Beth yw cell batri?
Strwythur Cell
Batri sengl, a elwir hefyd yn "gell", yw'r uned leiaf o system batri. Mae'n cynnwys yn bennaf catod (Catode Electrod), anod (Anod Electrod), electrolyt (Electrolyte), gwahanydd (Gwahanydd), ac achos (Achos), fel y dangosir yn Ffigur 7-1.
Gellir categoreiddio taflen electrod cell ïon lithiwm fel deunydd cyfansawdd, sy'n cynnwys pedair rhan yn bennaf:
1) Gronynnau deunydd gweithredol sy'n rhyngosod neu'n dad-gysylltu ïonau lithiwm; gronynnau catod sy'n darparu'r ffynhonnell lithiwm, tra bod gronynnau anod yn derbyn ïonau lithiwm.
2) Y cyfnod dargludol (cyfnod gel carbon) a ffurfiwyd gan y cymysgedd o asiant dargludol a chasglwr cerrynt, gyda'r rhwymwr yn gwasanaethu swyddogaeth bondio; mae'r gorchudd yn dargludo electronau trwy'r casglwr cerrynt a'r asiant dargludol.
3) Mandyllau wedi'u llenwi ag electrolyte, sy'n gweithredu fel sianeli ar gyfer cludo ïon lithiwm o fewn y daflen electrod.
4) Casglwr presennol.
Yn ystod y broses electrocemegol, mae'r cotio electrod yn cynnwys y 4 proses ganlynol yn bennaf:
1) Trafnidiaeth electronig.
2) Cludiant ion.
3) Cyfnewid tâl ar y rhyngwyneb gronynnau electrolyte / electrod, hy yr adwaith electrocemegol.
4) Trylediad ïonau lithiwm o fewn y cyfnod solet. Ym microstrwythur y daflen electrod, mae maint a dosbarthiad gronynnau yn effeithio ar lwybr trylediad ïon lithiwm ac arwynebedd penodol yr adwaith electrocemegol; maint mandwll a dosbarthiad yn effeithio ar y broses gludo yr electrolyt; mae mandylledd yn effeithio ar faint o ddeunydd gweithredol ac arwynebedd penodol yr adwaith electrocemegol. Mae'r holl nodweddion microstrwythurol hyn yn dylanwadu ar berfformiad batri yn y pen draw.
Strwythur cathod
Mae'r catod cell yn bennaf yn cynnwys deunyddiau catod fel LiCoO₂, asiant dargludol, rhwymwr (PVDF), a chasglwr cyfredol (ffoil alwminiwm), fel y dangosir yn Ffigur 7-2.
Ar gyfer batris ïon lithiwm, mae'r casglwr cerrynt catod fel arfer yn ffoil alwminiwm a'r casglwr cerrynt anod ywffoil copr. Er mwyn sicrhau sefydlogrwydd y casglwr presennol y tu mewn i'r batri, rhaid i burdeb y ddau fod yn uwch na 98%. Y rhesymau pam mae batris ïon lithiwm yn defnyddio ffoil alwminiwm ar gyfer y catod a ffoil copr ar gyfer yr anod yw'r 3 phwynt canlynol:
1) Mae gan gopr ac alwminiwm ddargludedd trydanol da, gwead meddal, a phris isel. Egwyddor weithredol batri ïon lithiwm yw dyfais electrocemegol sy'n trosi egni cemegol yn ynni trydanol. Yn y broses hon, mae angen cyfrwng i drosglwyddo'r egni cemegol i ynni trydanol, sy'n gofyn am ddeunydd dargludol. Ymhlith deunyddiau cyffredin, metelau sydd â'r dargludedd trydanol gorau, ac ymhlith metelau, mae copr ac alwminiwm yn cynnig dargludedd rhagorol a phris cymharol isel ar ffurf ffoil copr a ffoil alwminiwm. Mewn batris ïon lithiwm, mae dau ddull prosesu yn bennaf: dirwyn a phentyrru. O'i gymharu â pentyrru, mae dirwyn yn ei gwneud yn ofynnol i'r dalennau electrod a ddefnyddir i baratoi'r batri fod â hyblygrwydd penodol i sicrhau nad yw'r dalennau electrod yn mynd yn frau nac yn torri yn ystod dirwyn i ben. Ymhlith deunyddiau metel, mae ffoiliau copr ac alwminiwm yn feddal, mae ffoiliau copr / alwminiwm cymharol galed yn ddrud, mae ffoiliau copr ac alwminiwm yn gymharol rhad, ac mae adnoddau copr ac alwminiwm yn helaeth ledled y byd.
