Wat is batterij sel?
Sel Struktuer
In inkele batterij, ek wol in "sel" neamd, is de lytste ienheid fan in batterijsysteem. It is benammen gearstald út cathode (Cathode Electrode), anode (Anode Electrode), electrolyte (Electrolyte), separator (Separator), en case (Case), lykas werjûn yn figuer 7-1.
It elektrodesblêd fan in lithium-ionsel kin kategorisearre wurde as in gearstald materiaal, benammen besteande út fjouwer dielen:
1) Aktyf materiaal dieltsjes dy't lithiumionen intercalearje of deintercalearje; katode dieltsjes jouwe de lithium boarne, wylst anode dieltsjes akseptearje lithium ionen.
2) De conductive faze (koalstof gel faze) foarme troch it mingsel fan conductive agint en hjoeddeiske samler, mei de bynmiddel tsjinje in bonding funksje; de coating fiert elektroanen troch de hjoeddeiske samler en conductive agint.
3) Poarjes fol mei elektrolyt, dy't tsjinje as kanalen foar lithium-iontransport binnen it elektrodeblêd.
4) Aktuele samler.
Tidens it elektrogemyske proses omfettet de elektrodecoating benammen de folgjende 4 prosessen:
1) Elektronenferfier.
2) Ionenferfier.
3) Ladingsútwikseling by de ynterface fan elektrolyt / elektrodepartikel, dat wol sizze de elektrogemyske reaksje.
4) Diffusion fan lithium-ionen binnen de fêste faze. Yn 'e mikrostruktuer fan' e elektrodesblêd beynfloedzje dieltsjegrutte en distribúsje it lithium-iondiffusjonspaad en it spesifike oerflak fan 'e elektrogemyske reaksje; pore grutte en distribúsje beynfloedzje it ferfier proses fan de electrolyte; porosity beynfloedet de hoemannichte aktyf materiaal en it spesifike oerflak fan 'e elektrogemyske reaksje. Al dizze mikrostrukturele skaaimerken beynfloedzje úteinlik batterijprestaasjes.
Katode Struktuer
De sel kathode is benammen gearstald út kathode materialen lykas LiCoO₂, conductive agent, binder (PVDF), en hjoeddeistige samler (aluminium folie), lykas werjûn yn figuer 7-2.
Foar lithium-ionbatterijen is de katodestroomkollektor meastal aluminiumfolie en de anodestroomkollektor iskoper folie. Om de stabiliteit fan 'e hjoeddeistige samler yn' e batterij te garandearjen, moat de suverens fan beide boppe 98% wêze. De redenen wêrom't lithium-ionbatterijen aluminiumfolie brûke foar de kathode en koperfolie foar de anode binne de folgjende 3 punten:
1) Koper en aluminium hawwe goede elektryske konduktiviteit, sêfte tekstuer, en lege priis. It wurkprinsipe fan in lithium-ionbatterij is in elektrogemysk apparaat dat gemyske enerzjy omsette yn elektryske enerzjy. Yn dit proses is in medium nedich om de gemyske enerzjy oer te bringen yn elektryske enerzjy, dy't in geleidend materiaal fereasket. Under gewoane materialen hawwe metalen de bêste elektryske konduktiviteit, en ûnder metalen biede koper en aluminium sawol poerbêste konduktiviteit as relatyf lege priis yn 'e foarm fan koperfolie en aluminiumfolie. Yn lithium-ionbatterijen binne d'r benammen twa ferwurkingsmetoaden: wikkeljen en stapeljen. Yn ferliking mei stapeljen fereasket wikkeljen dat de elektrodesblêden dy't brûkt wurde om de batterij ta te rieden, in bepaalde fleksibiliteit hawwe om te soargjen dat de elektrodesblêden net bros wurde of brekke by it wikkeljen. Under metalen materialen binne koper- en aluminiumfolies sêft, relatyf hurde koper-/aluminiumfolies binne djoer, koper- en aluminiumfolies binne relatyf goedkeap, en koper- en aluminiumboarnen binne wrâldwiid oerfloedich.
