Notkun kolefnis-húðuð koparþynna notuð í litíum-jónarafhlöður

Með hraðri þróun nýja orkutækjageirans eykst eftirspurn eftir meiri orkuþéttleika í litíum-efri rafhlöðum. Að bæta sértæka orku rafgeyma gagnast ekki aðeins akstursdrægi rafknúinna ökutækja heldur gæti það einnig dregið verulega úr núverandi áskorun um háan kostnað. Þar sem orkuþéttleiki litíum-jónarafhlaðna heldur áfram að aukast hefur samsetning há-nikkel bakskauta með kísil-kolefnisskautum orðið staðlað uppsetning fyrir þróun næstu-kynslóðar -orku-þéttleika litíum-rafhlöður. Hins vegar tekur kísill verulegar rúmmálsbreytingar við hleðslu- og losunarlotur, sem leiðir til moldar virkra efnisagna, taps á snertipunktum við leiðandi efni og jafnvel losnar frá straumsafnaranum. Þetta hefur í för með sér hraðri afkastagetu og styttri líftíma kísil-kolefnisskauta, sem hindrar notkun þeirra í litíum-jónarafhlöðum.

Þróun kísil-kolefnisskautaefna hefur lengi verið í brennidepli í rannsóknum á litíum-rafhlöðum, fyrst og fremst miðuð við að fínstilla og breyta efninu sjálfu. Þetta felur í sér fínstillingu á kornastærð og uppbyggingu kísilefnisins, sem og uppbyggingu og aðferðir við kísil-kolefnissamsetningu. Til að ná hagnýtri notkun kísil-kolefnisskautaefna hefur hagræðing við rafskaut og jafnvel rafhlöðuhönnun og framleiðsluferli vakið aukna athygli og rannsóknir. Dæmi eru hámarksleiðandi efni, bindiefni sem notuð eru í grugglausninni, yfirborðsþéttleiki húðunar, þjöppunarþéttleiki, samsetning raflausna og myndunarferli.

Sem afgerandi hluti rafskautsins styður koparþynnan virka efnið í neikvæðu rafskautinu á meðan það safnar rafeindum sem myndast og leiðir þær til ytri hringrásarinnar til að mynda straum. Ef viðloðunin á milli virka efnisins og koparþynnunnar er ófullnægjandi geta kísil-kolefnisagnir auðveldlega losnað úr koparþynnunni á meðan á hjólreiðum stendur vegna mikilla rúmmálsbreytinga, sem leiðir til lélegrar frammistöðu hringrásarinnar. Til að bæta endingu rafgeyma, notar þessi rannsókn koparþynnu sem er húðuð með leiðandi kolefnislagi á rafhlöður. Með því að nota stöflunarferli voru 9,5 Ah pokaaflfrumur framleiddar með þrískiptu efni sem bakskaut og kísiloxíð-kolefnissamsett sem rafskaut. Könnuð voru áhrif kolefnis-húðaðrar koparþynnu samanborið við venjulegt tvíhliða-slétt koparþynna á hraðagetu, há/lág-hitaafköst og hringrásarafköst frumanna.

Í tilraunum okkar notuðum við kolefnis-húðuð koparþynna byggð á beinni filmu, húðuð á báðum hliðum með leiðandi kolefni og plastefnisbindiefni. Þetta þjónar til að auka leiðni straumsafnarans, tryggja góða snertiþol, en eykur samtímis viðloðun milli virka efnisins og straumsafnarans og eykur þannig endingu rafhlöðunnar. SEM myndir af tvíhliða-sléttu koparþynnunni, kolefnis-húðuðu koparþynnunni og rafskautsblöðunum sýna að tvíhliða slétt koparþynnan er flatt. Leiðandi kolefnisagnirnar á yfirborði kolefnis-húðuðu koparþynnunnar eru jafnt dreifðar, með agnaþvermál um það bil 15-20 nm, sem sýna kúlulaga-líka byggingu sem er tengd saman með plastefnislími. Yfirborðið er laust og gljúpt, sem eykur í raun viðloðun virka efnisins við straumsafnarann. Að auki eykst snertiflöturinn milli virka efnisins og straumsafnarans, sem hjálpar til við að draga úr snertiviðnám rafskautsplötunnar. Athuganir á yfirborði og þversniðsbyggingu SiO-C rafskautsplötunnar sýna samræmda agnadreifingu, þar sem agnir eru ósnortnar án þess að brotna við þjöppunarþéttleika sem er 1,6 g/cc.

Grunnfæribreytur neikvæðu rafskautsblaðanna sem gerðar eru með mismunandi koparþynnum gefa til kynna að afhýðingarstyrkur laksins sem notar kolefnis-húðaða koparþynnu sé verulega aukinn samanborið við það sem notar tvíhliða-slétt koparþynna, en viðnám rafskautsplötunnar minnkar. Þetta sýnir að kolefnishúðunarlagið getur aukið snertiflöturinn milli virka efnisins og straumsafnarans, bætt rafeindaleiðni rafskautsplötunnar og dregið úr snertiviðnáminu milli virka efnisins og straumsafnarans. Ennfremur virkar kolefnislagið sem inniheldur plastefnisbindiefnið sem umbreytingarlag, sem styrkir tengslin milli virka efnisins og straumsafnarans.

