Einfluss des leitfähigen Kohlenstoffgehalts auf den Widerstand verschiedener Batterieebenen

Als weit verbreitetes neues Energiesystem bietet die Lithium-Ionen-Batterie ein breites Anwendungsspektrum in Mobiltelefonen, Computern, Automobilen, Energiespeichern und anderen Bereichen. In den letzten Jahren ist die Verbesserung der Multiplikatorleistung von Batterien aufgrund der steigenden Anforderungen an die Schnellladeleistung in verschiedenen Bereichen zur Richtung der Forschung und kontinuierlichen Erforschung von Lithiumbatterien geworden. Die Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einer positiven und einer negativen Elektrode, einem Diaphragma und einem Elektrolyten. Beim Laden der Batterie wird das Lithium-Ion von der positiven Seite zur Unterstützung der Elektrolytumgebung durch das in die Anode eingebettete Diaphragma übertragen und hängt mit der Leistung der Batterie zusammen Der Widerstand des gesamten Lithium-Ionen-Migrationsprozesses muss sorgfältig von Forschungspersonal erforscht werden, um einen richtigen Weg zur Reduzierung des Widerstands jeder Verbindung zu finden. 

Leitfähiges Mittel fürLithium-IonenDie Leistung des Batterieverhältnisses hat eine Schlüsselrolle gespielt. Es gibt viele verwandte Studien, die zeigen, dass es den elektronischen Übertragungsweg verbessern, die Ladungsübertragung beschleunigen und die Batterieleistung verbessern kann, aber aufgrund der Partikelgröße und -dichte ist das leitfähige Mittel geringer als das aktive Wie man sicherstellt, dass das Material gleichmäßig in der Gülle und der Polschicht verteilt ist, steht auch im Mittelpunkt des Batterieverhältnisses^[1-6]. Durch die Änderung des Gehalts an leitfähigem Kohlenstoff aus Pulver, Schlamm, Pol und Schnalle charakterisieren vier Schichten die Änderung der Widerstandsleistung, qualitative Analyse des Einflusses des leitfähigen Kohlenstoffwiderstands und gleichzeitig die Erforschung des am besten geeigneten Gehalts an leitfähigem Kohlenstoff auf die elektrische Leistung, damit Batterieprozess- und Formelentwickler günstige technische Methodenunterstützung bieten können.

1 Experimentelle Materialien und Methoden

1.1 Materialien

Ternäres Nickel-Kobalt-Mangan-Material (NCM), leitfähiger Kohlenstoff (SP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), N-Methylpartner (NMP), Schnallenbatterie Typ 2032.

1.2 Analyse- und Prüfgerät

Vier-Sonden-Pulverwiderstand (PRCD2100-IEST), Vier-Sonden-Modus, Schlammwiderstand (BSR2300-IEST), Polschichtwiderstand (BER2500-IEST), die oben genannten drei Geräte stammen von Yuan Energy Technology (Xiamen) Co., Ltd.; Batterietester (CT-4008T-Neware), Elektrochemische Workstation (DH7001).

1.3 Experimentelle Methoden

Gemäß dem in Tabelle 1 gezeigten Formelverhältnis wurden fünf Gruppen von Kathodenpasten-, Elektrodenfolien- und Schnallenbatterien hergestellt. Verschiedene Testgeräte wurden verwendet, um die Widerstandsleistung von Schlamm-, Polplatten- und Schnallenbatterien zu testen, und anschließend wurde der Einfluss der Änderung des Gehalts an leitfähigem Kohlenstoff auf die elektrische Leistung jeder Ebene analysiert.

Tabelle 1 Massenprozentsatz der fünf Probengruppen

1.4 Probenvorbereitung

Rufen Sie die Materialien entsprechend dem Anteil jeder Materialgruppe in Tabelle 1 auf, mischen Sie die Hochgeschwindigkeits-Misch-Entschäumungsmaschine 11 Minuten lang und tragen Sie sie teilweise mit der halbautomatischen Co-Maschine auf die Aluminiumfolie auf. Nach dem Trocknen einiger Polteile wird die Polhälfte für den Zusammenbau der Schnallenbatterie verwendet. Die Schnallenbatterie wird in einer Argon-Handschuhbox montiert, wobei die Ternärpolplatte positiv und die Lithiumplatte negativ ist.

2 Experimentelle Ergebnisse und Diskussion

2.1 Analyse der Pulverschicht

Der Pulverwiderstand der verwendeten ternären Materialien und des leitfähigen Kohlenstoffs wurde jeweils getestet. Abbildung 1 zeigt, dass mit zunehmendem Prüfdruck die Verdichtungsdichte von ternären Materialien und leitfähigem Kohlenstoff allmählich zunimmt, während der spezifische Widerstand allmählich abnimmt, wenn die Verdichtungsdichte von ternären Materialien 3,5 g/cm beträgt³.02 Zu diesem Zeitpunkt beträgt der spezifische Widerstand etwa 16,7 Ω * cm, und wenn die Verdichtungsdichte des leitfähigen Kohlenstoffmaterials 1,0 g/cm3 beträgt, beträgt der spezifische Widerstand etwa 0 * cm. Daher beträgt auf Pulverebene der Widerstand des ternären Materials das 835-fache des Widerstands des leitfähigen Kohlenstoffs, und die Leitfähigkeit des leitfähigen Kohlenstoffs ist viel besser als die des ternären Materials, was sich auf die Leitfähigkeit der nachfolgenden Aufschlämmung und Elektrode auswirkt.

