炭素被覆アルミニウム箔の抵抗性能の評価

集電体は、電子を伝導し、リチウムイオン電池内で活物質を運ぶ担体として、電池の最終性能において重要な役割を果たします。アルミニウム箔は最もよく使用される正極集電体です。電極の速度、サイクル、および耐用年数を向上させるために、いくつかの導電性コーティングがアルミニウム箔の表面にコーティングされており、これにより、集電体と活性粒子の間の界面接触抵抗が効果的に改善され、集電体と活性粒子間の接触抵抗が改善されます。活物質と集電体。優れた結合強度により、電極サイクル時の活性粒子の剥離を軽減します。カーボンコーティングされたアルミニウム箔のコーティングには、一般に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は、

この論文では、磁極片抵抗試験方法を使用して、異なる配合および異なるコーティング厚さのカーボン被覆アルミニウム箔の抵抗差を比較し、底面被覆磁極片の均一性を分析します。

図 2. バッテリーセルの性能に対するカーボンコーティングされた集電体の影響の概略図

1. 実験装置及び試験方法

1.1 実験装置: 電極抵抗計、モデル BER1300 (IEST )、電極直径 14 んん 、圧力 5 ～ 60 MPa を加えることができます。このデバイスを図 2(a) および 1(b) に示します。

図 2. (a) BER1300 の外観。(b) BER1300の構造

1.2 試験するサンプル: 3 種類のプライマー材料、厚さの異なる 2 種類のカーボン被覆アルミニウム箔、空のアルミニウム箔、カーボン被覆アルミニウム箔、活物質で被覆された磁極片。

1.3 試験方法：試験するポールピースサンプルを約5cm×10cmの長方形に切り出し、サンプルステージに置き、MRMSソフトウェア上で試験圧力、圧力保持時間等を設定し、試験を開始します。ソフトウェアは、ポールピースの厚さ、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

異なる配合の炭素被覆アルミニウム箔をテストしました。空のアルミニウム箔の厚さは１０μｍであり、２つの炭素被覆層の厚さはそれぞれ７μｍおよび４μｍであった。式のカーボン被覆アルミニウム箔の抵抗は、数十 mΩ から数十 Ω まで大きく異なり、単一の磁極片のさまざまな位置での抵抗の均一性から、異なる磁極片のカーボン被覆アルミニウム箔の均一性は異なります。プロセスも 4μm-R(Ω)-1 と 7μm-R(Ω)-1 のように大きく異なります。2 つの木炭コーティングされたアルミニウム箔の抵抗ボックスの図は幅が広く、異なる位置での抵抗の均一性が異なることを示しています。これは、コーティングが薄すぎるという事実に関連しており、漏れが発生する可能性があります。これは、コーティングまたはカーボン材料の不均一な分布に関連しています。

図 3(c) のデータを分析すると、空のアルミ箔の導電率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、二探針原理で測定したポールピース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に接触抵抗が導入され、導電性が弱まることがわかります。電子の。一般に、アルミニウム箔の表面に炭素コート層を追加する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、炭素コート層がアルミニウム箔の表面粗さを増加させ、活物質粒子間の接触を高めるためです。そして集電装置の方が優れています。コーティングの均一性が厚いか不十分であると、活物質コーティング電極の導電性の均一性にも影響します。

図 3. (a) カーボン被覆層厚さ 4 μm の耐フォイル性。(b) カーボン被覆層厚さ 4 μm の耐フォイル性。(c) 3 つの異なる状態における電極の抵抗率。

図 4. カーボンブラックコーティングされたアルミニウム箔の表面形態の模式図

要約すると、活物質と金属集電体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、効果的な導電層として機能します。拡散障壁は、電解質の分解および/またはリチウムイオンインターカレーション反応中の副反応によって発生する酸素の拡散を防ぎ、金属集電体の表面に酸化物層が形成されるのを効果的に防ぎ、それによって劣化を防ぎます。(2) 適切な配合の導電層は良好な導電性を持ち、広い接触面積を形成でき、集電体と活性コーティングの界面抵抗が低く、急速な電荷移動プロセスに役立ちます。(3) 導電層の柔軟性と機械的緩衝により、物理的界面の密着性を高めることができる。長期の周期反応中に界面で発生する応力によって引き起こされる接触面積の漸進的な損失に関連する問題を最小限に抑えるための努力が払われてきた。独自の導電性コーティングを設計および開発することにより、導電性界面層が比可逆容量、容量保持率、レート特性などの電気化学的性能を大幅に向上できることが実験で実証されました。

3.まとめ

カーボンコーティングされたアルミニウム箔は、さまざまな電池メーカーによって徐々に使用されている正極集電体です。カーボンコーティングされたアルミニウム箔のさまざまな配合とプロセスの評価も、集電体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、配合やプロセスの違いを評価するのに役立ち、同時にリチウム電池開発者がプライマープロセスの安定性を監視するのにも役立ちます。

参考文献

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