldo Raccichini, Alberto Varzi, Stefano Passerini và Bruno Scrosati，Vai trò của graphene đối với việc lưu trữ năng lượng điện hóa[J]，Nature Materials, 2015 , 3, 14.

6. Wu Xiangkun, Zhan Qiushe, Zhang Lan, Zhang Suojiang. Tối ưu hóa cấu trúc vi mô và tiến độ công nghệ chuẩn bị có thể kiểm soát của mảnh cực pin lithium [J]. Hóa học Ứng dụng, 35(9): 1076-1092.

7.Nobuhiro Ogihara，và cộng sự．Đặc tính quang phổ trở kháng của các điện cực xốp với độ dày điện cực khác nhau bằng cách sử dụng tế bào đối xứng cho pin lithium-Ion hiệu suất cao[J]．Tạp chí hóa học vật lý C, 2015, 119(9):4612-4619 .