2) Koper- en aluminiumfolies binne ek relatyf stabyl yn loft. Aluminium reagearret maklik chemysk mei soerstof yn 'e loft om in dichte oksidefilm op it oerflak te foarmjen, wat fierdere reaksje fan it aluminium foarkomt. Dizze oksidefilm fan koper / aluminium leveret ek in bepaalde beskermjende effekt op aluminium yn 'e elektrolyt. Koper sels is relatyf stabyl yn loft en ûndergiet yn prinsipe gjin gemyske reaksjes yn droege loft.
3) De kathode- en anodepotentialen fan lithium-ionbatterijen bepale dat aluminiumfolie wurdt brûkt foar de kathode en koperfolie foar de anode, en se kinne net omkeard wurde. De kathodepotential is heech, en koperfolie wurdt maklik oksidearre op hege potinsjeel, wylst aluminium in hege oksidaasjepotinsjeel hat en in tichte oksidefilm op har oerflaklaach, dy't ek in goede beskerming biedt foar it ynterne aluminium.
Yn it kristalrooster fan metallysk aluminium hawwe koper en aluminium grutte fergelykber mei Li en kinne maklik intermetallyske ferbiningen foarmje mei Li lykas LiAl. Li en Al kinne net allinnich foarmje de alloy mei de gemyske formule LiAl, mar kinne ek foarmje Li₉Al₄, Li₃Al₂, Li₅Al en Li₂Al alloy lagen. Dizze legere lagen ferbrûke in grutte hoemannichte Li en beskeadigje de struktuer en morfology fan Al sels, dus it kin net brûkt wurde as de anode hjoeddeistige samler fan lithium-ionbatterijen; wylst Cu tige lyts ûntbining ûndergiet by batterijlading- en strukturele en elektrogemyske stabiliteit behâldt, wêrtroch't it geskikt is as de anodestroomsamler foar lithium-ionbatterijen. Foar koperfolie by 3.5V begjint de polarisaasjestream signifikant te ferheegjen en rint lineêr op, mei fersterke oksidaasje, wat oanjout dat Cu ek begjint te ûntbinen yn 'e batterij; wylst foar aluminium folie oer de hiele polarisaasje potinsjele berik, de polarisaasje hjoeddeistige is lyts en stabyl, mei gjin dúdlike korrosysje ferskynsels waarnommen, behâld fan elektrogemyske stabiliteit. Sûnt de ûntbining hoemannichte Al yn it katodepotinsjeberik fan lithium-ionbatterijen ekstreem lyts is en elektrogemyske stabiliteit kin wurde behâlden, is it geskikt as de katodestroomsamler foar lithium-ionbatterijen.
De okside laach op koper / aluminium oerflakken heart ta semiconductors en fiert elektroanen; as de okside laach is te dik, de impedance is grut; wylst de aluminium okside laach op it aluminium oerflak is in isolator en kin net fiere elektrisiteit, mar omdat it is hiel tin, elektroan conduction wurdt berikt troch de tunneling effekt; as de okside laach is dik, de conductivity fan koper / aluminium folie is min of sels isolearjend. Yn 't algemien moat koper / aluminiumfolie fan' e oksidelaach foar gebrûk skjinmakke wurde om oalje oan 'e iene kant en dikke oksidelagen oan' e oare kant te ferwiderjen. De kathodepotinsjeel is heech, en de aluminiumoksidelaach is tige dicht, wat oksidaasje fan 'e hjoeddeistige samler kin foarkomme. Okside lagen fan koper / nikkel ensfh binne relatyf los, maklik foarkomt de hjoeddeiske samler en it bieden fan bettere batterij prestaasjes. Tagelyk is it anodepotinsjeel fan lithium-ionbatterijen leech, en koper/nikkel sil oksidaasjereaksjes ûndergean, mei oksidaasje/koper/de-lithiation-reaksjes dy't op it koper/nikkel-oerflak foarkomme, wylst aluminium LiAl-legering ûndergiet op heech potinsjeel.
De hjoeddeiske samler fereasket suvere komposysje. Unreinheden yn Al sil meitsje it oerflak film minder ticht en feroarsaakje pitting corrosie, en noch mear serieus, ferneatiging fan it oerflak film liedt ta de foarming fan LiAl alloy.
De hjoeddeiske samler fereasket suvere komposysje. Unreinheden yn Al sil feroarsaakje dat it oerflak film te wêzen minder ticht, dy't liedt ta pitting corrosie, en noch slimmer, ferneatiging fan it oerflak film resultearret yn de foarming fan LiAl alloy.
