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压实密度对锂电池性能的影响分析

锂离子电池一般工艺是将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂一起提炼浆料,利用填充物设备在集流体(一般是铜箔或者铝箔)填充物一层具备一定厚度的浆料,经过浸泡后再行展开相反填充物。 经过双面填充物的电极一般不会经过一到两次碾压,以便掌控电极的孔隙率和密度,最后电极不会展开分切,并一维电芯,最后人组沦为电池,经过录液化成,就可以用作商业锂离子电池。 研究找到,除了锂离子电池电极活性物质的固有属性,电极的微观结构对电池的能量密度和电化学性能也有十分根本性的影响。

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本文摘要:锂离子电池一般工艺是将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂一起提炼浆料,利用填充物设备在集流体(一般是铜箔或者铝箔)填充物一层具备一定厚度的浆料,经过浸泡后再行展开相反填充物。 经过双面填充物的电极一般不会经过一到两次碾压,以便掌控电极的孔隙率和密度,最后电极不会展开分切,并一维电芯,最后人组沦为电池,经过录液化成,就可以用作商业锂离子电池。 研究找到,除了锂离子电池电极活性物质的固有属性,电极的微观结构对电池的能量密度和电化学性能也有十分根本性的影响。

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锂离子电池一般工艺是将活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂一起提炼浆料,利用填充物设备在集流体(一般是铜箔或者铝箔)填充物一层具备一定厚度的浆料,经过浸泡后再行展开相反填充物。  经过双面填充物的电极一般不会经过一到两次碾压,以便掌控电极的孔隙率和密度,最后电极不会展开分切,并一维电芯,最后人组沦为电池,经过录液化成,就可以用作商业锂离子电池。  研究找到,除了锂离子电池电极活性物质的固有属性,电极的微观结构对电池的能量密度和电化学性能也有十分根本性的影响。

  在予以碾压的电极中,仅有50%的空间被活性物质所占有,提升压实密度,可以有效地的提升电极的体积能量密度和重量能量密度,但是这也不会影响电极结构,例如孔隙率、比表面积、孔径产于和弯曲度等,同时也不会影响电极中粘结剂和导电剂的产于,这不会对锂离子电池的电化学性能产生明显的影响。  美国的印第安那波利斯普渡大学的CheolwoongLim等利用了目前最先进设备的X射线纳米断层扫描技术(nano-CT)研究了LiCoO2电极压实密度对电极电极结构和电化学性能的影响。  首先CheolwoongLim利用完全相同的工艺制取了多片LiCoO2极片,并将其碾压至有所不同厚度,他们首先利用实时传输X射线显微镜(XMT)修复了有所不同极片的孔隙结构,然后极片不会做成扣式电池用作测试极片的电化学性能。

  电极浆料用料为活性物质,粘结剂和炭黑94:3:3,在NMP中集中,然后填充物于铝箔上,填充物厚度从40m到80m,最后这些电极都将被碾压到40m以获得有所不同的压实密度,极片的压实密度从2.2g/cm3到3.6g/cm3。  通过nano-CT技术检测极片找到,随着压实密度的下降,碳和粘结剂的体积密度不会下降,孔隙率不会上升,比表面积下降,弯曲度下降,认识电阻上升,电极电解液界面膜SEI电阻不会减少,电荷互相交换电阻上升。  从XMT的测试结果可以看见,随着压实密度从2.2g/cm3提高到3.6g/cm3,电极的孔隙率不会从50%左右上升到了30%左右。

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  与传统的观点有所不同,CheolwoongLim的研究找到压实密度的下降可以使得材料的静电比容量更高,倍率性能更佳,容量维持亲率也更高,也需要提升锂离子电池的静电电压。  研究指出,即使压实密度超过3.6g/cm3,在4C的静电倍率下,锂离子蔓延依速率然不是容许因素,更进一步的研究找到,当孔隙率高于75%时,锂离子蔓延速率并不是锂离子电池的倍率性能的容许因素。  较低的压实密度反而不会导致静电比容量较低的问题,这主要是较高的孔隙率导致部分颗粒构成绝缘状态,无法参予充放电,而高压实密度的电极有更高的断裂强度,从而防止在循环过程中电极颗粒开裂,构成绝缘状态颗粒。  低的压实密度可以显著使电极的孔径和孔隙的产于更为均匀分布,导电剂和粘结剂产于更为均匀分布,减少电极的认识电阻和电荷互相交换电阻,减小需要参予反应的活性面积,从而明显的提升材料的电化学性能。

  对于电极孔隙交错度的分析和实验结果找到,电极活性界面面积的提升对锂离子电池倍率贡献要显著小于Li+在电解液中的蔓延。因此,提升压实密度并会减少锂离子电池的倍率性能,反而需要在提升电池容量的同时,进一步提高容量维持亲率和倍率性能。


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