バッテリーのさまざまなレベルの抵抗に対する導電性カーボン含有量の影響

広く使用されている新エネルギーシステムとして、リチウムイオン電池は携帯電話、コンピュータ、自動車、エネルギー貯蔵などの分野で幅広い応用の可能性を秘めています。近年、さまざまな分野で急速充電性能に対する要求が高まっているため、電池の増倍性能を向上させることがリチウム電池研究者の方向性となっており、継続的な探求が行われています。リチウムイオン電池は、正極と負極、隔膜、電解液で構成されており、電池の充電時には、正極からのリチウムイオンが、陽極に埋め込まれた隔膜を介して電解液環境をサポートし、電池の比率性能に関係します。リチウムイオンの移動プロセス全体の抵抗を調べ、各リンクの抵抗を減らす正しい方法を見つけるには、研究担当者が熱心に調査する必要があります。&注意 ;

導電剤用リチウムイオンバッテリー比率の性能は重要な役割を果たしており、電子伝達経路を改善し、電荷伝達を高速化し、バッテリー性能を向上させることができることを多くの関連研究が示していますが、導電剤は粒子サイズと密度により活性物質よりも小さいため、材料、それをスラリーと極層に均一に分散させる方法も電池比率の焦点です^[1-6]。導電性カーボンの含有量の変化を通じて、粉末、スラリー、極およびバックル電池の4つの層が抵抗性能の変化を特徴付け、導電性カーボン抵抗の影響を定性分析し、同時に最適な導電性カーボン含有量を探索します。電気的性能に関して、電池プロセスおよび配合開発者に有利な技術的方法サポートを提供します。

1 実験材料と実験方法

1.1 材料

ニッケル-コバルト-マンガン三元材料 (NCM )、導電性カーボン (SP )、ポリフッ化ビニリデン (PVDF )、N-メチルパートナー (NMP )、タイプ 2032 バックル電池。

1.2 分析および試験機器

4 プローブ粉末抵抗器 (PRCD2100 -IEST )、4 プローブ モード、スラリー抵抗器 (BSR2300 -IEST )、ポールシート抵抗器 (BER2500 -IEST )、上記の 3 つの機器は 元 エネルギー テクノロジー (アモイ ) コ ., 株式会社 . 製です。バッテリーテスター (CT -4008T-ニューウェア )、電気化学ワークステーション (DH7001 )。

1.3 実験方法

表１に示す配合比に従って、５つのグループの正極ペースト、電極シートおよびバックル電池を調製した。異なる試験装置を使用して、スラリー、極シート、バックル電池の抵抗性能をそれぞれ試験し、導電性炭素含有量の変化が各レベルの電気的性能に及ぼす影響を分析しました。

表 1 5 つのサンプル グループの質量のパーセンテージ

1.4 サンプルの準備

表1の各材料グループの割合に従って材料を選択し、高速混合脱泡機で11分間混合し、半自動コマシンを使用してアルミ箔に塗布する場合もあります。乾燥後、ポール部分の一部、ポール半分はバックルバッテリーの組み立てに使用されます。バックル バッテリーは、三元極シートが正極、リチウム シートが負極としてアルゴン グローブ ボックス内で組み立てられます。

2 実験結果と考察

2.1 粉体層の解析

使用した三元材料と導電性カーボンの粉体抵抗率をそれぞれ試験しました。図1は、三元材料の圧縮密度が3.5 g / cmの場合、試験圧力の増加に伴い、三元材料と導電性カーボンの圧縮密度が徐々に増加し、抵抗率が徐々に減少することを示しています。³.02 このときの比抵抗は約16.7Ω・cmであり、導電性炭素材料の圧縮密度が1.0g/cm3の場合、比抵抗は約0・cmとなる。したがって、粉末レベルでは、三元材料の抵抗は導電性カーボンの835倍であり、導電性カーボンの導電性は三元材料の導電性よりもはるかに優れており、その後のスラリーと電極の導電性に影響します。

図 1: (a) 試験圧力強度による粉末圧縮密度の変化のプロット。(b) 圧縮密度による粉末抵抗率の変化のプロット

2.2 スラリーと磁極シートの層状抵抗性能の分析

図 2 (a) は、5 つのグループのスラリー抵抗率の試験結果です。図からわかるように、導電性炭素含有量が増加すると、スラリー抵抗率は低下します。これは、導電性炭素含有量が増加すると、スラリー中の抵抗率が低下するためです。導電性の高い炭素粒子間に三元粒子が懸濁すると、粒子間の電子伝達が速くなり、抵抗率が小さくなります。図 2 (b) は、5 セットのローラー圧力の前後の電極抵抗率の試験結果を示しています。この図から、導電性炭素含有量の増加とともに電極抵抗率が低下することがわかり、導電性炭素含有量の増加により粒子間の電子伝導性が大幅に向上することがわかります。加えて、

図 2: (a) 5 つのスラリー グループの抵抗率曲線。(b) 5 つの極グループの抵抗率曲線

2.3 バックル電池の抵抗性能解析

1回の充電と放電後のバックル電池の5つのグループのACインピーダンス分光試験と乗算器性能試験を実施し、結果を図3(a)、3(b)、3(c)に示します。リチウムイオン電池システムでは、インピーダンススペクトルの中から高周波範囲は電子移動と電荷移動を表し、低周波範囲はイオン拡散を表します。^[7]。図 3 (b) からわかるように、バッテリー移動炭素含有量が 0% から 3% に増加するにつれて、電子移動 Rs と電荷移動抵抗 R ct の合計も徐々に減少します。添加された導電性カーボンは、電池抵抗の改善に大きなプラスの効果をもたらします。また、高周波での電子抵抗のみを比較すると、バックル電池シェルと極板の接触抵抗の影響を受けるため、最初の2つのグループの変化傾向は、高周波での電子抵抗の変化と一致しません。導電性カーボン含有量。図3(c)の異比率放電容量維持率によれば、導電性カーボンの含有量が1%未満の場合、放電率が2.5Cまで徐々に増加し、放電容量はほぼ 2% 未満ですが、導電性炭素の含有量が 1.5% を超えると、電池の放電容量は 80% を超えます。したがって、導電性カーボンの適切な含有量により、電池の倍率性能が大幅に向上します。

図 3 (a) 5 つのグループのセルの E は 曲線。(b) 5 つのグループのセルの電子抵抗およびイオン抵抗曲線。(c) 5 つのグループのセルの異なる乗数放電維持率曲線。

3. 結論

この論文では、粉末、スラリー、極およびバックル電池の4つの層のそれぞれ異なる導電性炭素含有量の5つのグループのサンプルの抵抗性能の定量分析を行った結果、添加された導電性炭素は、三元材料、スラリー、極、バックル電池よりも優れた導電性を示したことがわかりました。性能はある程度向上しており、導電性カーボンを適切に含有することで電池の乗数性能を大幅に向上させることができます。この論文の研究は、電池関連の研究者に、さまざまなレベルから電気的性能を評価し、電池の乗数性能に対する適切な導電性炭素含有量の影響に注意を払うことができることを思い出させます。

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