Áhrif kolefnishúðunarþykktar álpappírs á frammistöðu litíum-jónarafhlöðu

Álpappír er aðal bakskautsstraumsafnari í litíum-jónarafhlöðum til sölu. Hins vegar, hefðbundnir álþynnustraumsafnarar bjóða upp á ýmsar áskoranir, þar á meðal snertiviðnám á viðmótinu milli stífu filmunnar og bakskautsvirku efniseininganna, sem leiðir til verulegrar viðnáms við milliflata. Veik viðloðun við virka efnið, ásamt stöðugum rúmmálsbreytingum á rafskautinu meðan á hleðslu/hleðslulotum stendur, getur valdið losun virks efnis („ryk“), hraðari afkastagetu og niðurbroti á líftíma. Ennfremur geta afurðir frá oxandi niðurbroti raflausnarinnar tekið þátt í rafefnafræðilegum viðbrögðum á álpappírnum og flýtt fyrir tæringu þess. Til að takast á við þessi mál hafa ýmsar breytingaraðferðir fyrir álpappír verið kannaðar, þar á meðal efnafræðileg æting, rafefnafræðileg æting, DC anodization, kórónumeðferð og leiðandi húðun (eins og grafenhúð, kolefnisnanotúbu húðun og samsett húðun) sem er borið á yfirborð undirlagsins. Sumt af þessu er þegar notað í viðskiptavörur. Undanfarin ár hefur leiðandi húðun, einkum kolefnis-húðuð álpappír, fengið útbreidda notkun. Aðalástæðurnar eru hæfni þeirra til að draga úr snertiviðnám bakskautsstraumsafnarans, draga úr skautun og auka þar af leiðandi afhleðslugetu rafhlöðunnar að einhverju leyti.

Núverandi rannsóknir á kolefnis-húðuðum þynnum beinast fyrst og fremst að filmusamhæfni við bakskautssamsetningar og hraðafköst. Aðferðir eins og efnatæring, rafefnafræðileg æting og kórónameðferð geta bætt vætanleika og yfirborðsgrófleika álpappírs, dregið úr hleðsluflutningsþol og aukið hraða og hjólreiðaframmistöðu. Húðun eins og grafen, kolefni nanórör og and-tæringarhúð hefur öll reynst bæta afköst frumna. Til dæmis benti ein rannsókn á að grafenhúð leiddi til aðeins 5 mΩ aukningar á innri viðnám eftir 50 lotur, sem sýnir góða viðloðun. Þó að verulegar rannsóknir hafi verið gerðar á slurry kerfum, ferli framkvæmd og yfirborðsmeðferðartækni, hefur sjaldan verið greint frá áhrifum kolefnishúðunarþykktar á heildarafköst frumna, sérstaklega á hraða og hringrásarafköst litíumjárnfosfats (LFP) bakskauta. Þessi rannsókn notar fyrst og fremst 16 μm þykka álpappír sem undirlag til að rannsaka formfræðilegar breytingar á filmunni með mismunandi kolefnishúðþykktum og síðari áhrif þeirra á afköst frumna.

Eins og sést á milli töflunnar eykst flatarmálsþéttleiki filmunnar smám saman með þykkt leiðandi lagsins. Rafviðnám filmunnar breytist ekki línulega með þykktinni. Allir straumsafnarar með kolefnishúð sýna lakari leiðni en hreint ál, með viðnámsgildi 2 til 6 sinnum hærri. Sýni Al-2 sýnir lægsta innri viðnám en Al-5 hefur hæsta. Þetta er rakið til aukins innihalds (minni leiðandi) bindiefnis/kvoðaefnis innan húðarinnar þegar húðunarþyngdin eykst. Eftir því sem þykkt kolefnishúðarinnar eykst eykst einnig snertiflöturinn milli litíumjárnfosfats (LFP) virka efnisins og leiðandi húðunarlagsins, sem leiðir til aukinnar flögnunarstyrks. Hins vegar, með meira innfellt svæði, eykst snertingin milli virka efnisins og bindiefnisins/kolloidal efnisins innan leiðandi lagsins, sem eykur þar af leiðandi viðnámið.

