Par rapport aux batteries traditionnelles au plomb-acide, la batterie au lithium-ion est la plus grande différence dans son potentiel d'être significativement plus élevée que la gamme de tension stable à l'eau, la solution aqueuse traditionnelle ne peut pas être utilisée dans l'électrolyte de batterie au lithium-ion, de sorte que les gens ont développé un système d'électrolyte organique , Afin que la batterie au lithium-ion puisse fonctionner sous une stabilité à haute tension. Comme les caractéristiques de la batterie au lithium-ion le rendent très sensible à l'humidité, l'humidité de la trace affectera gravement les performances de la batterie lithium-ion, de sorte que l'ensemble du processus de production doit être Un contrôle strict de la teneur en humidité du matériau, qui comprend le processus de séchage de l'électrode post-revêtement, après le laminage du processus de séchage des électrodes, le noyau après le processus de séchage, également inclus dans la batterie au lithium-ion tout au long du processus de production Dans le contrôle de l'humidité environnementale, des études ont montré que la batterie au lithium-ion dans le processus de production de 38% de la consommation d'énergie dans le processus de séchage des électrodes, 48% de la consommation d'énergie dans le processus de séchage, de sorte que le processus de séchage des électrodes de la batterie lithium sur Les coûts de production de la batterie au lithium-ion ont un impact important.
Le bon système de séchage des électrodes devrait assurer que la teneur en eau de l'électrode satisfait aux exigences en même temps, mais aussi dans la mesure du possible pour économiser le temps de séchage pour réduire la consommation d'énergie de séchage. Production de batterie au lithium-ion dans l'utilisation de nombreux types de matériaux, différents types de processus de séchage Par rapport au matériau traditionnel d'oxyde de lithium et de lithium, les matériaux NCA et NCM à haute teneur en nickel absorbent plus facilement l'humidité, de sorte que dans le développement du système de séchage, en fonction des propriétés du matériau, le développement de la cuisson ciblée Processus sec, afin d'économiser de l'énergie pendant le processus de séchage, réduire les coûts de production, améliorer les bénéfices de la batterie.
Récemment, Michael Stich, Nisrit Pandey et Andreas Bund de l'Université de technologie d'Ilemno en Allemagne ont étudié les effets de différents types d'électrodes (y compris l'anode graphite, positive: LiFePO4, LiMn2O4, LiCoO2 et Li (NiCoMn) O2 (Ni: Co: Mn = 5 : 2: 3)) et des séparateurs (dont trois couches de diaphragmes PP-PE-PP et membranes en fibre de verre) ont été étudiés pendant le processus de séchage pour nous aider à formuler un système de séchage plus optimisé.
L'électrode utilisée dans l'expérience provient de MTI Company, dans laquelle l'épaisseur de revêtement de l'anode en graphite était de 40 °, l'épaisseur de revêtement de l'électrode Li (NiCoMn) O2 était l'épaisseur de revêtement de l'électrode Liumpo4, LiMn2O4 et LiCoO2 épaisseur 85um. Avant l'expérience de séchage, Tous les matériaux expérimentaux ont été stockés dans un four à 25 ° C pour un four relativement modeste à 40% pendant 24 h pour s'assurer que tous les matériaux avaient la même teneur en humidité. Lors de l'expérience, un testeur d'humidité de carte a été utilisé pour mesurer la teneur en humidité dans l'électrode et le diaphragme Réalisé un test.
La figure ci-dessous montre le changement d'eau pendant le processus de séchage de LiFePO4 à 120 ° C. On peut voir à partir de la figure b que l'échantillon de LiFePO4 a un taux de libération maximal d'eau après 4,5 minutes, puis le taux de libération d'eau commence à diminuer, mais continue à À la fin de 15 min, la pièce polaire LiFePO4 n'a toujours pas libéré toute l'eau.
Étant donné que la dérive des résultats expérimentaux augmente avec le temps, l'expérience ne se fait que pendant 15 minutes afin d'assurer la précision des résultats expérimentaux. Pour obtenir l'effet du séchage ultérieur, Michael Stich a ajusté les résultats expérimentaux ci-dessus , La formule d'ajustement est la suivante, et les résultats d'ajustement sont indiqués dans la figure suivante.
Le processus de libération d'eau dans l'expérience peut être divisé en trois parties
(1) à température ambiante, les 3 premières minutes de l'argon hors de l'eau.
(2) 12min à 120 ° C, l'échantillon a libéré de l'humidité.
(3) Selon l'évaluation de la publication subséquente de l'expérience, il libérera l'eau.
La figure suivante montre la libération de plusieurs composants différents de l'électrode dans les trois processus de libération de l'eau, à partir de la figure peut être vu à plus de 120 ℃ d'eau d'anode de graphite commune, ce qui indique que le graphite contient un grand nombre de liens faibles d'eau qui Il peut être lié à l'utilisation d'homogénats de solutions aqueuses avec des électrodes négatives au graphite, ce qui peut entraîner beaucoup d'humidité de la boue.
