LCO 材料のさまざまな粒度分布の圧縮および導電率分析

リチウムイオン電池の原材料には、主に正極材、正極材、集液、電解液、隔膜が含まれます。正極材料と負極材料は通常、ミクロングレードの粉末材料であり、その中で一般的なリチウムイオン電池の正極粉末材料は、層状コバルト酸化物リチウム、オリビン構造リン酸鉄リチウム、スピネル型リチウムマンガン酸化物構造、および層状ニッケルコバルトマンガン三元構造である。材料（以下、ＮＣＭと称する）。コバルト酸化リチウム (リコオ ) がある場合、₂、LCO ）は、クラス3C（コンピューター、通信、民生用）ベースの電子バッテリーで支配的な地位を占めており、高エネルギー密度、高電圧プラットフォーム、安定した放電、シンプルな製造プロセスという利点があります。現在、軽量でインテリジェントなポータブル電子製品への長期的な需要により、LCO バッテリーの開発が促進され、エネルギー密度がさらに向上しています。図1に示すように、コバルト酸リチウム電池の開発ロードマップは次のとおりです。

図 1. LCO -グラファイトフルセル開発ロードマップ^【1】

極板生産プロセスにおけるリチウムイオン電池の製造プロセスは最も重要なリンクです。極シートローラー圧力も極シート生産プロセスの重要なプロセスセクションです。通常、極シートローラー圧力はコーティングと乾燥プロセスの後に配置されます。フィルムカットプロセス、ポールシートがローラープレスに入った後、力の作用下で、フロー、再配列、およびポーラーシート内の活性粒子の埋め込み、粒子間のギャップが変更され、ポールシートローラープレスプロセスが行われます。粉末の再配列と圧縮プロセス、この論文は主に 4 つの異なるタイプの L CO 粉末材料に基づいています、異なる圧力下での粉末の抵抗率、圧縮密度、および圧縮特性をテストします。SEM テストと組み合わせて、粒子サイズ、L CO 粉末材料の形態、密度、圧縮特性を分析しました。

1. 試験方法

1.1 4 つの材料の SEM 形態試験。

1.2 導電率、圧縮密度、圧縮性能は、4 つの LCO 材料について PRCD3100 (IEST ) によってテストされます。試験装置は図2のとおりです。&注意 ;&注意 ;

試験パラメータ: 印加圧力範囲 10-200MPa、間隔 20MPa、圧力保持 10 秒。

図 2. (a) PRCD3100 の外観図。(b) PRCD3100の構造図

2. 試験結果

2.1 SEM テスト結果

4 つの L CO 粉末材料は、SEM を使用して圧力をかけずにテストされました。図 3 は、4 つの材料、L CO -1、L CO -2、L CO -3、および L CO -4 の S EM テストの結果を示しています。図から、4つの材料の粒子分布と粒径が明らかに異なることがわかります。このうち、L CO -1には約30μm〜5μmの範囲の複数の粒径のサンプルが含まれており、L CO -2には粉末が含まれていますＬ ＣＯ−３サンプルは約４５μｍ〜１０μｍの範囲の粉末を含有し、Ｌ ＣＯ−４は主として約５μｍの小さな粒径である。粒度分布の違いは、圧縮時の粉末の充填効果に直接影響します。これは、材料間の圧縮密度、電子伝導性、および圧縮特性に密接に関係しています。

図3 。4 つの LCO 材料の SEM トポグラフィー

2.2 圧縮性能試験結果

粉末材料の圧縮性能は、粒子の形状、粒径、分布に関係します。圧力効果の下では、粉末全体の変形が主な不可逆変形になります。粒子の弾性変形と応力。圧力が粉末材料の降伏強度を超えると、これも不可逆的な変形になります。実際、粉末粒子の圧縮プロセスは多重重力であり、応力も包括的な変化のプロセスです。

表 1. 4 つの LCO 材料の形状変数データの概要

図 4 4 つの LCO 材料の加圧圧力解放時の応力曲線とひずみ曲線

この実験では、圧力が 200MP a に達すると、図 4 に示すように、圧力を徐々に解除して、4 つの L CO 材料の応力およびひずみ曲線を取得しました。可逆変形は、最大変形 (パート❶に示す）と不可逆変形（パート❷に示す）の具体的なデータを表 1 に示します。表から、その可逆的な形状のような可変サイズ、L CO -4 がわかることがわかります。>LCO -2>LCO -1>LCO -3、S EM 試験結果と組み合わせた比較分析により、4 つの材料の粒度分布について、小さいサイズの粒子の割合も L CO -4 の傾向を示したことが明らかになりました。>LCO -2>LCO -1>LCO -3、包括的な分析は、同じ材料の場合、粒子サイズが小さい場合、材料の接触面積が大きくなり、弾性可逆変形の力に対してより脆弱になる可能性があります。この可能性をさらに特定するために、サンプリング量とさまざまな装置を使用した複数の実験の観点から分析したところ、4 つの材料すべての可逆的な変形傾向は L CO -4 でした。>LCO -2>LCO -1>LCO -3; 4 つの材料の最大変形と不可逆変形の対比については、サンプリング サイズと試験条件が異なると変化します。これは、サンプリングの違いと充填効果の違いに関連している可能性があります。

