Двумя наиболее важными показателями для литиево-ионных батарей являются плотность энергии и плотность мощности. Плотность энергии относится к количеству энергии, хранящейся на единицу объема или веса литий-ионной батареи, а плотность мощности - удельному весу или объему, который может быть выведен. Уровень мощности. На аккумуляторной батарее мы надеемся, что литиево-ионный аккумулятор обладает высокой плотностью энергии, что позволяет нам иметь более высокий круизный диапазон. В то же время мы также надеемся, что аккумуляторная батарея будет иметь более высокую плотность мощности и будет соответствовать нашей мощности во время интенсивного движения. Однако эти два индикатора противоречат друг другу при разработке и производстве литиево-ионных батарей. Как правило, для увеличения плотности энергии нам необходимо увеличить количество покрытия электрода и увеличить долю активного материала, что приводит к энергетическим характеристикам. Снижение, и для увеличения плотности мощности нам необходимо уменьшить количество покрытия, увеличить долю проводящего агента, поэтому, как достичь баланса между ними становится очень сложно.
Недавно Казуаки Кису (первый автор) и Эцуро Ивама (соответствующий автор) и Кацухико Наои (соответствующий автор) Токийского университета сельского хозяйства и технологий в Японии проанализировали важные показатели в производстве литий-ионных батарей - плотность уплотнения и толщину электрода для питания литий-ионных батарей. Эффект производительности, анализ показывает, что для материалов NCM минимальное значение сопротивления электрода может быть получено, когда толщина электрода составляет 70 мкм, а плотность уплотнения составляет 2,9 г / см3, что обеспечивает высокую плотность батареи и обеспечивает высокую плотность энергии. Скорость передачи.
Чтобы устранить влияние эталонного электрода на результаты испытаний, Кадзуаки Кису принял симметричную структуру батареи (как показано на рисунке а выше), то есть положительный и отрицательный электроды являются одним и тем же электродом, вставив металл Li между двумя электродами. Способ электрода регулирует SoC двух электродов, затем металлический Li-электрод удаляется в сухом помещении, а затем батарея подвергается испытанию полного сопротивления переменного тока.
На рисунке b выше показаны результаты испытаний EIS в состоянии 0% SoC. Мы видим линию с наклонностью 45 градусов в области высоких частот, представляющую диффузионный импеданс Li + в электроде. Рисунок c - диффузионный импеданс Li +. Из соотношения между толщиной электрода видно, что коэффициент диффузии Rion Li + имеет линейную корреляцию с толщиной электрода. Вышеуказанный рисунок d представляет собой спектр EIS 50% SoC-электрода, где полуокруг высокочастотной области представляет электрод. Импеданс перезарядки RCT, из рисунка можно отметить, что импеданс перезарядки отрицательной корреляции с толщиной электрода, то есть чем толще толщина электрода, тем меньше импеданс перезарядки.
Плотность уплотнения является важным параметром при производстве литий-ионных батарей. Чтобы увеличить плотность энергии, мы, как правило, хотим как можно больше увеличить плотность уплотнения. На рисунке выше показано, что под контролем толщины 2,7, 2,9 и 3,4 г / Изменение размера микропор внутри электрода под плотностью уплотнения см3, из рисунка видно, что по мере постепенного увеличения плотности уплотнения размер микропор внутри электрода также постепенно уменьшается.
Кадзуаки Кису установил связь между диаметром микропор и плотностью уплотнения в электроде и получил соотношение между радиусом микропоры электрода и плотностью уплотнения, как показано ниже.
Согласно соотношению между толщиной Риона и электродом и количеством микропор, мы можем далее установить зависимость между плотностью уплотнения Риона и электрода, как показано ниже, из которой видно, что плотность Риона и уплотнения не просты. Линейное соотношение, но когда плотность уплотнения близка к истинной плотности активного материала, это приведет к резкому увеличению Риона.
Следующие данные показывают, плотность уплотнения электродных результатов испытаний EIS может быть видна из рисунка (б), до плотности прессования 3,0 г / см3, а также связи между плотностью компактным Rion относительно слабым, с уплотнением Rion имеет лишь небольшое увеличение плотности, но после того, как плотность уплотнения превышает 3.g / cm3, Rion быстро растет, что согласуется с нашим предыдущим прогнозом. Из импеданса перезарядки RCT на рисунке c ниже, По мере того, как плотность уплотнения возрастает, импеданс перезарядки фактически уменьшается до некоторой степени. Кадзуаки Кису полагает, что это связано главным образом с тем, что более высокая плотность уплотнения означает увеличение количества покрытия на единицу площади с одинаковой толщиной. , что приводит к увеличению площади контакта активного материала с электролитом, что приводит к уменьшению сопротивления перезарядки RCT.
Плотность Кадзуаки Kisu упаковки, что литий-ионный аккумулятор часто является важным фактором в увеличении импеданса ионно-литиевого аккумулятора, так как она часто вызывает контакт между частицами активного материала между ними, алюминиевую фольгу и активного материала положительного электрода при относительно низкой плотности упаковки увеличивает сопротивление, соотношение между контактным сопротивлением при различной плотности уплотнения ниже электрода показывает результаты испытаний, полученные с помощью EIS и плотности электрода упаковки, из результатов испытаний с постепенным увеличением плотности упаковки, контактным сопротивлением электрода RCON Быстрое сокращение.
В соответствии с экспериментальными данными и формулами, Кадзуаки Kisu получается соотношение между общим сопротивлением электрода и толщиной электрода и уплотненной плотностью (как показано ниже), и этой цифрой ниже осей Х представляет собой толщина электрода, Y-ось электрод уплотнительной плотность, когда эта цифра является представителем цвета общего электрода импеданса, низкого сопротивления представителя синего, красного для высокого импеданса. из рисунка видна, толщина электрода из 70um, плотность утряски около 2,9 г / см3, мы можем чтобы получить самый низкий импеданс электрода (в том числе Рион, RCT и RCON), которую мы б и может быть видно из рисунка, в плотности упаковки является слишком высокой или низкой, как время, приведет к увеличению батареи внутреннего сопротивления и поляризации ,
Работа Кадзуаки Кису дала нам глубокое представление о влиянии двух важных параметров: плотности уплотнения и толщины покрытия на общий импеданс электрода, особенно между импедансом электрода и плотностью уплотнения и толщиной покрытия, полученной автором в конце статьи. Диаграмма взаимосвязи имеет важное руководящее значение для проектирования литий-ионных батарей.
