Как эффективно снизить сопротивление электродных пластин литий-ионных аккумуляторов?

Снижение сопротивления пластин электродов литий-ионных аккумуляторов — это систематическая задача, включающая материалы, рецептуры и производственные процессы. Основная цель — создать эффективную, однородную и стабильную сеть, проводящую электроны, при этом оптимизируя межфазный контакт между токосъемником и покрытием.

Ниже представлены проверенные и эффективные стратегии по четырем ключевым направлениям.

I. Оптимизация системы материалов: создание эффективной проводящей структуры

Выбор и сочетание проводящих агентов являются наиболее прямыми факторами, влияющими на сопротивление электродного слоя.

• 1.1 Приоритизация проводящих агентов с высоким соотношением сторон:

  По сравнению с традиционным нульмерным углеродом (таким как Super P), одномерные углеродные нанотрубки (УНТ) и двумерный графен могут более эффективно создавать проводящие мосты «точка-линия-плоскость» между активными частицами. Эксперименты показывают, что электродные листы с использованием УНТ обладают значительно меньшим удельным сопротивлением и внутренним сопротивлением, чем листы с использованием Super P. Гибкая листовая структура графена позволяет формировать непрерывные проводящие плоскости, что еще больше снижает удельное сопротивление.

• 1.2 Использование композитных проводящих агентов:

  Сочетание проводящих материалов разных размеров, таких как углеродная сажа, УНТ и графен, создает синергетический эффект. В результате получается более комплексная и плотная проводящая сеть, превосходящая использование любого отдельного проводящего агента.

• 1.3 Изучение проводящих связующих:

  Хотя связующие обычно являются изолирующими, новые проводящие связующие (такие как полиакриловая кислота [ПАА] или композитные связующие, содержащие проводящие частицы) могут обеспечивать проводимость, одновременно выполняя свою связывающую функцию. Исследования показывают, что связующие на основе ПАК могут снизить как объемное, так и поверхностное сопротивление отрицательных электродов на 20–50%.

II. Управление параметрами процесса: оптимизация микроструктуры

Производственный процесс определяет фактическую эффективность формирования проводящей сети.

• 2.1 Оптимизация содержания и дисперсии проводящего агента:

  Существует «золотая середина» для дозировки проводящих агентов. В одном эксперименте увеличение содержания проводящего агента с 0,5% до 1,5% привело к падению удельного сопротивления электродов на порядок; однако после уровня 1,5% сопротивление перестало снижаться или даже росло из-за агломерации. В то же время процесс смешивания должен быть оптимизирован для обеспечения равномерного диспергирования проводящих агентов, тем самым предотвращая локальное высокое сопротивление, вызванное агломерацией.

• 2.2 Оптимизация процесса каландрирования:

  Каландрирование улучшает контакт между частицами. Умеренное повышение температуры каландрирования смягчает связующее, способствуя прилипанию проводящего углерода к активному материалу и образованию более эффективной проводящей сетки. Исследования показывают, что повышение температуры каландрирования может значительно снизить удельное сопротивление положительного электрода. Однако чрезмерная плотность уплотнения может раздавить частицы или закупорить ионные каналы; таким образом, необходимо найти баланс между электронной проводимостью и ионным транспортом.

  ACEY-HRP100 вертикальный с электрическим нагревомкаландровая машина для электродовв первую очередь предназначен для прокатки аккумуляторных материалов, небольших количеств драгоценных металлов, таких как золото и серебро, и цветных металлов, таких как медь и алюминий, при контролируемых температурах в лабораторных условиях. Толщина прокатки регулируется, а эксплуатация проста. Он особенно хорошо подходит для утончения и уплотнения электродов литий-ионных аккумуляторов, используемых в экологически чистых источниках энергии.

  

• 2.3 Контроль соотношения проводящего агента и связующего:

  В конструкциях толстых электродов соответствующее уменьшение соотношения связующего и проводящего агента помогает поддерживать доступность пор в домене проводящий агент-связующее (CBD), тем самым снижая электронное сопротивление без ущерба для возможностей ионного транспорта.

III. Разработка интерфейса: снижение контактного сопротивления

Контактное сопротивление между покрытием из активного материала и токосъемником составляет значительную часть общего сопротивления электрода.

• 3.1 Использование токосъемников с углеродным покрытием:

  Покрытие поверхности алюминиевой или медной фольги тонким слоем проводящего углерода (например, алюминиевой фольги с углеродным покрытием) является одним из наиболее эффективных промышленных методов снижения контактного сопротивления. Этот углеродный слой значительно улучшает межфазный контакт между токосъемником и активным материалом, обеспечивая равномерные пути для потока электронов. Тематические исследования показывают, что этот подход может снизить контактное сопротивление на 40% и позволить сократить использование связующего.

• 3.2. Использование графеновых покрытий:

  Формирование графенового покрытия толщиной менее 1 мкм на поверхности токосъемника позволяет использовать превосходную двумерную проводимость материала, что позволяет значительно снизить межфазное сопротивление и одновременно улучшить адгезию активного материала.

О нас

Эйси Нью Энерджи— высокотехнологичный производитель, специализирующийся на исследованиях и разработках и интеллектуальном оборудовании для индустрии литий-ионных аккумуляторов. Основанная в 2009 году, с более чем 17-летним опытом мы предлагаем комплексные решения: от лабораторных исследований и опытного производства до сборки аккумуляторных батарей. Мы можем предоставить комплексную поддержку, охватывающую проектирование заводской планировки, НИОКР и производство оборудования, установку и ввод в эксплуатацию на месте, а также обучение эксплуатации.