Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge hat die Batteriekapazität in den letzten Jahren die traditionellen Lithium-Ionen-Batterieprodukte von 3C Schritt für Schritt übertroffen.Während die Nachfrage nach neuen Produkten steigt, schlägt die neue Anwendungsrichtung auch neue Leistungsmerkmale für Lithium-Ionen-Batterien vor. Die Anforderungen, wie beispielsweise neue Energiefahrzeuge, insbesondere Plug-in-Hybridfahrzeuge, stellen höhere Anforderungen an die Energieentladekapazität von Energiebatterien.
Die Faktoren, die das Leistungsverhalten von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen, sind hauptsächlich polarisiert, da die Polarisation den Betriebszustand von Lithium-Ionen-Batterien vom stationären Zustand abweichen lässt, in der Praxis nimmt die Spannungsplattform der Batterie mit zunehmender Polarisation (Entladung) ab Die Kapazität ist reduziert.Im Allgemeinen glauben wir, dass die Hauptfaktoren, die die Polarisierungder Lithiumionenbatterien verursachen, sind: 1) die ohmsche Polarisation, das heißt, der Kontakt zwischenden Aktivmaterialteilchen und dem Strom zwischen dem aktiven Material und dem Stromabnehmermit dem Strom Der durch diese Faktoren verursachte Spannungsabfall erhöht sich deutlich, 2) Konzentrationspolarisation, die positiven und negativen Elektroden der Lithiumionenbatterie sind Elektroden mit poröser Struktur und die komplexe poröse Struktur innerhalb der Elektrode bewirkt, dass die Diffusionsrate von Li + langsam ist, was zu einem Konzentrationsgradienten führt. Darüber hinaus stellt die langsame Diffusionsrate von Li + in der Festphase wahrscheinlich auch eine limitierende Verbindung dar. Heute stellen wir hauptsächlich vor, wie der Kontaktwiderstand zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor verringert werden kann und die Ratenleistung der Lithiumionenbatterie verbessert wird.
Derzeit grundsätzlich Lithium-Ionen-Batterie Produktionsprozess 1992 geboren, eingeführt Sony den ersten kommerziellen Prozess, wenn in einer Lithiumionen-Batterie verwendet wird, die positive Aktivmaterialmasse zu dem negativen Elektrodenstromkollektor aus einer Metallfolie übertragen wurde, durch eine Beschichtungsvorrichtung hergestellt obere (positive Elektrode wird verwendet, im allgemeinen eine Al-Folie, Cu-Folie Kathode allgemein verwendet wird), Walzen, nachdem sie durch Aufwickeln Lamination und andere Verfahren, die eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine andere Form zu schneiden. Elektronen Teilchen im Innern der elektrochemischen Reaktion des Positivelektrodenaktivmaterials benötigen nach dem Bus-Transfer zwischen den Teilchen mit dem Stromkollektor und dann zur Anode durch eine externe Schaltung geleitet, eine vollständige elektrochemische Reaktion zu vervollständigen. Somit Elektronen zwischen dem aktiven Material und dem Stromabnehmer der elektrochemischen Reaktion leitend werden einen wichtigen Teil der kürzlich Hiroki Nara Waseda University (der erste Autor, korrespondierendes Autor) und Tetsuya Osaka (Autor), die die Packungsdichte und die Kontaktfläche der leitfähigen Beschichtung Al-Folie zwischen dem Stromabnehmer und dem aktiven Material mittels EIS analysiert Bewirkung Widerstand zwischen haben Studien gezeigt, dass die richtige Verdichtungsrate die Leistung erheblich verbessert LCO Dichte der Elektrode und der Al-Folie wird mit Füßen getreten werden.
Hiroki Nara Experiment LCO als das positive Elektrodenmaterial, Graphit als negatives Elektrodenmaterial, jeweils durch die Druckeinstelleinrichtung und LCO Nahtstock auf eine Dicke verringert, um 0%, 10%, 20% und 30% (berechnet anzeigen Elektroden eine Porosität von 49% aufweisen, 42%, 37% und 27%), und eine Elektrode nach dem Stanzen Weichpackung Batterie gebildet wird, zum elektrochemischen Tests.
