В последние годы с быстрым развитием новых энергетических транспортных средств мощность аккумуляторной батареи постепенно превосходила традиционные литиево-ионные аккумуляторные батареи 3C. В то же время новое направление применения также предлагает новые возможности для литий-ионных батарей. Требования, такие как новые транспортные средства с энергией, особенно гибридные транспортные средства с подключаемым модулем, выдвинули более высокие требования к мощности разрядных мощностей аккумуляторных батарей.
Факторы, влияющие на скорость работы литиево-ионных батарей, в основном, являются поляризацией. Поляризация приведет к тому, что рабочее состояние литий-ионных батарей отклонится от установившегося состояния. На практике платформа напряжения батареи уменьшается с увеличением поляризации (разряда), разряда В целом, мы полагаем, что основными факторами, вызывающими поляризацию литий-ионных батарей, являются: 1) омическая поляризация, то есть контакт между частицами активного материала и током между активным материалом и токосъемником, с током Увеличение падения напряжения, вызванное этими факторами, значительно возрастает, 2) Поляризация концентрации, положительный и отрицательный электроды литиево-ионной батареи представляют собой пористые структурные электроды, а сложная пористая структура внутри электрода замедляет скорость диффузии Li +, что приводит к градиенту концентрации. Кроме того, медленная скорость диффузии Li + в твердой фазе также, вероятно, будет ограничивающим звеном. Сегодня мы в основном представляем, как уменьшить контактное сопротивление между активным материалом и токоприемником и повысить скорость работы литиево-ионной батареи.
В настоящее время процесс производства литиево-ионных батарей в основном проистекает из процесса, принятого Sony Corporation в первой коммерческой литий-ионной батарее в 1992 году. Положительные и отрицательные активные пасты материала переносятся в токоприемник из металлической фольги с помощью оборудования для нанесения покрытий. На верхней стороне (положительный электрод, как правило, сделан из фольги Al, отрицательный электрод обычно выполнен из фольги Cu), измельчается и после разреза различной формы литиево-ионных батарей образуются путем намотки или ламинирования. Электроны внутри частиц активного материала положительного электрода в электрохимической реакции требуются. После переноса между частицами он сливается с токоприемником и затем направляется на отрицательный электрод через внешнюю цепь для полной электрохимической реакции, поэтому электропроводность между активным материалом и токосъемником становится важной частью электрохимической реакции. Недавно Хироки Нара (первый автор, корреспондент-автор) и Тетсуя Осака (соответствующий автор) Университета Васеда в Японии проанализировали контакт между активным материалом и токосъемником плотностью уплотнения и проводящим покрытием на поверхности алюминиевой фольги EIS. Эффект между резисторами, исследования показали, что соответствующая плотность уплотнения и покрытая углеродом алюминиевая фольга значительно улучшат производительность скорости электродвигателя LCO.
В эксперименте Hiroki Nara использует LCO в качестве материала положительного электрода и графита в качестве материала отрицательного электрода. LCO уменьшает толщину на 0%, 10%, 20% и 30% соответственно путем регулирования давления и трещины соединения (рассчитано, что пористость электрода составляет 49% соответственно). 42%, 37% и 27%), затем электрод пробивали и превращали в батарею мягкой упаковки для электрохимических испытаний.
На следующем рисунке показана эквивалентная схема батареи мягкой упаковки, разработанная Hiroki Nara (где b - TLM на рисунке a, обозначающая параллельную схему в направлении толщины электрода), где ZL - индуктивное реактивное сопротивление, а RS - импеданс диффузии ионов электролита. Ril - контактное сопротивление между активным материалом и токоприемником, конденсатор Cd, импеданс перезарядки Rct и связанный параллельно с ним конденсатор Cct, сопротивление диффузии Li + Ri в электроде и диффузионный импеданс Cdiff, которые выполняются с использованием программного обеспечения MATLAB. Фиксация, погрешность результата сборки HirokiNara составляет менее 1%, что действительно может отражать механизм реакции внутри литиево-ионного аккумулятора.
На рисунке а ниже показаны характеристики скорости разряда катодов LCO с разной плотностью уплотнения. Можно видеть, что электрод с более высокой плотностью уплотнения с улучшением увеличения показывает отличную скорость работы без увеличения LCO-электрода. Плохая производительность, практически без мощности при скорости 2 C. На рисунке b ниже показан спектр EIS материалов катода с разной плотностью уплотнения. Из рисунка видно, что импеданс электрода без прокатки (уменьшение толщины 0%) является самым большим. Полукруглые диаметры высокочастотной области и области промежуточной частоты составляют 4,5 Ом и 1,0 Ом соответственно, а импеданс электрода с 10% -ным уменьшением толщины электрода после прокатки значительно снижается. Два полукруг равны 1,5 Ом и 0,2 Ом соответственно. Увеличение плотности уплотнения и уменьшение толщины электрода на 20% может дополнительно уменьшить импеданс электрода (как показано на рисунке ниже). Хироки Нара считает, что основной причиной значительного уменьшения диаметра полукруга в области высоких частот является то, что плотность уплотнения постепенно возрастает. , Частицы LCO и токосъемники, частицы LCO и контакт с проводящим агентом значительно улучшаются, тем самым уменьшая контактное сопротивление. Когда мы продолжаем увеличивать плотность уплотнения, толщина электрода LCO уменьшается на 30 На%, мы видим, что полукруга в области высоких частот почти исчезает, что указывает на то, что сопротивление контакта внутри электрода минимизируется при плотности уплотнения 30%, но это не означает, что чем больше плотность уплотнения, тем лучше. Мы тщательно анализируем результаты EIS. Видно, что пересечение положительного электрода LCO с уплотненной плотностью 30% и ось X смещается вправо, очевидно, что указывает на то, что при увеличении плотности уплотнения диффузионное сопротивление Риона Li + в электроде значительно возрастает, что не способствует повышению скорости. Улучшение. Из результатов испытаний падение толщины на 20% представляет собой плотность уплотнения, которая позволяет положительному электроду LCO уравновешивать электронный контактный импеданс и импеданс диффузии ионов. Продолжать увеличивать плотность уплотнения. Контактное сопротивление ограничено, но оно приводит к диффузии ионов. Сопротивление значительно увеличивается.