Yfirborð kolefnis-húðaðs undirlags virðist í heildina laust og gljúpt. Í samanburði við beina álpappír verður yfirborðið grófara og gefur því fleiri snertipunkta. Bylgjulag yfirborðs landslags verður meira áberandi með vaxandi leiðandi lagþykkt. Hins vegar, jafnvel fyrir Al-1 þynnuna, er kolefnislagið jafnt húðað á beru álpappírinn. Þessi leiðandi húð samanstendur af ögnum sem eru um það bil 3,4 μm að stærð og smærri ögnum á bilinu 150–200 nm, með nokkurri þéttingu agna úr leiðandi húðuninni. Myntfrumur framleiddar með kolefnishúðuðum álþynnum af mismunandi þykkt sýna allar samhverfa oxunar- og afoxunartoppa, sem gefur til kynna betri afturkræfni redoxhvarfs samanborið við beina álpappír. Mögulegur munur á milli oxunar- og minnkunartoppanna er minni en á berri álpappír, sem bendir til þess að tilvist kolefnishúðarinnar dregur úr skautun rafskauta.

Frá sjónarhóli eðlisefnafræðilegra eiginleika

• Flögnunarstyrkur rafskautsplötunnar eykst með þykkt kolefnishúðarinnar.
• Viðnám rafskautsplötunnar eykst með þykkt lagsins.
• Lágmarks viðnámsgildi sást við heildarþykkt 2,0 μm.
• Við þykkt 4,0 μm og 5,0 μm eykst hleðsluflutningsviðnám, dreifingargeta Li+ veikist og skautun eykst.
• Þessar niðurstöður benda til þess að stjórna þurfi kolefnishúðþykktinni innan viðeigandi sviðs.

Frá rafefnafræðilegri frammistöðu frumu-

• Kolefnis-húðuð álpappír sýndi fram á kosti í stofuhita 0,5C og 2,0C hjólreiðum, sem og í lágum-losunarafköstum við -20 gráður.
• Ákjósanlegur hjólreiðaframmistaða við þessar aðstæður sást við heildarhúðþykkt 2,0 μm.
• Tilraunirnar leiddu einnig í ljós að við 1,0C straumhraða sýndi beina álpappírinn framúrskarandi hjólreiðaframmistöðu og hélt yfir 90% getu eftir 1.500 lotur. Þessi niðurstaða veitir leiðbeiningar um frekari rannsókn á verkunarháttum kolefnis-húðaðrar álpappírs.
• Frammistaðan er mismunandi eftir mismunandi kolefnishúðþykktum. Að nota of mikla húðþykkt (td 4,0 μm og 5,0 μm) eykur ekki afköst rafhlöðunnar á áhrifaríkan hátt en sóar þess í stað grugglausn og eykur kostnað.
• Þó að beitt álpappír geti náð ákjósanlegum hringrásarlífi við 1,0C, sýnir hjólreiðaferill hennar verulegar sveiflur, sem er skaðlegt fyrir seinna-matið á heilsufari rafhlöðunnar (SOH).

Miðað við allar vísbendingar í heild sinni, heildar kolefnishúðþykkt á1.0 μmtáknar ákjósanlegasta kosta-afköst val fyrir kolefnis-húðaða álpappír.

Heimildir
Þjóðþekkingarinnviðir í Kína (CNKI)

NÁÐU TIL TÆKNILIÐIÐ OKKAR

Þú getur heimsótt vörutengilinn okkarhttp://www/kolefni-húðuð-þynna/kolefni-húðuð-ál-þynna/kolefni-húðuð-ál-þynna-fyrir.htmlfyrir frekari upplýsingar