Nghiên cứu về mối tương quan giữa công thức bùn và điện trở suất

Bùn điện cực dương và âm của pin lithium là một hệ thống trộn hai pha rắn-lỏng được hình thành bởi hoạt chất, chất dẫn điện và chất kết dính phân tán trong dung môi. Bùn điện cực lý tưởng phải đáp ứng các yêu cầu sau: (1) phân tán hoạt chất và các hạt chất dẫn điện tập hợp càng xa càng tốt; (2) mở chuỗi dài chất dẫn điện để tiếp tục phân tán chất dẫn điện chuỗi; (3) hình thành sự sắp xếp phù hợp nhất của hoạt chất, chất dẫn điện và chất kết dính; (4) duy trì cấu trúc huyền phù tối ưu và sự ổn định thành phần của bùn và ngăn chặn sự lắng đọng và kết tụ. Tính đồng nhất và ổn định ảnh hưởng lớn đến tính nhất quán và tính chất điện hóa của tế bào. Nếu các hạt rắn phân tán không đều hoặc lắng nhanh trong dung môi,

Trong thiết kế của điện cực pin lithium-ion, mạng ba chiều được hình thành bởi chất dẫn điện kết nối các hạt hoạt động, đây là đường truyền điện tử chính. Hơn nữa, khi độ dẫn điện tử rất thấp của chất hoạt động, đặc biệt là vật liệu cực âm, cũng cần chất dẫn điện để thúc đẩy quá trình dẫn điện tử. 

Do đó, trong thiết kế pin lithium-ion, chúng ta nên chọn chất dẫn điện phù hợp theo các vật liệu hoạt tính khác nhau và các mục đích khác nhau (cải thiện hiệu suất hệ số nhân, hiệu suất chu kỳ và cải thiện dung lượng cụ thể không thể đảo ngược). Vật liệu, hình thái, kích thước hạt, thứ tự pha trộn, lượng bổ sung chất dẫn điện và trạng thái hợp chất của các loại chất dẫn điện khác nhau đều có tác dụng khác nhau đối với pin lithium-ion. Ngoài ra, trạng thái phân phối của chất dẫn điện cũng rất quan trọng , Trạng thái phân phối có thể có của chất dẫn điện trong bùn như trong Hình 1: (1) chất dẫn điện tập hợp lại với nhau, Không phân tán; (2) Chất dẫn điện phân tán đồng đều, nhưng lơ lửng riêng lẻ trong bùn, Không kết hợp chặt chẽ với các chất dẫn điện vật liệu tích cực; (3) Trạng thái phân bố lý tưởng của chất dẫn điện trong bùn: chất dẫn điện phân tán đồng đều, Tạo thành một lớp dẫn điện mỏng trên bề mặt của các hạt vật liệu hoạt tính; Chất dẫn điện tiếp xúc gần với bề mặt của các hạt vật liệu hoạt động, Cho phép các electron tham gia hiệu quả vào phản ứng loại bỏ / nhúng lithium; Các chất dẫn điện được kết nối với nhau, Tạo thành một đường điện tử với mỗi hạt vật chất hoạt động. Cho phép các điện tử tham gia hiệu quả vào phản ứng loại bỏ / nhúng lithium; Các chất dẫn điện được kết nối với nhau, Tạo thành một đường điện tử với mỗi hạt vật chất hoạt động. Cho phép các điện tử tham gia hiệu quả vào phản ứng loại bỏ / nhúng lithium; Các chất dẫn điện được kết nối với nhau, Tạo thành một đường điện tử với mỗi hạt vật chất hoạt động.

