木炭被覆アルミ箔の耐性能評価

リチウムイオン電池内で電子を伝導し活性物質を運ぶキャリアとして、液体コレクターはバッテリーセルの最終性能において重要な役割を果たします。アルミニウム箔は、正極液体のコレクターとして最も一般的に使用され、性能を向上させます。電極比、サイクルおよび耐用年数は、導電性コーティングでコーティングされたアルミニウム箔表面上で、捕集流体と活性粒子界面の接触抵抗を効果的に改善し、活物質と流体捕集の結合強度を向上させ、活性粒子の発生を減少させることができます。電極サイクル剥離の問題のプロセス。カーボンアルミニウム箔のコーティングには通常、導電性カーボンブラック、グラフェン、カーボンナノチューブなどが含まれます。カーボンコーティング層の配合、コーティングの厚さ、コーティングの均一性もボトムコーティングの効果に影響します¹。

本論文は,電極シートの抵抗試験方法を使用し,下部電極シートの均一性を分析した。

図 1. カーボンコーティングされた液体コレクターがセルの性能に及ぼす影響の概略図¹

I. 実験装置および試験方法

1.1実験装置: ポールシート抵抗器、モデル BER1300 、電極直径 14mm、5~60MP の圧力を加えることができます。装置を図 2 (a) および図 1 (b) に示します。

図 2. (a) BER1300 の外観図。(b) BER1300の構造図

1.2 テストするサンプル: 3 つの配合の底部コーティング材料、異なる厚さの 2 つのコーティングされたアルミニウム箔、空のアルミニウム箔、コーティングされたアルミニウム箔、および活物質を塗布した後の極シート。

1.3 試験方法：測定する電極片サンプルを5cm×10cm程度の長方形に切り、サンプル台に置き、M RMSソフト上で試験圧力、圧力保持時間などのパラメータを設定し、試験を開始します。ソフトウェアは、電極片の厚さ、抵抗、抵抗率、導電率、その他のデータを自動的に読み取ります。

2. データ分析

木炭コーティングされたアルミニウム箔のさまざまな配合のテスト。空のアルミニウム箔の厚さはすべて 10 μm、2 つの炭素コーティング層の厚さはそれぞれ 7 μm と 4 μm、テストされた極シート抵抗器を図に示します。 3 (a) と (b)、木炭コーティングされたアルミニウム箔の異なる配合の抵抗は非常に大きく異なることがわかります。数十 m Ω ～ 数十 Ω の範囲で入手可能であり、異なる位置の均一な抵抗から判断すると、単極シートの木炭コーティングされたアルミニウム箔の均一性も、4 氏 (Ω) -1 や 7 氏 (Ω) -1 など、異なるプロセスによって大きく異なります。これは、異なる位置での抵抗の均一性が低いことを示しています。これではコーティングが薄すぎます。コーティング漏れやカーボン材料の偏在が発生する可能性があります。¹。

図 3 (c) のデータによれば、空のアルミ箔の導電性が最も優れています。カーボンコーティング層と活物質を追加すると、2つのプローブの原理を使用してテストした極シートの抵抗率が徐々に増加します。これは、コーティングの追加により粒子間の接触抵抗が導入され、導電性が弱くなることを示しています一般に、アルミニウム箔の表面にコーティング層を増やすと電極の導電性が向上すると考えられていますが、これは主にコーティング層のアルミニウム箔の表面粗さが増加し、活物質粒子と流体が接触するためです。塗膜の厚さが厚い場合や塗膜の均一性が悪すぎる場合は、

図 3. (a) カーボンコーティング 4 m のフォイル抵抗。(b) カーボンコーティングの耐箔性 4 m。(c) 3 つの異なる状態の電極抵抗率

図 4. カーボンコーティングされた黒色アルミニウム箔の表面形態の模式図¹

一言で言えば、活物質と金属回収液の間に効果的な中間層を追加すると、界面接触抵抗の改善に加えて、次のような相乗効果が期待できます。 (1) 化学的および電気化学的に安定した導電層は、次のような相乗効果をもたらします。効果的な拡散バリア。電解質の分解および/またはリチウムイオン埋め込み反応中の副反応から生じる酸素の拡散を防ぎ、金属捕集流体の表面での酸化物層の形成を効果的に防ぎ、劣化を防ぎます。（２）合理的に形成された導電層は良好な導電性を有し、広い面積の接点を形成することができ、流体コレクタと活性コーティング界面での抵抗が低く、これにより急速な電荷移動プロセスが促進される。

3. まとめ

木炭アルミニウム箔は、さまざまな電池メーカーによって徐々に選択されている正極液コレクションの一種です。カーボンアルミニウム箔のさまざまな配合とプロセスの評価も、液体収集の開発において重要な役割を果たします。カーボンコーティングされたアルミニウム箔の抵抗パラメータをテストすることにより、配合とプロセスの違いを評価するのに役立ちます。同時に、リチウム電池の研究者が下塗りプロセスの安定性を監視するのにも役立ちます。

参考資料

1. ブッソン , C、ブリン , マ 、ギシャール , P.、ソウダン , P.、クロスニエ , O.、ギュヨマール , D.、および レストリーズ , B. (2018)。高性能カーボンコーティング LiFePO4 用の下塗り集電体炭素添加剤を含まない電極。ジャーナル の 力 情報源 、406、7-17。

2. チェン 彭 、レン 寧 、ジ シュエミン 、他。リチウムグラファイト/リン酸鉄リチウム電池における木炭コーティングされたアルミニウム箔の応用[J]。新しい エネルギー 進捗 、2017、5 (2): 157-162。

3. 李 分 , など アル . リン酸鉄リチウム電池の性能に及ぼすコーティングされたカーボンアルミニウム箔の効果 [J]. エネルギー 保管所 化学 と テクノロジー 、2020、9 (6)、1714-1719。