Hlutar rafefnafræðilegar frammistöðuupplýsingar 9,5 Ah pokafrumnanna sem eru gerðar með mismunandi koparþynnum, þar á meðal opna-hringrásarspennu, innra viðnám AC, afturkræf getu, upphafshleðslu-hleðsluskilvirkni og sértæka getunýtingu bakskautsins, voru fengnar með meðaltalsmælingum frá 10 sýnishornum. Samanburður sýnir að innra AC-viðnám frumunnar sem notar kolefnis-húðaða koparþynnu er lægra en frumunnar sem notar tvíhliða-slétt koparþynna. Þetta er fyrst og fremst vegna þess að rafskautsplatan úr kolefnis-húðuðu koparþynnu hefur lægri viðnám og dregur þar með úr heildarsnertiviðnám frumunnar. Sértæk nýting frumunnar sem notar kolefnis-húðaða koparþynnu er aðeins lægri (um 0,5 mAh/g) en frumunnar sem notar tvíhliða-slétt koparþynna. Þetta gæti stafað af innleiðingu kolefnishúðarinnar sem leiðir til minniháttar litíum-jóna innskot, eyðir nokkrum litíumjónum og eykur óafturkræf getu frumunnar.

Losunarferlar pokafrumnanna sem settir eru saman með tveimur gerðum koparþynnunnar á mismunandi hraða við stofuhita sýna að þegar losunarhraði eykst minnkar losunarháslétta beggja frumugerða og losunargetan minnkar smám saman. Verulegur fallbeygjupunktur kemur fram þegar losunarhraði nær 4C. Þetta er aðallega vegna þess að með aukningu á úthleðslustraumi geta litíumjónir, eftir að hafa losað rafeindir, ekki farið tafarlaust út úr rafskautinu og dreifist inn í raflausnina, sem skapar umtalsverðan litíum-styrkleikafall. Þetta eykur rafskautsgetu sem þarf til að litíumjónir fari aftur í bakskautið, sem leiðir til aukins innri þrýstings í frumunni og þar af leiðandi lækkun á útskriftarhásléttunni. Með því að bera saman áðurnefnda útblástursferla og losunargetu varðveisluhraða á mismunandi hraða, eru losunarsléttur tveggja frumugerða í meginatriðum eins á sama hraða. Á lágu verði (<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.

Hringrásarferlar pokafrumnanna sem settir eru saman með tveimur gerðum af koparþynnu við 1C/1C hleðslu-afhleðsluskilyrði við stofuhita sýna að eftir 300 lotur er afkastagetuhlutfallið 89,5% fyrir kolefnis-húðaða koparþynnuklefann, samanborið við 84,2% fyrir tvöfalda{{7} koparþynnuklefann. Hringrásarstöðugleiki kolefnis-húðuðu koparþynnuklefans er verulega bættur samanborið við tvíhliða-sléttu koparþynnuklefanum. Þessi ávinningur stafar af tveimur meginþáttum: Í fyrsta lagi eykur leiðandi kolefnislagið sem er húðað á koparþynnuyfirborðinu snertiflöturinn milli virka efnisins og koparþynnunnar og gljúpa yfirborðsbyggingin veitir fleiri snertistöðum fyrir virka efnið, sem eykur samspilið við núverandi safnara; í öðru lagi styrkir tilvist plastefnisbindiefnisins í kolefnishúðinni enn frekar viðloðunin milli virka efnisins og koparþynnunnar. Þetta bælir verulega niður fyrirbæri virks efnis dufts í forskautum- sem byggir á kísil sem stafar af miklum þensluhraða agna eftir margar lotur og lengir þar með í raun líftíma rafhlöðunnar.

(1) Eykur afhýðingarstyrk SiO-C rafskautsplötunnar um leið og það dregur úr viðnám þess.
(2) Bætir há/lág-hitaafköst og hraðagetu, en ekki verulega.
(3) Eykur á áhrifaríkan hátt hringrásarafköst kísil-rafhlöðna. Samanborið við tvíhliða slétt koparþynna, er afkastagetuhlutfallið eftir 300 lotur við 1C hleðslu/losunarhraða bætt um 5,2%.

Heimildir

Þjóðþekkingarinnviðir í Kína (CNKI)
Rannsóknir og notkun á kolefnishúðuðu koparþynnu í sílikon-litíum-jónarafhlöðu
Shaanxi Coal Chemical Industry Technology Research Institute Co., Ltd.
Shen Xiaohui

NÁÐU TIL TÆKNILIÐIÐ OKKAR

Þú getur heimsótt vörutengilinn okkarhttp://www/kolefni-húðuð-filma/kolefni-húðuð-kopar-þynna/leiðandi-kolefnis-húðuð-kopar-þynna.htmlfyrir frekari upplýsingar