Foar lithium-ion-batterijen is de katode-aluminiumfolie fermindere fan 16μm nei 14μm, dan nei 12μm, en no is 10μm aluminiumfolie al yn massaproduksje, mei guon sels mei 8μm; foar de anode koperfolie, troch syn ynherinte bettere fleksibiliteit, is syn dikte fermindere fan 'e foarige 12μm nei 10μm, dan nei 8μm, en op it stuit wurdt in grut part fan batterijen massa -produsearre mei 6μm, wylst guon fabrikanten 5μm/4μm ûntwikkelje dy't ek potinsjeel brûkber binne. Om't lithium-ionbatterijen hege suverenseasken hawwe foar de brûkte koperfolie, is de materiaaltichtens yn prinsipe op itselde nivo. As de dikte ûnder ûntwikkeling ôfnimt, nimt de gebietstichtens dus ôf, en wurdt it gewicht fan 'e batterij natuerlik lichter en lichter, wat foldocht oan 'e fraach nei lithium-ionbatterijen.
Foar hjoeddeistige samlers, neist har dikte en gewicht dy't lithium-ion-batterijen beynfloedzje, hawwe de oerflakeigenskippen fan 'e hjoeddeistige samler ek in signifikante ynfloed op batterijproduksje en prestaasjes. Spesjaal foar de anode hjoeddeistige samler, fanwege mankeminten yn tarieding technology, de koperen folies op 'e merk binne benammen single --sided roughened, dûbele --sided roughened, en dûbele --sided coarsened farianten. Dizze asymmetryske twa --sided struktuer sil liede ta asymmetrysk kontakt wjerstân fan de anode coating oan beide kanten, dêrmei it foarkommen fan unifoarme frijlitting fan anode kapasiteit oan beide kanten; tagelyk sil de asymmetry oan beide kanten ek inkonsistente adhesionssterkte fan 'e anodecoating feroarsaakje, wat resulteart yn in swier unbalansearre lading -discharge syklus libben fan 'e anode coating oan beide kanten, dy't op syn beurt versnelt de kapasiteit ferfal fan de batterij.
De kathodeformulering fan in inkele sel is de kaai kearntechnology fan 'e sel. Hjirûnder is in foarbyld:
1)LiCoO₂ (10μm): 96.0%.
2) Conductive agint (Carbon ECP): 2,0%.
3) Binder (PVDF 761): 2,0%.
4) Adhesion promoter (NMP): De gewichtsferhâlding fan fêste stoffen is sawat 810:1496.
Foarsoarchsmaatregels foar kathodeformulering:
1) Kathode slurry viscosity control by 6000cP (1cP=1 mPa · s) (temperatuer 25 graden).
2) It gewicht fan NMP moat passend oanpast wurde om te foldwaan oan de eask foar viskositeit.
3) Spesjaal omtinken jaan oan de ynfloed fan temperatuer en fochtigens op viskositeit.
Cathode materiaal lithium kobalt okside: Cathode aktyf materiaal, lithium ion boarne, jout lithium boarne foar de batterij. Non-poalstof, ûnregelmjittige foarm, partikelgrutte D50 algemien 6-8μm, fochtynhâld Minder as of lyk oan 0,2%, meastal alkaline, pH 10-11.
Katode materiaal lithium mangaan okside: net -poal stof, ûnregelmjittige foarm, dieltsje grutte D50 algemien 5-7μm, focht ynhâld Minder as of gelyk oan 0,2%, meastal swak alkaline, pH om 8.
Geleidend middel: Ketting-lykas stof, fochtynhâld<1%, particle size generally 1~5um.Superconductive carbon black with excellent conductivity is usually used, such as KetjenblackCarbon ECP and ECP600JD. lts function is to improve the conductivity of the cathode material,compensate for the electronic conductivity of the cathode active material; increase the electrolyteabsorption of the cathode sheet, expand the reaction interface, and reduce polarization.
Binder (PVDF): Net-poalstof, keten-lykas, molekulêre gewicht fariearjend fan 300000 oant 3000000; molekulêre gewicht nimt ôf nei wetter absorption, resultearret yn earmere adhesion. It wurdt brûkt om lithium kobalt okside, conductive agint, en aluminium folie of aluminium gaas togethelAdhesion promoter (NMP): Swak polar floeistof, brûkt om oplosse / swollen PVDF en tagelyk verdunnen de slurry.
