モデルコインセルの充放電効率と膨潤厚さの性能評価

リチウムイオン電池は、携帯電話、自動車、家庭用エネルギー貯蔵など、生活のあらゆる場面で広く使用されています。そのため、リチウムイオン電池のさまざまな性能を評価することは特に重要です。リチウム電池は充放電中に膨張または収縮することがわかっているため、リチウム電池モジュールを設計する際には、膨張パラメータは考慮する必要がある重要なパラメータの 1 つです。さらに、高い比容量を備えた新世代の負極（シリコンベースの負極やリチウム金属負極など）の出現により、その構造的な膨張は従来の負極よりもはるかに明白です。伝統的黒鉛負極^[1,2], そのため、評価を重視する企業が増えています。リチウム電池の膨張性能。

通常、研究者は膨潤を評価するために、単層または多層の完成した電池に電極を準備する必要があります。この方法は、試験サイクルが長く、評価効率が低く、多くのリソースを消費するため、新材料の開発プロセスに深刻な影響を与えます。IESTは最近、モデルコインセルを革新的に使用して電池電極の膨潤挙動を評価しました。これにより、材料の膨潤性能の評価サイクルが大幅に短縮され、大学や企業向けの電池を準備するための人的資源と材料資源を大幅に節約できます。このモデルのコイン型電池の場合、ユーザーが最も懸念しているのは、そのサイクル効率が従来のスチールシェル電池パックのサイクル効率に匹敵するかどうかです。モデルのコイン型電池によって測定された膨潤厚さの変化が、完成した電池の膨潤厚さの変化と同等であるかどうか。この懸念に対して、この記事では、ユーザーが評価して選択するのに便利な、これら 2 つの側面に基づいた対応する比較データを提供します。

1. 試験条件

1.1 試験装置:&注意;この記事では、IESTのモデルボタン電池を使用し、シリコンベースの負極膨潤その場高速スクリーニングシステム（RSS1400、IEST）と協力して、最新のコイン型電池およびパウチ型電池の充放電試験および膨潤試験を実行します。

図 1. シリコンベースのアノード膨潤その場高速スクリーニング システム (RSS1400)

1.2 充放電試験条件

①用途IESTモデルのコイン型電池NCM//李 コイン電池ハーフセルと NCM//SiC コイン電池フル電池を組み立て、01C のレートで 3 サイクルの充放電を実行します。これは、その後の市販の鋼殻ボタン電池との性能の比較に便利です。単層パウチセル積層型電池。

②市販の 2032 鋼殻を使用して NCM//李 のボタンハーフ電池を組み立て、01C のレートで 3 サイクル充放電を実行します。

③ NCM//SiC単層パウチセルラミネート電池を組み立て、01Cのレートで充放電を3サイクル行う。

1.3 細胞膨張試験条件

NCM//SiC モデルのボタン型フルバッテリーと単層パウチセルラミネートバッテリーは、シリコンベースのアノード膨潤その場高速スクリーニングシステム (RSS1400、IEST) に配置されます。5 kgの初期予荷重を適用した後、01Cの充電および放電プロセス中に2つの膨潤厚さの変化をリアルタイムで監視しました。

2. 結果の分析

2.1IESTモデルのコイン型電池と市販の2032鋼殻型コイン型電池の充放電効率の比較。&注意;

図 2 の左側の写真は IEST モデルのコイン セル、右側の写真は商用 2032 スチール シェル コイン セルです。同じサイズと組成の三元正極を使用して、一対のリチウムシートコイン半電池を組み立て、01C の充電および放電速度で 2 つのクーロン効率を比較しました。結果を表 1 に示します。図からわかるように、モデルコイン電池の最初の効果は約89.13%で、市販のスチール製コイン電池よりも約0.718%低いだけであり、2周目と3周目の最大サイクル効率はそれよりわずか約1.28%低いだけです。市販のスチール貝ボタンです。さらに、モデルボタンとスチールケースボタンの 3 サイクルの最大サイクル効率 COV はわずか 0.65% です (COV=標準偏差/平均 *100、一般に COV&それ;5% の場合、

図 2. 左の図は IEST のモデル ボタンです。右の写真は市販の2032鋼貝ボタンです。

表 1. NCM//李 モデルのボタンのハーフセルと市販のスチールシェルボタンのサイクル効率の比較

2.2 比較腫れIESTモデルのコイン型電池とパウチ型電池の厚さ

図3の左の写真はIESTモデルのコイン型電池、右の写真は単層パウチセルラミネート電池です。この 2 つは同じ組成の三元正極とシリコンカーボン負極を使用して完全な電池を組み立て、01C の充放電プロセス中の 2 つの膨潤厚さの変化をリアルタイムで監視します。両者の電圧曲線と厚さ膨潤曲線を図 4 に示し、特定の全電池サイクル効率と膨潤厚さの比較をそれぞれ表 2 と表 3 に示します。図4からわかるように、充放電過程での電圧曲線であっても、厚み膨潤曲線であっても、モデルコイン型電池とパウチセルラミネート電池はいずれも良好な一貫性を示しています。表 2 からわかるように、モデルコイン電池とパウチセルラミネート電池の最初の効率はそれぞれ41.82%と42.42%で、最後の2サイクルのサイクル効率は0.12%しか違わない。しかしながら、表３から、２つの円の厚み膨潤率ＣＯＶも３．５％以内であることがわかり、２つの円の厚み膨潤率も良好な一貫性を有していることがわかる。

図 3. 左の写真は IEST モデルのボタン電池です。右の写真は単層パウチラミネート電池です。

図 4. 青い点線と実線はそれぞれモデル ボタンの電圧曲線と厚さ膨張曲線です。

オレンジ色の点線と実線は電圧曲線と太さです腫れ単層パウチラミネート電池のそれぞれの曲線。

表2 NCM//SiCモデルのボタン型フル電池と単層パウチラミネート電池のサイクル効率の比較

表3. NCM//SiCモデルボタンフル電池と単層パウチラミネート電池の膨潤厚さの比較

3. まとめ

本稿では、IESTモデルコインセルの充放電性能と膨潤厚さを評価しました。この結果から、モデルコイン電池のサイクル充放電効率は市販の 2032 スチールシェルコイン電池と基本的に同じであり、3 サイクルサイクル中の厚さ膨張率も基本的に一致していることがわかります。単層パウチセルラミネート電池の試験結果は、IESTモデルコイン型電池が良好なサイクル充放電効率と膨潤評価効果を有することを示しています。この記事では、このモデルで使用するシリコンベースの負極膨潤その場高速スクリーニング C システム (RSS1400、IEST) の使用を推奨します。その厚さ膨潤試験の精度は 0.1 μm、分解能は 0.01 μm に達します。

4. 参考資料

[1] J. リン、L. 王、QS 謝、Q. ルオ、DL 彭、CB マリンズ、A. ヘラー、ステンレス鋼のような不動態化は、リチウムイオン電池用の永続的なシリコン陽極を刺激します。アンジュー。化学。135 (2023) e202216557。

[2] M. あしゅり、QR 彼 および LL ショー、リチウムイオン電池の潜在的なアノード材料としてのシリコン: サイズ、形状、構造が重要。ナノスケール 8 (2016) 74–103。