Литий-ионный аккумулятор - эффект равномерного проникновения электролита

За годы работы я сформулировал ключевое слово для литий-ионных аккумуляторов - «даже». Почему это слово так важно? С точки зрения всего процесса производства литиевых батарей, первым является процесс гомогенизации. Цель гомогенизации - «равномерно» (помечено) смешать компоненты активного материала, проводящего агента и связующего; с последующим покрытием. Ключом к процессу является обеспечение «однородности» количества покрытия, чтобы избежать таких проблем, как плохая консистенция продукта, вызванная колебаниями количества покрытия; затем процесс впрыска жидкости, а также для обеспечения «равномерного» проникновения электролита внутрь элемента для обеспечения производительности батареи и срока службы; Самым важным в процессе производства аккумуляторных модулей является однородность отдельных ячеек, то есть «однородность» для обеспечения полной производительности аккумуляторного блока.

Как обеспечить полную и равномерную инфильтрацию электролита в литиевый аккумуляторный элемент - это проблема, которая преследует производство литиевых аккумуляторов в течение многих лет. Многочисленные инженеры по производству литиевых батарей приложили для этого немало усилий. Инженер немецкой компании Bosch У. Дж. Вейданц и др. [1] используют нейтроны. Технология дифракции успешно наблюдала процесс инфильтрации электролита внутри литий-ионной батареи с мягкой упаковкой (как показано на рисунке ниже, a, b, c вакуумная инъекция, d, e, f атмосферная инъекция), вы можете увидеть инъекцию для 2мин. Большая часть электролита все еще остается вне ячейки. Через 47 минут аккумулятор с вакуумным впрыском в основном проникает, но литий-ионный аккумулятор при впрыске при атмосферном давлении все еще занимает значительную часть промежуточного положения. В камеру не проникли. Снаружи остается большое количество электролита. Исследование WJ Weydanz показывает, что вакуумный впрыск может сократить время впрыска литий-ионной батареи на 50% и увеличить скорость впрыска на 10%, что имеет большое значение для повышения качества и эффективности впрыска.

Обычно мы считаем, что сила тяжести оказывает определенное влияние на смачиваемость литий-ионных батарей. Следовательно, чтобы обеспечить эффект проникновения, необходимо периодически «переворачивать» литий-ионный аккумулятор после инъекции, но WJWeydanz анализирует верхнее и нижнее направления. Скорость инфильтрации, обнаружено, что влияние силы тяжести на процесс инфильтрации электролита минимально, и влияние силы тяжести на инфильтрацию ионно-литиевой батареи можно в основном игнорировать.

Вакуумный впрыск может улучшить смачиваемость литий-ионных батарей и увеличить количество впрыскиваемой жидкости. Это стало общепринятым мнением в отрасли, но какая система вакуумного впрыска может максимизировать эффект вакуумного впрыска? С этой целью Thomas Knoche et al. [2] из Технического университета Мюнхена проанализировали влияние вакуумной системы на эффект впрыска жидкости. Основное различие между двумя описанными ниже вакуумными процессами - это степень вакуума и время запечатывания.

Томас Кнох получил данные о скорости инфильтрации, анализируя долю инфильтрированной области. На следующем рисунке показана взаимосвязь между состоянием инфильтрации и временем после впрыска жидкости в двух вакуумных системах. Из рис. А видно, что количество откачиваний после впрыска велико. В системе B средняя скорость инфильтрации составляла 78,73% на 850 с, а средняя скорость инфильтрации для 850 в системе A с меньшим вакуумом после инъекции составляла 73,18%, что указывает на то, что несколько вакуума после инъекции благоприятны для инфильтрации электролита. эффект.

На рисунке b ниже показана взаимосвязь между скоростью инфильтрации клеток и временем после закачки жидкости при различных степенях вакуума. Конечные скорости инфильтрации клеток после инъекции при 50 мбар, 400 мбар и 900 мбар составляют 82,3%, 77,9% и 70,1% соответственно. Вакуум жидкости оказывает значительное влияние на эффект смачивания, чем выше степень вакуума во время впрыска жидкости, тем лучше влияние конечного электролита на ячейку.