Pouch-Batterie-Design Hiroki Nara unten zeigt ein Ersatzschaltbild (Fig b, wobei a ein Diagramm des TLM, stellt eine Parallelschaltung, in der Elektrodendickenrichtung), wobei die induktive Reaktanz ZL, RS der Elektrolytlösung Ionendiffusionsimpedanz, ril ist der Kontaktwiderstand zwischen dem aktiven Material und dem Stromabnehmer, und parallel mit dem Kondensator Cdl und Ladungsaustausch Rct Impedanz parallel mit dem Kondensator Cct, Li + Diffusion innerhalb der Elektrodenimpedanz Ri, Cdiff Diffusionsimpedanz, durch Verwendung von Software MATLAB Armatur, Fitting HirokiNara Ergebnisse erhalten Fehler kleiner als 1%, der Reaktionsmechanismus eine wirkliche interne Reaktion der Lithiumionen-Batterie sein kann.
Eine positive Elektrode der Figur LCO Entladungsleistung unterschiedlicher Packungsdichte, kann als mit einer höheren Vergrößerung gesehen werden, um die Packungsdichte der Elektrode zeigt eine extrem ausgezeichnete Ratenleistung, ohne Aufrollen die Elektroden Vergrößerung LCO zu verbessern schlechte Leistung, mit 2C-Rate nahezu keine Kapazität der unteren Platte b ist ein positives Elektrodenmaterial EIS Spektrum unterschiedlicher Packungsdichte, kann aus der Figur Laminated kein (0% Reduktion der Dicke) von Impedanzmaximum Elektrode gesehen werden , wobei der Durchmesser der halbkreisförmigen Zone und der Zwischenfrequenzbereiches von 4,5 Ohm und 1,0 Ohm und nach von 10% der Dicke der Elektrode der Elektrodenimpedanz Tropfen rollen ist ein deutlicher Rückgang der zwei Halbkreise von 1,5 Ohm und 0,2 Ohm, weiter zur Verbesserung der Packungsdichte wird die Dicke der Elektrode, um 20% verringert wird, es möglich ist, weiter um den Widerstand der Elektrode zu reduzieren (siehe unten), Hiroki Nara, dass die Hauptursache des Durchmessers Hochfrequenzhalbkreis verringert signifikant mit allmählicher Zunahme der Dichte des kompaktierten , LCO-Teilchen und der Stromabnehmer, der Kontakt zwischen den Partikeln und zwischen dem LCO und dem Leitfähigkeitsmittel deutlich verbessert, wodurch der Kontaktwiderstand verringert wird., wie wir die Packungsdichte, so daß die Elektrodendicke LCO 30 verringerte weiter zunehmen %, Der Hochfrequenzbereich des Halbkreises wir fast verschwunden zu sehen, was darauf hinweist, dass der Kontaktwiderstand innerhalb der Elektrode ein Minimum bei 30% Verdichtungsdichte erreicht, aber dies bedeutet nicht, dass die Verdichtungsdichte je größer desto besser, wir sorgfältig die Ergebnisse des EIS analysieren LCO kann, dass die X-Achsen-Positivelektrodenpackungsdichte von 30% der Schnittpunkt signifikant nach rechts zu sehen ist, verschoben wurde, was anzeigt, dass mit der Erhöhung der Packungsdichte, Li + Diffusion in der Elektrodenimpedanz Rion es in Ratenkapazität eine deutliche Zunahme ist nicht förderlich Aufzug von den Testergebnissen ist die Verringerung der Dicke von 20% LCO die Fähigkeit, die positive Elektrode einer Packungsdichte zwischen dem elektronischen Kontaktwiderstand und Ionendiffusionsimpedanz auszugleichen ist, weiterhin der Kontaktwiderstand Dichte begrenzt verringert Verpackung zu verbessern, wird es Diffusions hervorrufen Die Impedanz ist signifikant erhöht.
Von Querschnittsansicht der Elektrode, eine geringeren Packungsdichte, besteht zwischen der aktiven Materialschicht und dem Stromkollektor aus einer großen Anzahl von Poren, was zu Jiechubuliang zwischen LCO aktivem Material und dem Stromabnehmer, der von der Niederdruckdichte verursacht werden kann, vor allem aufgrund eines großen Radius der halbkreisförmigen Elektroden wird in einem Hochfrequenzbereich.
