Bewertung der Widerstandsleistung von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie

Der Stromkollektor spielt als Träger, der Elektronen leitet und aktive Materialien innerhalb der Lithium-Ionen-Batterie transportiert, eine wichtige Rolle für die endgültige Leistung der Batterie. Aluminiumfolie ist der am häufigsten verwendete positive Stromkollektor. Um die Geschwindigkeit, den Zyklus und die Lebensdauer der Elektrode zu verbessern, werden einige leitfähige Beschichtungen auf die Oberfläche der Aluminiumfolie aufgetragen, wodurch der Grenzflächenkontaktwiderstand zwischen dem Stromkollektor und den aktiven Partikeln sowie der Kontaktwiderstand zwischen den aktiven Partikeln effektiv verbessert werden können das aktive Material und der Stromkollektor. Hervorragende Haftfestigkeit, wodurch das Ablösen aktiver Partikel während des Elektrodenzyklus reduziert wird. Die Beschichtung von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie umfasst im Allgemeinen leitfähigen Ruß, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren usw. Die Formel der kohlenstoffbeschichteten Schicht,

In dieser Arbeit wird die Polstück-Widerstandstestmethode verwendet, um den Widerstandsunterschied von kohlenstoffbeschichteten Aluminiumfolien mit unterschiedlichen Formulierungen und unterschiedlichen Beschichtungsdicken zu vergleichen und die Gleichmäßigkeit der unten beschichteten Polstücke zu analysieren.

Abbildung 2. Schematische Darstellung der Auswirkung eines kohlenstoffbeschichteten Stromkollektors auf die Leistung der Batteriezelle

1. Experimentelle Ausrüstung und Testmethoden

1.1 Experimentelle Ausrüstung: Elektrodenwiderstandsmessgerät, Modell BER1300 (IEST), Elektrodendurchmesser 14 mm, kann einen Druck von 5 bis 60 MPa ausüben. Das Gerät ist in den Abbildungen 2(a) und 1(b) dargestellt.

Abbildung 2. (a) Aussehen von BER1300; (b) Struktur von BER1300

1.2 Zu testende Proben: drei Formulierungen von Grundierungsmaterialien, zwei Arten von kohlenstoffbeschichteten Aluminiumfolien mit unterschiedlichen Dicken, leere Aluminiumfolie, kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie und mit aktiven Materialien beschichtete Polstücke.

1.3 Testmethode: Schneiden Sie die zu testende Polstückprobe in eine rechteckige Größe von etwa 5 cm x 10 cm, legen Sie sie auf den Probentisch, stellen Sie den Testdruck, die Druckhaltezeit und andere Parameter in der MRMS-Software ein, starten Sie den Test und Die Software liest automatisch die Polstückdicke, den Widerstand, den spezifischen Widerstand, die Leitfähigkeit und andere Daten.

2. Datenanalyse

Getestet wurden kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolien mit unterschiedlichen Rezepturen. Die Dicke der leeren Aluminiumfolie betrug 10 µm und die Dicke der beiden kohlenstoffbeschichteten Schichten betrug 7 µm bzw. 4 µm. Der Widerstand der kohlenstoffbeschichteten Aluminiumfolie der Formel variiert stark und reicht von mehreren zehn mΩ bis zu mehreren zehn Ω, und von der Gleichmäßigkeit des Widerstands an verschiedenen Positionen eines einzelnen Polstücks bis hin zur Gleichmäßigkeit der kohlenstoffbeschichteten Aluminiumfolien verschiedener Prozesse sind ebenfalls sehr unterschiedlich, wie z. B. 4μm-R(Ω)-1 und 7μm-R(Ω)-1. Die Widerstandskastendiagramme der beiden mit Holzkohle beschichteten Aluminiumfolien sind breiter, was darauf hinweist, dass der Widerstand an verschiedenen Positionen gleichmäßig ist schlecht, was darauf zurückzuführen ist, dass die Beschichtung zu dünn ist und es zu Undichtigkeiten kommen kann. Dies hängt mit der ungleichmäßigen Verteilung der Beschichtung oder des Kohlenstoffmaterials zusammen.

