Aplicació de làmina de coure recoberta de carboni-utilitzada en bateries d'ions de liti-

Amb el ràpid desenvolupament del sector dels vehicles d'energia nova, la demanda d'una densitat d'energia més alta a les bateries secundàries d'ions de liti-està augmentant. La millora de l'energia específica de les bateries no només beneficia l'autonomia dels vehicles elèctrics, sinó que també pot alleujar significativament el repte actual dels elevats costos. A mesura que la densitat d'energia de les bateries d'ions-liti continua augmentant, la combinació de càtodes d'alt-níquel amb ànodes de silici-carboni s'ha convertit en la configuració estàndard per desenvolupar bateries de-generació d'alta-energia-densitat-de liti. No obstant això, el silici experimenta canvis de volum significatius durant els cicles de càrrega i descàrrega, provocant la polverització de les partícules de material actiu, la pèrdua de punts de contacte amb els agents conductors i fins i tot el despreniment del col·lector de corrent. Això provoca una disminució ràpida de la capacitat i un cicle de vida escurçat dels ànodes de carboni de silici-, cosa que dificulta la seva aplicació a les bateries d'ions de liti-.

El desenvolupament de materials d'ànode de carboni de silici-ha estat durant molt de temps un focus en la investigació de les bateries d'ions de liti-, centrat principalment en l'optimització i la modificació del propi material. Això inclou l'optimització de la mida de partícula i l'estructura del material de silici, així com l'estructura i els mètodes de composició de carboni de silici-. Per aconseguir l'aplicació pràctica dels materials d'ànode de carboni de silici-, l'optimització durant els processos de disseny i fabricació d'elèctrodes i fins i tot de bateries ha cridat l'atenció i la investigació cada cop més. Alguns exemples inclouen agents conductors optimitzadors, aglutinants utilitzats en el procés de purins, densitat de superfície de recobriment, densitat de compactació, composició d'electròlits i processos de formació.

Com a component crucial de l'elèctrode, la làmina de coure admet el material actiu de l'elèctrode negatiu mentre recull els electrons generats i els condueix al circuit extern per formar corrent. Si l'adhesió entre el material actiu i la làmina de coure és insuficient, les partícules de carboni de silici-es poden separar fàcilment de la làmina de coure durant el cicle a causa dels seus grans canvis de volum, la qual cosa comporta un mal rendiment del cicle. Per millorar la vida del cicle de les bateries, aquest estudi aplica una làmina de coure recoberta amb una capa de carboni conductora per alimentar les bateries. Mitjançant un procés d'apilament, es van fabricar cèl·lules de potència de bossa de 9,5 Ah amb material ternari com a càtode i un compost d'òxid de silici-carboni com a ànode. Es van investigar els efectes de la làmina de coure recoberta de carboni-en comparació amb la làmina de coure llisa de doble cara-normal sobre la capacitat de velocitat, el rendiment a alta/baixa-temperatura i el rendiment del cicle de les cèl·lules.

En els nostres experiments, hem utilitzat làmina de coure recoberta de carboni-basada en làmina nua, recoberta per les dues cares amb carboni conductor i aglutinant de resina. Això serveix per millorar la conductivitat del col·lector de corrent, assegurant una bona resistència de contacte, alhora que augmenta l'adhesió entre el material actiu i el col·lector de corrent, millorant així la vida del cicle de la bateria. Les imatges SEM de la làmina de coure llisa de doble cara-, la làmina de coure recoberta de carboni- i les làmines d'elèctrode revelen que la superfície de la làmina de coure llisa de doble cara- és plana. Les partícules de carboni conductores a la superfície de la làmina de coure recoberta de carboni-es distribueixen uniformement, amb un diàmetre de partícules d'aproximadament 15-20 nm, mostrant una estructura semblant a-esfèrica unides entre si per un adhesiu de resina. La superfície és solta i porosa, millorant eficaçment l'adhesió del material actiu al col·lector actual. A més, s'incrementa l'àrea de contacte entre el material actiu i el col·lector de corrent, la qual cosa ajuda a reduir la resistència de contacte de la làmina d'elèctrode. Les observacions de la superfície i de l'estructura de la secció transversal-de la làmina d'ànode de SiO-C mostren una distribució uniforme de partícules, amb partícules que romanen intactes sense fracturar-se amb una densitat de compactació d'1,6 g/cc.

Els paràmetres bàsics de les làmines d'elèctrode negatius fetes amb diferents làmines de coure indiquen que la resistència a la peladura del full amb làmines de coure recobertes de carboni{0}}s'incrementa significativament en comparació amb la que s'utilitza una làmina de coure llisa de doble cara, mentre que la resistivitat de la làmina d'elèctrode es redueix. Això demostra que la capa de recobriment de carboni pot augmentar l'àrea de contacte entre el material actiu i el col·lector de corrent, millorar la conductivitat electrònica de la làmina d'elèctrode i reduir la resistència de contacte entre el material actiu i el col·lector de corrent. A més, la capa de carboni que conté l'aglutinant de resina actua com a capa de transició, reforçant la unió entre el material actiu i el col·lector de corrent.