Из поперечного сечения электрода при меньшей плотности уплотнения между слоем активного материала и токосъемником происходит большое количество пор, что приводит к плохим контактам между активным материалом LCO и токосъемником, что может привести к плотной плотности низкого давления. Основная причина, по которой электрод имеет большой радиус в области высоких частот.
Чтобы дополнительно проверить положительную производительность LCO при различных уплотненных плотностях, HirokiNara произвела LCO положительные результаты с уменьшением толщины 0%, 10%, 15% и 20% соответственно после уплотнения, а металл Li использовался для отрицательных электродов для изготовления мягких батарей. Из кривой заряда-разряда на следующем рисунке а видно, что LCO во время процесса зарядки не поляризована, а поляризация очень велика во время процесса зарядки. Напряжение зарядки достигло предельного напряжения 4,3 В, а плотность уплотняется. Поляризация электродов уменьшилась на 15% и 20%, а отрицательный электродный металл Li в батарее мягкой упаковки был удален, оставив только положительный электрод LCO (исключая влияние отрицательного электрода Li Li). Затем выполняется испытание EIS. Из результатов испытаний, когда плотность уплотнения увеличивается, диаметр полукруга, характеризующий контактный импеданс в высокочастотной области, значительно уменьшается, что указывает на то, что контактное сопротивление внутри электрода значительно уменьшается, тем самым эффективно уменьшая поляризацию электрода.
Чтобы еще больше уменьшить контактное сопротивление между LCO и токосъемником алюминиевой фольги, Hiroki Nara тестировали, используя алюминиевую фольгу с углеродным покрытием вместо обычной алюминиевой фольги. На следующем рисунке a показано использование обычной алюминиевой фольги (синий) и покрытой углеродом алюминиевой фольги (красный). Кривая заряда-разряда электрода LCO (толщина электрода уменьшилась на 15% после уплотнения). Из рисунка видно, что платформа заряжающего напряжения батареи значительно уменьшается после использования алюминиевой фольги, покрытой углеродом, и платформа разрядного напряжения значительно увеличивается, что указывает на значительную внутреннюю поляризацию батареи. Снижение также значительно улучшает разрядную емкость батареи. Из спектра полного сопротивления переменного тока также видно, что контактное сопротивление электрода в высокочастотной области значительно уменьшается после того, как покрытая углеродом фольга Al используется при той же плотности уплотнения. Невозможно отличить полукругу высокочастотной области от фигуры, оставив только полукольцо обтекания в области промежуточной частоты, что указывает на то, что алюминиевая фольга с покрытием углерода оказывает очень значительное влияние на снижение контактного сопротивления.
Hiroki Nara использовал эквивалентную схему, описанную в начале статьи, чтобы соответствовать результатам EIS анода LCO (рис. A), покрытого алюминиевой фольгой с углеродом, и LCO-электродом общей алюминиевой фольги (дно b) при разных температурах. Результаты хорошо согласуются с экспериментальными результатами, а погрешность составляет не более 1%. Результаты подгонки показаны на приведенной ниже гистограмме. Можно видеть, что контактное сопротивление Ril между активным материалом и токосъемником с использованием алюминиевой фольги с углеродом значительно меньше, чем у обычного Электрод фольги Al, сопротивление ионной диффузии и импеданс перезарядки не сильно отличаются друг от друга, что указывает на то, что алюминиевая фольга с покрытием углерода в основном улучшает производительность литиево-ионной батареи, уменьшая контактное сопротивление между активным материалом и токосъемником.
Работа Хироки Нара показывает, что для повышения скорости работы электрода LCO необходима правильная плотность уплотнения (уменьшение толщины на 20%). Соответствующая плотность уплотнения может улучшить контакт между частицами LCO и частицами LCO и токосъемником. Таким образом, контактное сопротивление эффективно уменьшается, а скорость работы электрода улучшается. Кроме того, алюминиевая фольга с углеродным покрытием может значительно уменьшить контактное сопротивление между активным материалом LCO и токосъемником и уменьшить поляризацию батареи, что существенно влияет на повышение скорости работы батареи LCO. ,