Bei der Analyse der Daten in Abbildung 3(c) ist die Leitfähigkeit der leeren Aluminiumfolie am besten. Wenn die kohlenstoffbeschichtete Schicht und das aktive Material hinzugefügt werden, erhöht sich der spezifische Widerstand des Polstücks, gemessen nach dem Zwei-Sonden-Prinzip, allmählich, was zeigt, dass durch die Zugabe der Beschichtung ein Kontaktwiderstand zwischen den Partikeln entsteht, der die Leitfähigkeit schwächt von Elektronen. Obwohl allgemein angenommen wird, dass das Hinzufügen einer Kohlenstoffbeschichtungsschicht auf der Oberfläche einer Aluminiumfolie die Leitfähigkeit der Elektrode erhöht, liegt dies hauptsächlich daran, dass die Kohlenstoffbeschichtungsschicht die Oberflächenrauheit der Aluminiumfolie erhöht und den Kontakt zwischen den Aktivmaterialpartikeln herstellt und der Stromkollektor besser. Eine dicke oder schlechte Beschichtungsgleichmäßigkeit wirkt sich auch auf die Leitfähigkeitsgleichmäßigkeit der Beschichtungselektrode aus aktivem Material aus.

Abbildung 3. (a) Folienwiderstand bei einer kohlenstoffbeschichteten Schichtdicke von 4 μm; (b) Folienwiderstand bei einer kohlenstoffbeschichteten Schichtdicke von 4 μm; (c) Elektrodenwiderstand in drei verschiedenen Zuständen.

Abbildung 4. Schematische Darstellung der Oberflächenmorphologie einer mit Ruß beschichteten Aluminiumfolie

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Hinzufügen einer wirksamen Zwischenschicht zwischen dem aktiven Material und dem Metallstromkollektor neben der Verbesserung des Grenzflächenkontaktwiderstands auch die folgenden potenziellen synergistischen Vorteile mit sich bringt: (1) Eine chemisch und elektrochemisch stabile leitfähige Schicht kann als wirksame Schicht dienen Die Diffusionsbarriere verhindert die Diffusion von Sauerstoff, der durch Elektrolytzersetzung und/oder Nebenreaktionen während Lithiumionen-Interkalationsreaktionen entsteht, und verhindert wirksam die Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metallstromkollektors, wodurch eine Verschlechterung verhindert wird; (2) Eine leitfähige Schicht mit einer angemessenen Formulierung hat eine gute Leitfähigkeit, kann eine große Kontaktfläche bilden, der Stromkollektor und der Widerstand der aktiven Beschichtungsschnittstelle sind gering, was dem schnellen Ladungsübertragungsprozess förderlich ist; (3) Die Flexibilität und der mechanische Puffer der leitenden Schicht können die Haftung der physikalischen Grenzfläche verbessern. Es wurden Anstrengungen unternommen, um die Probleme zu minimieren, die mit dem allmählichen Verlust der Kontaktfläche verbunden sind, der durch an der Grenzfläche während langfristiger zyklischer Reaktionen erzeugte Spannungen verursacht wird. Durch den Entwurf und die Entwicklung einzigartiger leitfähiger Beschichtungen haben Experimente gezeigt, dass leitfähige Grenzflächenschichten die elektrochemische Leistung, wie z. B. die spezifische reversible Kapazität, die Kapazitätserhaltung, die Geschwindigkeitsfähigkeit usw., erheblich verbessern können.

3.Zusammenfassung

Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie ist ein positiver Stromkollektor, der nach und nach von verschiedenen Batterieherstellern eingesetzt wird. Auch die Evaluierung unterschiedlicher Rezepturen und Verfahren kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie spielt bei der Entwicklung von Stromkollektoren eine wichtige Rolle. Durch das Testen der Widerstandsparameter von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie kann es helfen, die Unterschiede in Formulierungen und Prozessen zu bewerten und gleichzeitig Entwicklern von Lithiumbatterien dabei zu helfen, die Stabilität des Primerprozesses zu überwachen.

Verweise

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