Impacte del gruix del recobriment de carboni del paper d'alumini en el rendiment de les bateries d'ions de liti-

El paper d'alumini és el col·lector primari de corrent de càtode de les bateries comercials d'ions de liti-. Tanmateix, els col·lectors de corrent de paper d'alumini convencionals presenten diversos reptes, inclosa la resistència de contacte a la interfície entre la làmina rígida i les unitats de material actiu del càtode, donant lloc a una resistència interfacial important. La feble adhesió amb el material actiu, juntament amb els canvis continus de volum de l'elèctrode durant els cicles de càrrega/descàrrega, pot provocar un despreniment del material actiu ("pols"), accelerant l'esvaïment de la capacitat i la degradació de la vida útil. A més, els productes de la descomposició oxidativa de l'electròlit poden participar en reaccions electroquímiques sobre el paper d'alumini, accelerant la seva corrosió. Per abordar aquests problemes, s'han explorat diversos mètodes de modificació del paper d'alumini, com ara gravat químic, gravat electroquímic, anodització DC, tractament corona i recobriments conductors (com ara recobriments de grafè, recobriments de nanotubs de carboni i recobriments compostos) aplicats a la superfície del substrat. Alguns d'aquests ja s'utilitzen en productes comercials. En els darrers anys, els recobriments conductors, en particular el paper d'alumini recobert de carboni-, han tingut una adopció generalitzada. Els motius principals són la seva capacitat per reduir la resistència de contacte interfacial del col·lector de corrent del càtode, mitigar la polarització i, en conseqüència, millorar la capacitat de velocitat de descàrrega de la bateria fins a cert punt.

La investigació actual sobre làmines recobertes de carboni-se centra principalment en la compatibilitat de les làmines amb les formulacions de càtodes i el rendiment de la velocitat. Mètodes com la corrosió química, el gravat electroquímic i el tractament corona poden millorar la humectabilitat i la rugositat superficial del paper d'alumini, reduir la resistència a la transferència de càrrega i millorar la velocitat i el rendiment del cicle. S'ha demostrat que els recobriments com el grafè, els nanotubs de carboni i els recobriments anticorrosió milloren el rendiment cel·lular. Per exemple, un estudi va assenyalar que un recobriment de grafè va donar lloc a un augment de la resistència interna de només 5 mΩ després de 50 cicles, demostrant una bona adherència. Tot i que s'han dut a terme investigacions importants sobre sistemes de purins, implementació de processos i tecnologies de tractament de superfícies, rarament s'ha informat de l'impacte del gruix del recobriment de carboni en el rendiment global de les cèl·lules, especialment en la velocitat i el rendiment del cicle dels càtodes de fosfat de ferro de liti (LFP). Aquest estudi utilitza principalment paper d'alumini de 16 μm de gruix com a substrat per investigar els canvis morfològics de la làmina amb diferents gruixos de recobriment de carboni i el seu impacte posterior en el rendiment cel·lular.

Tal com es mostra entre la taula, la densitat de l'àrea de la làmina augmenta gradualment amb el gruix del recobriment conductor. La resistència elèctrica de la làmina no canvia linealment amb el gruix. Tots els col·lectors de corrent amb un recobriment de carboni presenten una conductivitat més baixa que l'alumini pur, amb valors de resistència de 2 a 6 vegades superiors. La mostra Al-2 mostra la resistència interna més baixa, mentre que Al-5 té la més alta. Això s'atribueix a l'augment del contingut de material aglutinant/col·loïdal (menys conductor) dins del recobriment a mesura que augmenta el pes del recobriment. A mesura que augmenta el gruix del recobriment de carboni, l'àrea de contacte entre el material actiu de fosfat de ferro de liti (LFP) i la capa de recobriment conductor també augmenta, donant lloc a una major resistència al pelat. Tanmateix, amb més àrea incrustada, el contacte entre el material actiu i el material aglutinant/col·loïdal dins de la capa conductora també augmenta, augmentant en conseqüència la resistència.

La superfície del substrat recobert de carboni-en general sembla solta i porosa. En comparació amb el paper d'alumini nu, la superfície es torna més rugosa, proporcionant més punts de contacte de partícules. La ondulació de la topografia superficial es fa més pronunciada amb l'augment del gruix del recobriment conductor. Tanmateix, fins i tot per a la làmina d'Al-1, la capa de carboni està recoberta uniformement a la làmina d'alumini nua. Aquest recobriment conductor consta de partícules d'uns 3, 4 μm de mida i partícules més petites en el rang de 150 a 200 nm, amb una certa aglomeració de partícules de la purina de recobriment conductor observada. Les cèl·lules monedes fabricades amb làmines d'alumini recobertes de carboni de diferents gruixos presenten pics simètrics d'oxidació i reducció, cosa que indica una millor reversibilitat de la reacció redox en comparació amb el paper d'alumini nu. La diferència de potencial entre els pics d'oxidació i reducció és més petita que la del paper d'alumini nu, cosa que suggereix que la presència del recobriment de carboni mitiga la polarització dels elèctrodes.

Des de la perspectiva de la propietat fisicoquímica

• La força de pelatge de la làmina d'elèctrode augmenta amb el gruix del recobriment de carboni.
• La resistència de la làmina d'elèctrode augmenta amb el gruix del recobriment.
• El valor mínim de resistència es va observar amb un gruix total de 2,0 μm.
• A gruixos de 4,0 μm i 5,0 μm, la resistència a la transferència de càrrega augmenta, la capacitat de difusió de Li+ es debilita i la polarització augmenta.
• Aquests resultats indiquen que el gruix del recobriment de carboni s'ha de controlar dins d'un rang adequat.

Des de la perspectiva del rendiment electroquímic de la-cel·la completa

• El paper d'alumini recobert de carboni-va demostrar avantatges en els cicles de temperatura ambient de 0,5ºC i 2,0ºC, així com en el rendiment de descàrrega a baixa-temperatura a -20 graus .
• El rendiment òptim del cicle en aquestes condicions es va observar amb un gruix total de recobriment de 2, 0 μm.
• Els experiments també van revelar que a una velocitat actual d'1,0 C, el paper d'alumini nu presentava un rendiment de ciclisme excepcional, mantenint una retenció de capacitat superior al 90% després de 1.500 cicles. Aquesta troballa proporciona una direcció per a una investigació addicional sobre el mecanisme del paper d'alumini recobert de carboni-.
• El rendiment varia amb diferents gruixos de recobriment de carboni. L'ús de gruixos de recobriment excessivament elevats (per exemple, 4,0 μm i 5,0 μm) no millora eficaçment el rendiment de la bateria, sinó que malbarata material de purins i augmenta el cost.
• Tot i que el paper d'alumini nu pot assolir la vida útil del cicle òptima a 1,0 ºC, la seva corba de cicle mostra fluctuacions significatives, la qual cosa és perjudicial per a l'estimació de l'etapa-última de l'estat de salut (SOH) de la bateria.

Tenint en compte tots els indicadors de manera integral, un gruix total de recobriment de carboni de1.0 μmrepresenta l'opció de rendiment{0}}òptima per al paper d'alumini recobert de carboni-.

Referències
Infraestructura nacional del coneixement de la Xina (CNKI)

ARRIBAR AL NOSTRE EQUIP TÈCNIC

Podeu visitar l'enllaç del nostre productehttp://www/carbon-revestit-foil/carbon-revestit-alumini-foil/carbon-revestit-alumini-film-per a.htmlper a més detalls