En comparación con las baterías de plomo-ácido convencionales, baterías de iones de litio más grande diferente en que es significativamente mayor que el potencial de la gama de estabilidad de la tensión de agua, solución de electrolito acuoso convencional no se puede aplicar en las baterías de iones de litio, y por lo tanto los sistemas se han desarrollado solución de electrolito orgánico , de manera que una batería de iones de litio capaz de forma estable que funciona a una alta tensión. Debido a las características de la batería de iones de litio de tal manera que es sensible a la humedad, pequeña cantidad de agua puede afectar seriamente el rendimiento de una batería de iones de litio, y por lo tanto debe ser todo el proceso de producción Control estricto del contenido de humedad del material, que incluye el proceso de secado del electrodo después del recubrimiento, después de laminar el proceso de secado del electrodo, el núcleo después del proceso de secado, también incluido en la batería de iones de litio a lo largo del proceso de producción el control de la humedad ambiente, los estudios han demostrado que el proceso de producción de la batería de iones de litio 38% de la energía consumida en el electrodo de proceso de secado, el 48% del consumo de energía en el proceso de operación entre el secado, por lo tanto el proceso de secado del electrodo de batería de iones de litio Los costos de producción de la batería de iones de litio tienen un impacto significativo.
Buen secado, mientras que el sistema de electrodos debe cumplir con los requisitos para asegurar que el contenido de humedad del electrodo, sino también tratar de salvar el tiempo de secado y reducir el secado de consumo de energía. Muchos tipos de materiales utilizados en la producción de baterías de iones de litio, el proceso de secado en diferentes tipos de En comparación con el material de óxido de cobalto de litio tradicional, NCA de alta níquel y NCM materiales absorben más fácilmente la humedad, por lo que en el desarrollo del sistema de secado, de acuerdo con las propiedades materiales del material, Proceso seco, con el fin de ahorrar energía durante el proceso de secado, reducir los costos de producción, mejorar los beneficios de la batería.
Recientemente, Michael Stich, Alemania Ilmenau Universidad de Tecnología, Nisrit Pandey, Andreas Bund tres tipos diferentes de electrodos (ánodo de grafito contiene, un cátodo: LiFePO4, LiMn2O4, LiCoO2 y Li (NiCoMn) O2 (Ni: Co: Mn = 5 : 2: 3)) y separadores (incluyendo tres capas de diafragmas de PP-PE-PP y membranas de fibra de vidrio) durante el proceso de secado para ayudarnos a formular un sistema de secado más optimizado.
El electrodo utilizado en el experimento fue de MTI Company, en el que el espesor de revestimiento del ánodo de grafito era de 40 μm, Li (NiCoMn) O2 espesor del revestimiento del electrodo fue de 45um, LiFePO4, LiMn2O4 y LiCoO2 electrodo revestimiento espesor 85. Antes del experimento de secado, Todos los materiales experimentales se almacenaron en un horno a 25 ° C durante un horno de 40% relativamente modesto durante 24 h para asegurar que todos los materiales tuvieran el mismo contenido de humedad.En el experimento se usó un dispositivo de prueba de humedad para medir el contenido de humedad en el electrodo y el diafragma Realizó una prueba.
La figura siguiente muestra el cambio de agua durante el proceso de secado de LiFePO4 a 120 ° C. Puede verse a partir de la Figura b que la muestra de LiFePO4 tiene una velocidad de liberación máxima de agua después de 4,5 minutos y entonces la velocidad de liberación de agua comienza a disminuir, Al final de 15 minutos, la pieza polo LiFePO4 todavía no liberar toda el agua.
Dado que la deriva de los resultados experimentales aumenta con el tiempo, el experimento sólo se lleva a cabo durante 15 minutos con el fin de garantizar la precisión de los resultados experimentales.Para obtener el efecto del subsiguiente secado, Michael Stich equipados los resultados experimentales anteriores , La fórmula de ajuste es la siguiente, y los resultados de ajuste se muestran en la siguiente figura.
El proceso de liberación de agua en el experimento se puede dividir en tres partes
(1) a temperatura ambiente, los primeros 3 minutos del argón fuera del agua.
(2) 12 minutos a 120 ° C de horneado, la muestra liberada humedad.
(3) Según la evaluación de la liberación posterior del experimento liberará el agua.
La siguiente figura muestra la liberación de varios componentes diferentes del electrodo en los tres procesos de la liberación de agua, de la figura se puede ver en 120 ℃ común de agua de ánodo de grafito liberar más, lo que indica que el grafito contiene un gran número de enlaces débiles de agua, lo que Puede estar relacionado con el uso de homogeneizados de solución acuosa con electrodos negativos de grafito, que pueden traer mucha humedad de la suspensión.
material de cátodo rendimiento es muy diferente, se puede observar en la figura, un contenido de humedad mínimo de material LiCoO2, y cuando el proceso de secado puede ser liberado sustancialmente para de LiFePO4, a temperatura ambiente también pueden liberar cierta liberación de la humedad a alta temperatura la mayoría del agua, el alto contenido de humedad de materiales de LiFePO4 principalmente a causa de la relativamente grande área de la superficie de las nanopartículas, absorbe fácilmente humedad del material causado. LiMn2O4 liberado a temperatura ambiente muy poca humedad, la humedad liberada a altas temperaturas es relativamente pequeño, después de secar en agua que queda en el material es todavía relativamente alta, lo que indica que una parte del agua y el material LiMn2O4 material unido es fuerte, no material completamente seco en agua. Li (NiMnCo) O2 (NCM523) el material a temperatura ambiente y se horneó a 120 ° C.] C El proceso seco puede liberar más agua, en el residuo seco en el material cuando la humedad es relativamente pequeña.