Um die Leistung der verschiedenen LCO Stampfdichte der positiven Elektrode zu überprüfen, hergestellt HirokiNara wurden nach der Verdichtung und Reduzierung der Dicke jeweils 0%, 10%, 15% und 20% der LCO positiven Elektrode, eine negativen Elektrode, die aus Metall Li, die Herstellung von weichem Paket Batterie. kann Moment während des Ladens, von einer Ladungs-Entladungs-Kurve von Fig, kein Rollen, eine Verringerung der Dicke von 0% LCO sehr große Polarisation gesehen wird Aufladen eine Lade-Endspannung von 4,3 V, und da die Stampfdichte erreicht hat erhöhte Elektrodendicke um 15% und 20% der Elektrodenpolarisation verringert wird deutlich reduziert. nach dem Lade- und Entlade-Test durchgeführt wird, wurden die Batterie Beutel Li Metall der negative Elektrode entfernt wird, nur die LCO positive Elektrode verlassen (negative Elektrode, den Einfluß von Metall-Li zu beseitigen), EIS dann getestet. mit der Erhöhung der Packungsdichte, die Charakterisierung des Kontaktwiderstandes Halbkreisdurchmesser wesentlich niedrigerem Frequenzbereich aus den Testergebnissen, zeigt, dass der Kontaktwiderstand innerhalb der Elektrode wesentlich reduzieren, um dadurch effektiv die polarisierten Elektroden zu reduzieren.
Um den Kontaktwiderstand zwischen dem Stromkollektor und LCO Al-Folie zu reduzieren, Hiroki Nara COATED Al-Folie und statt der gewöhnlichen Al-Folie getestet unter Verwendung die folgende Figur ist eine gewöhnliche Al-Folie (blau) und beschichtete Al-Folie (rot) LCO Lade- und Entladekurven der Elektrode (Elektrodendicke nach der Verdichtung um 15% verringert wird), kann aus der Figur der Ladespannung der Batterie unter Verwendung des Internet verringert getreten Al-Folie, deutlich erhöht während der Entladung zu erkennen ist, die Batterie-Innen Polarisation signifikanten verringert, so dass die Entladekapazität der Batterie auch in gleicher Packungsdichte zu sehen ist deutlich verbessert auch aus dem EIS wurde, fast die Verwendung von signifikant niedrigeren COATED Al-Folie Elektrodenkontaktimpedanz Hochfrequenzbereich, kann nicht von der Zeichnung eines halbhohen Frequenzbereich sagen, nur den Zwischenbereich eines Ladungsaustausch Impedanz halb~~POS=TRUNC zeigen verlassen der Kontaktwiderstand der Al-Folie mit Füßen getreten Reduktion einer sehr signifikanten Effekt hat.
Hiroki Nara die in dem Artikel beschriebenen Ersatzschaltung zu Beginn EIS Ergebnisse LCO Elektrode eine Al-Folie verwendet getreten LCO positive Elektrode (untere Tafel a) und der Al-Folie allgemeinen bei unterschiedlichen Temperaturen (untere Tafel b) montiert wurden, die passende mit experimentellen Ergebnissen mit Fehlern weniger als 1% recht gut überein. Daher kann das Einpassen des Histogramms unten gezeigt ist, und der Stromabnehmer gesehen Ril Kontaktwiderstandsfolie mittels COATED Al zwischen dem aktiven Material ist deutlich kleiner als die gewöhnlichen al Folienelektroden und Ladungsaustauschionen-Diffusionswiderstand und die Impedanz nicht sehr verschieden ist, was darauf hinweisen, daß die al-Folie getreten hauptsächlich durch den Kontaktwiderstand zwischen dem aktiven Material und dem Stromabnehmer zu reduzieren, um die Rate Fähigkeit Lithium-Ionen-Batterie zu erhöhen.
Hiroki Nara Arbeit zeigt, geeignete Packungsdichte (ca. 20% ige Reduktion der Dicke), LCO zum Verbessern der Geschwindigkeitsleistung der Elektrode erforderlich ist, eine geeignete Packungsdichte verbessert werden kann, wird der Kontakt zwischen den Partikeln und einem Stromkollektor zwischen LCO LCO Teilchen, somit wirksam, den Kontaktwiderstand zu reduzieren, Ratenleistung der Elektrode verbessern, zusätzlich zu der Al-Folie getreten signifikant den Kontaktwiderstand zwischen dem LCO aktiven Material und dem Stromabnehmer, reduzierte Zellpolarisation verringern, Ratenfähigkeit LCO Zelle mit signifikanten Effekten zu verbessern .
