リチウムイオン電池の極片の配合と工程評価 - 電池の電極抵抗法
リチウムイオン電池の製造プロセスにおける重要な中間製品として、ポールピースはその優れた性能と安定性を確保するために信頼性の高い監視方法を採用する必要があります。サイクル、レート、安全性、その他のパフォーマンス。ポールピースには活物質、導電剤、結合剤が含まれています。リチウムイオン電池のエネルギー密度を高めるために、活物質の割合はますます高くなっていますが、導電剤含有量の適切な割合と導電剤の種類も電池のレート性能に影響します。 7 無視できないもの。ポールピースの圧延プロセスでは、ポールピースの圧縮密度が適切な範囲内になるように適切な圧延圧力を設定することも研究開発担当者にとって大きな課題です。&注意 ;
この論文では、ポールピース抵抗法を使用して、ポールピース内の導電剤の含有量と圧縮密度がポールピースの電子伝導性に及ぼす影響を評価します。これは、研究開発担当者に強力なサポートを提供します。最適な配合とプロセスパラメータを決定します。
1.実験設備及び試験方法
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 1(a) および 1(b) に示します。
図 1. (a) BER1300 の外観。(b) BER1300の構造
1.2 試験方法：試験するポールピースを約 5cm×10cm の長方形に切り、サンプルステージに置き、MRMS ソフトウェア上で試験圧力、圧力保持時間などを設定し、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
2.1 正極シート中の導電性カーボン含有量の影響
正極片の場合、活物質自体の導電性が低いため、一定の割合の導電剤を添加することは間違いなく問題となります。"雪の中に炭を送る"ポールピースの導電性を向上させます。三元磁極片の導電性カーボンの含有量をそれぞれ 1%、3%、5%、7% に変更し、他のプロセス パラメーターは変更しません。BER1300 を使用してポールピースの抵抗率をテストします。試験圧力は 25MPa、保持時間は 25s に設定します。並列サンプルを 5 回テストし、その結果を図 2 に示します。ミニタブ を使用して、導電性炭素含有量が異なる 4 つのグループの磁極片の抵抗率の分散を分析すると、テスト結果から P&それ ;0.05 であることがわかります。図は、4 つのグループのポールピースの抵抗率に大きな差があることを示しています。また、平均値の変化則から、導電性カーボンの含有量が増加するにつれて、3 成分ポールピースの抵抗率が徐々に低下することがわかります。導電性炭素の含有量が５％を超えると、抵抗率は若干低下する。研究開発担当者は、バッテリーのエネルギー密度の要件に応じて、最適な導電性カーボン比率を決定できます。&注意 ;
図 2. 導電性炭素含有量が異なる 4 つのグループの 3 成分磁極片の抵抗率の分散分析
2.2 負極部の導電剤含有量の影響
負極シートでは、黒鉛材料自体が導電性に優れているため、導電性の優れた導電剤を添加することにより、"ケーキのアイシング"。グラファイト磁極片のカーボン ナノチューブの含有量をそれぞれ 2%、3%、4% に変更し、他のプロセス パラメータを変更せずに維持します。BER1300 を使用して磁極片の抵抗率をテストし、テスト圧力を 25MPa に設定し、圧力を保持します。 25 秒間、並行して 5 回テストした結果を図 3 に示します。ミニタブ を使用して、カーボン ナノチューブの含有量が異なる 3 つのグループの磁極片の抵抗率の分散を分析すると、テスト結果から P&それ ; 0.05 は、3 つのグループの磁極片の抵抗率に大きな違いがあることを示しています。添加剤含有量の増加に伴い、グラファイト電極シートの抵抗率はほぼ直線的に減少し、カーボンナノチューブの添加により電極シートの電子伝導性が向上できることを示しています。
図 3. 導電剤の含有量が異なる 3 つのグループのグラファイト磁極片の抵抗率の分散分析
2.3 ポールピースの圧縮密度の影響
圧縮密度は磁極片の多孔性と屈曲性に影響を与え、さらに磁極片の電子伝導性とイオン伝導性にも影響を与えます。4 種類の正磁極片に異なる圧力を加え、その他のパラメータは同じで、異なる圧縮密度の磁極片を得ることができます。BER1300 は、ポールピースの抵抗率をテストするために使用されます。試験圧力は 5MPa、保持時間は 25 秒、並列サンプルを 5 回試験します。その結果を図 4 に示します。比抵抗の変化傾向から、圧縮密度の増加に伴って 4 つの磁極片の比抵抗はすべて減少しましたが、曲線の傾きは異なっていました。コバルト酸リチウム (LCO ) ポールピースの場合、圧縮密度が 3.3g/cm3 に達すると、抵抗率の低下は顕著ではなくなります。
図 4. 異なる圧縮密度での正極片の 4 つのグループの抵抗率の分散解析
3.まとめ
この論文では、極片抵抗法を使用して、リチウムイオン電池極片の極片の電子伝導性に及ぼす導電剤の含有量と圧縮密度の影響を評価しました。研究者は、シートの導電率に基づいて、バッテリーのエネルギー密度とイオンコンダクタンスの要件と組み合わせて、最適な配合とプロセスパラメーターをさらに決定できます。
参考文献
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