Вот несколько преимуществ для всех. На следующем видео показан весь процесс инфильтрации электролита, наблюдаемый Томасом Кноче с помощью нейтронной дифракционной технологии. Это также первый раз, когда Сяобянь увидел процесс проникновения электролита в ячейку. Я помогу всем инженерам по литиевым батареям.

Друзья, которые не видят достаточно видеотрафика, могут быстро узнать об этой анимации:

Помимо улучшения процесса впрыска жидкости, выбор диафрагмы также оказывает значительное влияние на улучшение эффекта смачивания электролитом. Обычные сепараторы литий-ионных аккумуляторов - это в основном диафрагмы из однослойного полиэтилена, полипропилена или многослойной композитной структуры, которые имеют очень хорошие диафрагмы. Устойчивость и поэтому широко используется, но эта неполярная полимерная мембрана несовместима с полярными циклическими карбонатными растворителями (такими как EC, PC), что приводит к смачиваемости между электролитом и мембраной. Очень плохая, она также напрямую влияет на эффект инфильтрации электролита на ядро.

Чтобы улучшить эффект инфильтрации мембраны и электролита, Ethan Rao et al. [3] из Калифорнийского университета, США, значительно улучшили электролит, нанеся слой перфторфенилазида PFPA на поверхность обычной полимерной мембраны, смачиваемой между мембранами. На следующем рисунке показано отличие обработанного сепаратора и общей диафрагмы в разных электролитах. Из рисунка видно, что обычный однослойный полиэтиленовый сепаратор имеет очень плохую смачиваемость в электролите, особенно на полюсе. В последних составах электролита электролит и полиэтиленовая мембрана практически не смачиваются, но после обработки PFPA полиэтиленовая мембрана может быть полностью пропитана всеми составами электролита, и эффект очень очевиден. Трехслойный композитный сепаратор ПП / ПЭ / ПП также демонстрирует аналогичный рисунок, что значительно улучшает эффект инфильтрации электролита после обработки поверхности. В таблице ниже приведены данные о высоте подъема электролита для общей диафрагмы и обработанной диафрагмы. Можно видеть, что мембрана с обработанной поверхностью имеет очень значительное преимущество в высоте подъема электролита, что еще раз демонстрирует, что обработка модификации поверхности диафрагмы улучшается. Смачиваемость электролита имеет очень большое значение.

Хорошая смачиваемость сепаратора может значительно улучшить характеристики литий-ионного аккумулятора. Первый - уменьшить внутреннее сопротивление. Как видно из следующего рисунка А, обработанные ПЭ и ПП сравниваются с полиэтиленовой мембраной без обработки поверхности. Внутреннее сопротивление сепаратора / PE / PP значительно снижено. Из показателей скорости на рисунке B также видно, что сепаратор из полиэтилена с обработанной поверхностью имеет значительное преимущество в производительности по сравнению с сепаратором из необработанного полиэтилена, даже если трехслойная композитная мембрана PP / PE / PP проходит через PFPA. поверхность. Производительность также была значительно улучшена после обработки, даже превосходя однослойный сепаратор из необработанного полиэтилена при некотором увеличении.

Как улучшить эффект проникновения электролита в ячейку - это ключевой фактор, влияющий на производительность литий-ионной батареи, скорость, цикл и т. Д. Исследования WJWeydanz показывают, что вакуумное впрыскивание может значительно сократить время впрыска и улучшить качество впрыска, в то время как Thomas Knoche дополнительно проанализирован. Влияние вакуумной системы на эффект впрыска жидкости указывает на то, что чем выше степень вакуума впрыска жидкости и чем больше вакуумирование перед герметизацией, тем лучше эффект инфильтрации последнего сердечника батареи. EthanRao значительно улучшает смачиваемость обычных полимерных мембран за счет модификации поверхности сепаратора, что значительно снижает внутреннее сопротивление литий-ионной батареи и повышает быстродействие батареи. Все эти задачи преследуют только одну цель: гарантировать, что электролит может «сгладить» инфильтрованные элементы и улучшить характеристики литий-ионной батареи.

Страница содержит содержимое машинного перевода.