La performance du matériau de la cathode est très différente, on peut le constater à partir de la figure, l'humidité du matériau LiCoO2 au moins, et lorsque le processus de séchage peut être fondamentalement relâché. Pour LiFePO4, à température ambiante peut également libérer une partie de l'eau, libérée à haute température La plupart des matériaux d'humidité et de LiFePO4 sont principalement attribuables à la surface spécifique élevée des nanoparticules, ce qui facilite l'adsorption de l'eau. Le LiMn2O4 a très peu de dégagement d'eau à température ambiante et l'humidité libérée à haute température est relativement faible. Après séchage L'humidité résiduelle dans le matériau est encore relativement élevée, ce qui indique qu'une partie de l'humidité dans le matériau LiMn2O4 est plus fermement liée au matériau et ne peut pas complètement sécher l'humidité dans le matériau à 120 C. Li (NiMnCo) O2 (NCM523) Le processus à sec peut libérer plus d'eau, dans le résidu sec dans le matériau lorsque l'humidité est relativement faible.
La teneur en humidité de la membrane polymère à trois couches est très faible, principalement en raison de sa surface hydrophobe, tandis que la membrane en fibre de verre contient beaucoup d'eau et nécessite un long séchage pour libérer complètement l'eau, principalement en raison de la surface de la fibre de verre Très facile à absorber l'humidité, ce qui donne plus d'eau.
La surface spécifique du matériau de l'électrode est l'un des facteurs clés qui affectent la teneur en eau de la batterie au lithium-ion. La relation entre la surface spécifique et la teneur en humidité de l'électrode est estimée par la caractéristique électrique de double couche de Michael Stich. Stich suppose que la capacité électrique à double couche de la batterie au lithium-ion est principalement affectée par la surface spécifique de l'électrode et les caractéristiques de l'électrolyte lui-même. Par conséquent, dans le cas de la cohérence de l'électrolyte et d'autres facteurs, la capacité électrique double couche est directement affectée par la surface du matériau, Grâce à l'analyse de l'EIS pour obtenir la capacité de la double couche électrique électrique, elle peut refléter la surface spécifique des caractéristiques de l'électrode.
Les valeurs de la capacité électrique à double couche du matériau d'électrode obtenu par le procédé mentionné ci-dessus sont représentées sur la figure suivante: l'amplitude de la valeur de capacité reflète la taille de la surface spécifique du matériau de l'électrode. On peut voir que LiFePO4 et LiMn2O4 sont plus grands que la surface spécifique La surface du plus petit matériau LiCoO2 et Li (NiCoMn) O2, et ces matériaux, la teneur en humidité, tout simplement, suivent la même loi. Bien sûr, la surface réelle de la matière n'est qu'un des facteurs importants qui affectent la teneur en eau, mais aussi considérer le matériau Les propriétés physiques de la surface, telles que la force de liaison des hydrophiles et des molécules d'eau.
Une fois que l'électrode est séchée, elle aura également lieu dans l'environnement de l'air, et la majeure partie de l'eau se produira dans la première heure d'exposition à l'air, par exemple, 80% du matériau de graphite sera exposé à l'exposition Dans la première heure de l'air, et pour la fibre de verre et LiFePO4, ce rapport est encore plus élevé. Pour le matériau LiMn2O4 et Li (NiCoMn) O2, le taux d'absorption d'eau est beaucoup plus lent, pour le matériau LiCoO2 et le matériau de membrane polymère , Presque aucune absorption d'eau ne se produit après l'exposition à l'air, et les différentes eaux sont exposées à l'air après séchage, et l'absorption d'eau est indiquée dans la figure suivante.
La batterie au lithium-ion en raison des caractéristiques du système le rend très sensible à l'humidité, l'humidité des traces peut avoir un impact sérieux sur les propriétés électriques de la batterie, l'image suivante montre deux courbes de performance et d'échange du cycle de batterie LiFePO4 / graphite à différents niveaux d'humidité La carte d'impédance peut être vue à partir de la figure, par rapport à la batterie, elle n'a pas ajouté d'eau supplémentaire, en ajoutant 1000ppm de la performance de la batterie d'eau considérablement diminuée, l'espérance de vie de moins de 50 fois, EIS test a montré que l'ajout de la résistance supplémentaire de la batterie d'humidité a considérablement augmenté, Cela indique qu'une humidité supplémentaire provoque l'électrode pour générer un film SEI à haute impédance, ce qui affecte la durée de vie de la batterie.
À partir de l'étude ci-dessus, nous pouvons constater que l'eau affectera sérieusement les performances du cycle des batteries au lithium-ion, afin d'assurer que la durée de vie des batteries au lithium-ion doit assurer un séchage adéquat, l'eau de l'électrode pour enlever les différents matériaux lors du processus de séchage Dans les caractéristiques de la libération de l'eau ne sont pas disponibles, telles que les matériaux en graphite et le matériau LiFePO4, la teneur en eau est relativement sèche, donc la nécessité d'un temps de séchage plus long et dès que possible après séchage pour éviter l'exposition à l'air pendant longtemps pour réduire l'eau de la matière La teneur en humidité du matériau NCM523 est relativement facile à sécher et l'humidité résiduelle est sèche, de sorte que le temps de séchage peut être réduit de manière appropriée. La teneur en humidité du matériau LiCo2O est inférieure à celle du matériau LiMn2O4 pendant le processus de séchage. Au moins, et très facile à sécher, vous pouvez simplifier le système de séchage. Pour la membrane polymère commune, en raison de sa faible humidité et de l'eau difficile à absorber, vous ne pouvez pas vous sécher et la teneur en humidité de la membrane des fibres de verre est très élevée et très élevée. Facile à ré-absorber l'eau, vous devez donc adopter un système de séchage plus rigoureux et réduire son temps d'exposition dans l'air.