Abbildung 1: (a) Diagramm der Änderung der Pulververdichtungsdichte mit der Testdruckintensität; und (b) Diagramm der Änderung des Pulverwiderstands mit der Verdichtungsdichte

2.2 Analyse der geschichteten Widerstandsleistung der Aufschlämmung und des Polblechs

Abbildung 2 (a) für die Testergebnisse von fünf Gruppen des spezifischen Widerstands der Aufschlämmung. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, nimmt der spezifische Widerstand der Aufschlämmung mit zunehmendem Gehalt an leitfähigem Kohlenstoff ab, da der Gehalt an leitfähigem Kohlenstoff in der Aufschlämmung zunimmt Suspension von ternären Partikeln zwischen leitfähigeren Kohlenstoffpartikeln, so dass die Elektronenübertragung zwischen den Partikeln schneller ist und der spezifische Widerstand kleiner ist. Abbildung 2 (b) zeigt die Testergebnisse des Elektrodenwiderstands vor und nach den fünf Walzendrucksätzen. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der Elektrodenwiderstand mit zunehmendem Gehalt an leitfähigem Kohlenstoff abnimmt, was zeigt, dass die Erhöhung des Gehalts an leitfähigem Kohlenstoff die elektronische Leitfähigkeit zwischen den Partikeln deutlich verbessert. Zusätzlich,

Abbildung 2: (a) Widerstandskurve von fünf Schlammgruppen; und (b) Widerstandskurve von fünf Polgruppen

2.3 Widerstandsleistungsanalyse der Schnallenbatterie

Der AC-Impedanzspektroskopietest und der Multiplikatorleistungstest der fünf Gruppen von Schnallenbatterien nach dem Laden und Entladen einer Aktivierung wurden durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den Abbildungen 3 (a), 3 (b) und 3 (c) dargestellt. In Lithium-Ionen-Batteriesystemen repräsentiert der mittlere bis hohe Frequenzbereich im Impedanzspektrum die Elektronenübertragung und Ladungsübertragung und der niedrige Frequenzbereich die Ionendiffusion^[7]. Wie aus Abbildung 3 (b) ersichtlich ist, nimmt mit der Erhöhung des Batterietransferkohlenstoffgehalts von 0 % auf 3 % auch die Summe aus Elektronentransfer Rs und Ladungstransferwiderstand R ct allmählich ab, was zeigt, dass die Menge Die Zugabe von leitfähigem Kohlenstoff wirkt sich deutlich positiv auf die Verbesserung des Batteriewiderstands aus. Wenn außerdem nur der elektronische Widerstand bei der Hochfrequenz verglichen wird, wird dieser durch den Kontaktwiderstand des Schnallenbatteriegehäuses und der Polplatte beeinflusst, und der Änderungstrend der ersten beiden Gruppen stimmt nicht mit der Änderung des überein leitfähiger Kohlenstoffgehalt. Gemäß dem unterschiedlichen Verhältnis der Entladekapazitäts-Retentionsrate in Abbildung 3 (c) steigt das Entladeverhältnis allmählich auf 2,5 °C an, wenn der Gehalt an leitfähigem Kohlenstoff weniger als 1 % beträgt. Die Entladekapazität beträgt fast weniger als 2 %, während bei einem leitfähigen Kohlenstoffgehalt von mehr als 1,5 % die Entladekapazität der Batterie über 80 % bleibt. Daher kann der entsprechende Gehalt an leitfähigem Kohlenstoff die Leistung des Batteriemultiplikators erheblich verbessern.

Abbildung 3 (a) E IS-Kurve von Zellen mit fünf Gruppen; (b) elektronische Widerstands- und Ionenwiderstandskurve von Zellen mit fünf Gruppen; (c) unterschiedliche Multiplikator-Entladungs-Retentionsverhältniskurve von Zellen mit fünf Gruppen;

3. Fazit

Dieses Papier besteht aus vier Schichten von Pulver-, Schlamm-, Pol- und Schnallenbatterien und besteht aus fünf Gruppen von Proben mit unterschiedlichem leitfähigem Kohlenstoffgehalt. Die quantitative Analyse der Widerstandsleistung ergab, dass der hinzugefügte leitfähige Kohlenstoff eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist als ternäres Material, Schlamm-, Pol- und Schnallenbatterieleitfähigkeit Die Leistung weist ein gewisses Maß an Verbesserung auf, und der entsprechende Gehalt an leitfähigem Kohlenstoff kann die Multiplikatorleistung der Batterie erheblich verbessern. Die Forschung in diesem Artikel erinnert Batterieforscher daran, dass sie die elektrische Leistung auf verschiedenen Ebenen bewerten und auf die Auswirkungen des geeigneten leitfähigen Kohlenstoffgehalts auf die Multiplikatorleistung von Batterien achten können.

Referenzdokumentation

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[3] Nie Lei, Qin Xing, Zhang Na et al. Forschung zu Lithium-Ionen-Batterien [J]. Stromversorgungstechnik, 2019,43 (4): 562-563.

[4] Westphal BG, Mainusch N, Meyer C, et al.Einfluss von hochintensivem Trockenmischen und Kalandrieren auf den relativen Elektrodenwiderstand, bestimmt über einen fortschrittlichen Zweipunktansatz [J].Journal of Energy Storage, 2017, 11:76-85 .

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[6] Liao Xiaodong, Huang Ju, Wang Ronggui. Einfluss des leitenden Kohlenstoffgehalts der Kathode auf die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien [J]. Dongfang Electric Review, 2013,27 (105): 4-7.

[7] Zhuang Quanchao,