El contenido de humedad de la membrana polimérica de tres capas es muy pequeña, principalmente debido a su superficie hidrófoba causado. La membrana de fibra de vidrio contiene una gran cantidad de humedad, el secado tarda mucho tiempo para liberar completamente el agua, principalmente porque la superficie de la fibra de vidrio Muy fácil de absorber la humedad, resultando en más agua.
El área superficial específica del material del electrodo es uno de los factores clave del contenido de agua de la batería de iones de litio, una doble capa eléctrica características de los electrodos de condensador Michael Stich utilizar la relación entre la superficie específica y el contenido de humedad del electrodo fue estimado. Michael en la verificación de batería de iones de litio Stich se supone que un condensador eléctrico de doble capa se ve influenciada principalmente por el área de superficie específica del electrodo y las características individuales de la solución electrolítica, asegurando así los factores de electrolitos consistentes tal caso, el condensador eléctrico de doble capa se ve directamente afectado por el área de superficie del material, por lo tanto Mediante el análisis de EIS para obtener el valor de capacitancia de doble capa eléctrica del electrodo, puede reflejar el área superficial específica de las características del electrodo.
Valor de doble capacitancia capa por unidad de peso de la diferente material de electrodo obtenida por el método descrito anteriormente se muestra a continuación, refleja la magnitud del valor de la capacitancia de la superficie de electrodo de tamaño del material puede verse es la mayor área de superficie específica de LiFePO4 y LiMn2O4, de O2 es el más pequeño LiCoO2 material de la superficie y Li (NiCoMn), mientras que el contenido de humedad de estos tipos de materiales también pasa a seguir la misma regla. por supuesto, el área de superficie específica real es sólo uno de un factor importante en el contenido de humedad del material, sino también teniendo en cuenta el material de Propiedades físicas de la superficie, tales como hidrófilo, y la fuerza de unión de las moléculas de agua.
Después de que el electrodo se seca, también tendrá lugar en el ambiente de aire, y la mayor parte del agua se producirá en la primera hora de exposición al aire, por ejemplo, el 80% del material de grafito estará expuesto a la exposición en el aire en la primera hora, y para una proporción aún mayor de las fibras de vidrio, y LiFePO4. para O2 material de LiMn2O4 y li (NiCoMn), la tasa de absorción de agua es mucho más lento, y los materiales poliméricos para el LiCoO2 material de la membrana , Casi no se produce absorción de agua después de la exposición al aire, y el agua diferente se expone al aire después del secado, y la absorción de agua se muestra en la siguiente figura.
Una batería de iones de litio debido a las características del sistema de tal manera que es muy sensible al agua, es probable que tenga una batería de un grave impacto en las propiedades eléctricas de una cantidad traza de humedad, características del ciclo de las curvas de los dos siguientes figura LiFePO4 intercambio / célula de grafito y contenido de humedad diferente espectroscopia de impedancia, se puede ver en la figura, en comparación con las baterías sin añadir agua adicional, se añadió agua 1000 ppm disminución del rendimiento del ciclo celular, la vida de menos de 50 veces, las pruebas de EIS muestran que la adición de agua adicional aumenta significativamente la resistencia interna de la batería, Esto indica que la humedad adicional hace que el electrodo genere una película SEI de alta impedancia, lo que afecta la vida útil del ciclo de la batería.
A partir del estudio anterior, podemos ver que el agua afectará seriamente el rendimiento del ciclo de las baterías de iones de litio, a fin de garantizar la vida útil de las baterías de iones de litio para garantizar un adecuado secado, el agua del electrodo para eliminar los diferentes materiales en el proceso de secado En las características de liberación de agua no están disponibles, como los materiales de grafito y LiFePO4 material, el contenido de agua es relativamente seco, por lo que la necesidad de un poco más tiempo de secado, y tan pronto como sea posible después del secado para evitar la exposición al aire durante mucho tiempo para reducir el agua material El contenido de humedad del material NCM523 es relativamente fácil de secar y la humedad residual es seca, por lo que el tiempo de secado puede reducirse adecuadamente El contenido de humedad del material LiCo2O es menor que el del material LiMn2O4 durante el proceso de secado. Por lo menos, y muy fácil de secar, para que pueda simplificar el sistema de secado.Para la membrana de polímero común, debido a su baja humedad en sí, y difícil de absorber el agua, por lo que no se puede secar, y el contenido de humedad de membrana de fibra de vidrio es muy alto y muy Fácil de volver a absorber el agua, por lo que debe adoptar un sistema de secado más estrictas, y reducir su tiempo de exposición en el aire.