3 2. 圧縮密度および導電率試験結果

粉末材料の研究によると、同じ材料、単一の粒子サイズ、同様の形状の粉末、大きな粒子サイズの場合、接触面積が小さくなり、粒子間の相互作用（機械的もつれや摩擦）が小さくなり、良好な移動性が得られ、密集した堆積が最も容易に形成されます。状態、したがって充填密度、小さな気孔率、圧力下で、粒子ギャップの占有体積が小さく、比較的大きな圧縮密度を得るのが容易です。ただし、実際の粉末には連続的な粒度分布があり、これが充填効果に直接影響します。異なる粒径分布を持つ粉末サンプルは、圧力下で流動および再配列することができ、粒径の大きな粉末はより多くの空隙を形成することができ、一方、小さな粒子は隙間に充填することができ、その結果、大きな圧縮密度と小さな空隙率が得られます。&注意 ;

図 5 は、4 つの L CO 材料の圧縮密度測定の結果を示しています。圧縮密度のサイズは L CO -3 とは対照的です。>LCO > 1>LCO -2>LCO -4。S EM テストの結果と組み合わせると、単一粒子サイズでより小さな粒子を持つ L CO -4 サンプルと比較して、比較的大きな粒子サイズと複数の粒子サイズ分布を持つ他の 3 つのサンプルはすべて比較的高い圧縮率を示します。密度、これは小さな粒子間の相互作用力が比較的大きいことを示します、粒子の流れの再配列が困難、より高い気孔率を形成します、低い圧縮密度。L CO -1、L CO -2、L CO -3 の 3 つの素材の比較、粒子径 (L CO -3)>LCO -1>LCO -2) とその分布の違いも、圧縮密度の違いの重要な要因の 1 つである可能性があります。粒子サイズの広いフォルダーは最密充填を形成する可能性が高く、小さな粉末が大きな粒子間の隙間を埋めます。最終的な圧縮密度は次のようになります。より高い。粒子自体の変形を最初に考慮しない場合、粉末粒子の圧縮プロセスは、圧力下で粉末が緩んだ状態から最も高密度に蓄積するプロセスです。&注意 ;

最も緻密な充填原理によれば、半径 R の球形粒子が最も緻密な方法で充填されているとき、すべての粒子は互いに接触し、粒子間に形成される理論的空隙率は 25.94% であり、半径 R を持つ一次粒子間の空隙は二次粒子を満たすことができるRの半径は0.414Rです。すべての細孔が二次粒子で満たされた後の気孔率は 20.70% になります。細孔内に再充填できる最大粒子半径は 0.225R、立方体粒子では 0.177R、0.116R で、理論上の空隙率は 19%、15.8%、14.9% に相当します。

図 5 4 つの LCO 材料の圧縮密度試験結果

粉末材料の電子伝導性については、ほとんどの L CO 材料の場合、粉末粒子間の接続性と接触性が高くなります。また、圧縮密度分析で述べたように、粉末粒子間の接続性と粒径およびサイズ分布との接触も関係します。同じ粒径の粉末サンプルは点接触を好み、全体的な接触面、より小さい粒子は面接触を好みます。同じ充填効果は、導電率の変化にも影響を与える可能性があります。&注意 ;

図 6 は、4 つの L CO 粉末材料の導電率試験の結果を示しています。抵抗率の比較結果では、L CO -1 が最も優れた導電率を持ち、L CO -3 が最悪の導電率を示し、L CO -2 と L CO -2 が導電率が最も悪いことがわかりました。 L CO -2 および L CO -4 の低圧下、高圧下では L CO -4

ただし、最も導電性が高く、導電性が最も悪い LCO -3 サンプルでは、​​全体の粒子サイズが大きく、粒子サイズ分布が狭く、粒子との全体的な接触が不十分であるため、電子伝導性が低下します。同様に、L CO -2 および LCO -4 サンプルの場合、低圧下では、主にサンプル粒子間の接触により、LCO -4 サンプル全体のサイズは良好な導電性を示し、圧力の増加に伴って LCO -2 粒子は良好な導電性を示しました。充填効果があり、大きな粒子の間に小さな粒子が実現され、導電率はL CO -4よりも大きくなりますが、全体的な差は大きくありません。

図 6 4 つの LCO 材料の導電率試験曲線

まとめ

この論文では、PRCD3100 は 4 種類の L CO 材料の導電率、圧縮密度、圧縮性能をテストし、材料の SEM 粒度分布の違いと組み合わせて、粒度分布の違いと材料の導電性、圧縮および圧縮の間の可能性のある関連性を事前に評価しました。パフォーマンスを向上させ、材料の差異の分析と評価に新しいアイデアと方向性を提供します。

参考資料

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[3] 楊少彬、梁正。リチウムイオン電池の製造プロセス原理と応用。