Aktuele samler (katode ljepper): Makke fan aluminiumfolie of aluminium strip.
Anode Struktuer
De sel anode struktuer bestiet út grafyt materiaal, conductive agent, thickener (CMC), binder (SBR), en hjoeddeistige samler (koperfolie), lykas werjûn yn figuer 7-3.
De anodeformulering fan in inkele sel is ek ien fan 'e wichtichste kearntechnologyen fan' e sel, typysk as folget:
1) Anode materiaal (grafyt): 94,5%.
2) Conductive agint (Carbon ECP): 1,0% (Ketjenblack).
3) Bindmiddel (styrene-butadieen rubberlatex, SBR): 2,25%.
4) Verdikkingsmiddel (carboxymethylcellulose, CMC): 2,25%.
5) Wetter: De gewichtsferhâlding fan fêste stoffen is 1600: 1417,5.
Foarsoarchsmaatregels foar anodeformulering:
1) Anode slurry viskositeit kontrôle by 5000-6000cP (temperatuer 25 graden).
2) It gewicht fan wetter moat passend oanpast wurde om te foldwaan oan de eask foar viskositeit.
3) Spesjaal omtinken jaan oan de ynfloed fan temperatuer en fochtigens op viskositeit.
Grafyt: Anode aktyf materiaal, de wichtichste stof dy't de anode reaksje foarmje, benammen ferdield yn twa grutte kategoryen: natuerlik grafyt en keunstmjittich grafyt. Non-poalstof, maklik fersmoarge troch net-polêre stoffen, maklik ferspraat yn net-polêre stoffen; net maklik om wetter op te nimmen, noch maklik te fersprieden yn wetter. Fersmoarge grafyt, nei't se yn wetter ferspraat is, hat de neiging om wer- te agglomerearje. De algemiene dieltsje grutte D50 is om 20μm. Partikelfoarmen binne ferskaat en meast unregelmjittich, benammen sfearysk, flakich, fibrous, ensfh.
Funksjes fan conductive agent:
1) Ferbetterje de conductivity fan de anode sheet en kompensearje foar de elektroanyske conductivity fan de anode aktyf materiaal.
2) Ferheegje reaksje djipte en benutten rate.
3) Foarkom de generaasje fan dendriten.
4) Brûk de flüssige -absorbearjende kapasiteit fan conductive materialen om de reaksje-ynterface te fergrutsjen en polarisaasje te ferminderjen (kin tafoege wurde of net neffens grafytpartikelgrutte ferdieling).
Additieven: Ferminderje ûnomkearbere reaksjes, fergrutsje bonding sterkte en slurry viscosity, en foarkomme slurry sedimintaasje.
Thickener/anti-settling agent (CMC): hege molekulêre ferbining, maklik oplosber yn wetter en polêre solvents.
Isopropanol: Weakly polar stof; nei tafoeging kin it de polariteit fan 'e binderoplossing ferminderje, de komptabiliteit tusken grafyt en binderoplossing ferbetterje; hat in sterke defoaming effekt; katalysearret maklik de krús-keppeling fan bindernetwurk en ferbetteret bânsterkte.
Etanol: Weakly polar stof; nei tafoeging kin it de polariteit fan 'e binderoplossing ferminderje, de komptabiliteit tusken grafyt en binderoplossing ferbetterje; hat in sterke defoaming effekt; katalysearret maklik lineêre krús-ferbining fan binder en ferbetteret bânsterkte (de funksjes fan isopropanol en ethanol binne yn essinsje itselde; by massa-produsearje kinne kostenfaktoaren wurde beskôge om te kiezen hokker ien ta te foegjen).
Wetter-basearre bynmiddel (SBR): Bint grafyt, konduktyf middel, tafoegings en koperfolie of kopergaas byinoar; lineêre keten emulsie molekule, ekstreem oplosber yn wetter en polêre solvents.
Deionisearre wetter (as destillearre wetter): Diluent, tafoege yn passende hoemannichte, kin de fluiditeit fan 'e slurry feroarje.
Anode ljepper: Makke fan koper folie of koper strip.