Les dades de rendiment electroquímic parcial de les cèl·lules de la bossa de 9,5 Ah fetes amb diferents làmines de coure, inclosa la tensió de circuit obert-, la resistència interna de CA, la capacitat reversible, l'eficiència de càrrega inicial-descàrrega i la utilització de la capacitat específica del càtode, es van obtenir mitjançant mesures mitjanes de 10 punts de mostra. La comparació mostra que la resistència interna de CA de la cèl·lula que utilitza una làmina de coure recoberta de carboni- és inferior a la de la cèl·lula que utilitza una làmina de coure llisa de doble cara-. Això es deu principalment al fet que la làmina d'elèctrode feta amb una làmina de coure recoberta de carboni- té una resistivitat més baixa, reduint així la resistència total de contacte de la cèl·lula. La capacitat específica d'utilització de la cèl·lula que utilitza làmina de coure recoberta de carboni- és lleugerament inferior (en 0,5 mAh/g) que la de la cèl·lula que utilitza làmina de coure llisa de doble-cara. Això podria ser degut a la introducció del recobriment de carboni que condueix a una intercalació-de ions de liti menor, consumint alguns ions de liti i augmentant la capacitat irreversible de la cèl·lula.

Les corbes de descàrrega de les cèl·lules de la bossa muntades amb els dos tipus de làmines de coure a diferents velocitats a temperatura ambient mostren que a mesura que augmenta la velocitat de descàrrega, l'altiplà de descàrrega d'ambdós tipus de cèl·lules disminueix i la capacitat de descàrrega disminueix gradualment. Apareix un punt d'inflexió de caiguda important quan la velocitat de descàrrega arriba als 4ºC. Això es deu principalment al fet que, amb l'augment del corrent de descàrrega, els ions de liti, després d'alliberar electrons, no poden sortir ràpidament de l'ànode i difondre's a l'electròlit, creant un gradient de concentració substancial d'ions de liti-. Això augmenta el potencial de l'elèctrode necessari perquè els ions de liti tornin al càtode, provocant un augment de la pressió interna a la cèl·lula i una consegüent reducció de l'altiplà de descàrrega. Comparant les corbes de descàrrega de velocitat esmentades anteriorment i les taxes de retenció de la capacitat de descàrrega a diferents ritmes, els altiplans de descàrrega dels dos tipus de cèl·lules són essencialment idèntics a la mateixa velocitat. A preus baixos (<3C), the discharge capacity retention rates of the two cell types largely overlap. When the discharge rate increases to 4C and 5C, the discharge capacity retention rate of the carbon-coated copper foil cell is slightly higher than that of the double-sided smooth copper foil cell. This is primarily related to the carbon coating enhancing the conductivity of the cell and reducing contact resistance.

Les corbes de cicle de les cèl·lules de la bossa muntades amb els dos tipus de làmina de coure en condicions de càrrega-de descàrrega 1C/1C a temperatura ambient mostren que després de 300 cicles, la taxa de retenció de la capacitat és del 89,5% per a la cel·la de làmina de coure recoberta de carboni-, en comparació amb el 84,2% per a la cel·la lateral de doble full de coure-. L'estabilitat del cicle de la cel·la de làmina de coure recoberta de carboni-es millora significativament en comparació amb la cel·la de làmina de coure llisa de doble-cara. Aquest benefici deriva de dos aspectes principals: en primer lloc, la capa de carboni conductora recoberta a la superfície de la làmina de coure augmenta l'àrea de contacte entre el material actiu i la làmina de coure, i l'estructura de la superfície porosa proporciona més llocs de contacte per al material actiu, millorant la interacció amb el col·lector actual; en segon lloc, la presència de l'aglutinant de resina al recobriment de carboni reforça encara més l'adhesió entre el material actiu i la làmina de coure. Això suprimeix significativament el fenomen de la polverització del material actiu als ànodes basats en silici-causat per la gran taxa d'expansió de les partícules després de diversos cicles, allargant així de manera efectiva la vida útil del cicle de la bateria.

(1) Augmenta la força de pelatge de la làmina d'elèctrode d'ànode SiO-C alhora que redueix la seva resistivitat.
(2) Millora el rendiment a alta/baixa-temperatura i la capacitat de velocitat, però no de manera significativa.
(3) Millora de manera efectiva el rendiment del cicle de les bateries-de silici. En comparació amb la làmina de coure llisa de doble cara, la taxa de retenció de capacitat després de 300 cicles a una taxa de càrrega/descàrrega d'1C millora un 5,2%.

Referències

Infraestructura nacional del coneixement de la Xina (CNKI)
Recerca i aplicació de làmines de coure recobertes de carboni en una bateria d'ions de liti-silici-
Shaanxi Coal Industry Chemical Industry Technology Research Institute Co., Ltd.
Shen Xiaohui

ARRIBAR AL NOSTRE EQUIP TÈCNIC

Podeu visitar el nostre enllaç de productehttp://www/carbon-revestit-foil/carbon-revestit-coure-foil/conductor-carbon-revestit-coure-foil.htmlper a més detalls