Hình 1 Trạng thái phân bố của chất dẫn điện trong bùn

Đo điện trở suất của bùn có thể đánh giá độ phân tán và độ dẫn điện của các hạt ở cấp độ bùn. Hiện nay, chất dẫn điện nghiên cứu mô hình mạng dẫn điện, nhưng phân tích định lượng điện trở suất là rất hiếm. Bài viết này phân tích mối quan hệ giữa hàm lượng chất rắn, điện trở suất và độ nhớt, đồng thời xác minh loại độ dẫn điện của điện cực dương và âm bằng cách thay đổi đường cong dòng điện-điện áp.

1 phương pháp kiểm tra

1.1 Thiết bị kiểm tra: BSR2300 được sử dụng để biểu thị điện trở suất dán điện cực dương và âm với hàm lượng chất rắn và độ nhớt khác nhau.

Hình 2. Sơ đồ ngoại hình BSR2300

1.2 Tỷ lệ bùn:

Bảng 1 Tỷ lệ bùn

2 Kết quả kiểm tra

Theo công thức của Bảng 1, miếng dán điện cực dương và âm với hàm lượng chất rắn khác nhau được cấu hình tương ứng để kiểm tra độ nhớt và điện trở suất tương ứng. 

Như thể hiện trong Bảng 2, độ nhớt của miếng dán điện cực dương và âm tăng lên khi hàm lượng chất rắn tăng lên, trong khi điện trở suất không ngừng giảm. Như thể hiện trong Hình 3, khi hàm lượng chất rắn L CO2 lớn hơn 50%, độ nhớt tăng mạnh, điều này có thể là do khi hàm lượng chất rắn tăng lên, các hạt oxit liti coban trên một đơn vị thể tích ngày càng tăng, mật độ cao của các hạt oxit liti coban va chạm sẽ làm trầm trọng thêm lực tương tác giữa các hạt trong hệ dẫn đến tăng độ nhớt, tăng mạnh điểm ngưỡng giữa các hạt. Như được hiển thị trong Hình 3, khi hàm lượng chất rắn của than chì dưới 35%, điện trở suất giảm khi hàm lượng chất rắn tăng và khi hàm lượng chất rắn lớn hơn 35%, điện trở suất thay đổi chậm theo hàm lượng chất rắn,

Bảng 2. Hàm lượng rắn & Độ nhớt & Điện trở suất của bùn điện cực dương và âm

QUẢ SUNG. 3 Điện trở suất và độ nhớt của điện cực dương và âm Xu hướng thay đổi dán với nội dung rắn

Để nghiên cứu sâu hơn về chế độ dẫn điện trong hệ thống bùn điện cực âm-dương của pin lithium, thí nghiệm IV đã được thiết kế để xác minh nó, như thể hiện trong Hình 4. 0,001mA, 0,0015mA, 0,002mA, 0,0025mA, 0,003mA dòng điện được áp dụng cho bột nhão oxit coban lithium và bột nhão than chì tương ứng, và tín hiệu điện áp được thu thập. Hình 4 cho thấy mối quan hệ tuyến tính giữa dòng điện và điện áp là rõ ràng. Định luật Ohm tổng hợp cơ bản cho thấy các loại dẫn điện của keo dương oxit liti coban và keo âm than chì chủ yếu là độ dẫn điện tử, nghĩa là các electron được truyền đến chính các hạt thông qua sự tiếp xúc giữa các hạt, sau đó tạo thành một đa chiều. mạng dẫn điện, cho thấy hiệu suất dẫn điện nhất định.

Một

Hình 4. Đường cong vật liệu IV

Tổng hợp

Trong bài báo này, BSR2300 đã được sử dụng để phân tích mối quan hệ giữa điện trở suất, độ nhớt và hàm lượng chất rắn của miếng dán điện cực dương và âm của pin lithium, và phát hiện ra rằng điện trở suất của miếng dán điện cực dương và âm giảm đáng kể khi hàm lượng chất rắn tăng lên. Trong khi đó, thông qua đường cong IV để chứng minh rằng hệ thống dán điện cực dương và âm của pin lithium dựa trên độ dẫn điện tử.

Tài liệu tham khảo

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.