2) Mae ffoil copr ac alwminiwm hefyd yn gymharol sefydlog mewn aer. Mae alwminiwm yn adweithio'n gemegol yn hawdd ag ocsigen yn yr aer i ffurfio ffilm ocsid trwchus ar yr wyneb, gan atal adwaith pellach yr alwminiwm. Mae'r ffilm ocsid hwn o gopr / alwminiwm hefyd yn darparu effaith amddiffynnol benodol ar alwminiwm yn yr electrolyte. Mae copr ei hun yn gymharol sefydlog mewn aer ac yn y bôn nid yw'n cael adweithiau cemegol mewn aer sych.
3) Mae potensial catod ac anod batris ïon lithiwm yn pennu bod ffoil alwminiwm yn cael ei ddefnyddio ar gyfer y catod a'r ffoil copr ar gyfer yr anod, ac ni ellir eu gwrthdroi. Mae'r potensial catod yn uchel, ac mae ffoil copr yn cael ei ocsidio'n hawdd ar botensial uchel, tra bod gan alwminiwm botensial ocsideiddio uchel a ffilm ocsid trwchus ar ei haen wyneb, sydd hefyd yn darparu amddiffyniad da i'r alwminiwm mewnol.
Yn y dellt grisial o alwminiwm metelaidd, mae gan gopr ac alwminiwm feintiau tebyg i Li a gallant ffurfio cyfansoddion rhyngfetelaidd yn hawdd gyda Li fel LiAl. Gall Li ac Al nid yn unig ffurfio'r aloi gyda'r fformiwla gemegol LiAl, ond gallant hefyd ffurfio haenau aloi Li₉Al₄, Li₃Al₂, Li₅Al a Li₂Al. Mae'r haenau aloi hyn yn defnyddio llawer iawn o Li ac yn niweidio strwythur a morffoleg Al ei hun, felly ni ellir ei ddefnyddio fel casglwr cerrynt anod o batris ïon lithiwm; tra bod Cu yn cael ei ddiddymu ychydig iawn yn ystod tâl batri-rhyddhau ac yn cynnal sefydlogrwydd strwythurol ac electrocemegol, gan ei wneud yn addas fel casglwr cerrynt anod ar gyfer batris ïon lithiwm. Ar gyfer ffoil copr yn 3.5V, mae'r cerrynt polareiddio yn dechrau cynyddu'n sylweddol ac yn codi'n llinol, gydag ocsidiad dwys, sy'n nodi bod Cu hefyd yn dechrau toddi yn y batri; tra ar gyfer ffoil alwminiwm ar draws yr ystod potensial polareiddio cyfan, mae'r cerrynt polareiddio yn fach ac yn sefydlog, heb unrhyw ffenomenau cyrydiad amlwg a welwyd, gan gynnal sefydlogrwydd electrocemegol. Gan fod swm diddymu Al yn yr ystod potensial catod o fatris ïon lithiwm yn fach iawn a gellir cynnal sefydlogrwydd electrocemegol, mae'n addas fel casglwr cerrynt catod ar gyfer batris ïon lithiwm.
Mae'r haen ocsid ar arwynebau copr/alwminiwm yn perthyn i lled-ddargludyddion ac yn dargludo electronau; os yw'r haen ocsid yn rhy drwchus, mae'r rhwystriant yn fawr; tra bod yr haen alwminiwm ocsid ar yr wyneb alwminiwm yn ynysydd ac ni all dargludo trydan, ond oherwydd ei fod yn denau iawn, cyflawnir dargludiad electronau trwy'r effaith twnelu; os yw'r haen ocsid yn drwchus, mae dargludedd ffoil copr / alwminiwm yn wael neu hyd yn oed yn inswleiddio. Yn gyffredinol, mae angen glanhau ffoil copr / alwminiwm o'r haen ocsid cyn ei ddefnyddio i dynnu olew ar y naill law a haenau ocsid trwchus ar y llaw arall. Mae'r potensial catod yn uchel, ac mae'r haen alwminiwm ocsid yn drwchus iawn, a all atal ocsidiad y casglwr presennol. Mae haenau ocsid o gopr/nicel ac ati yn gymharol llac, gan atal y casglwr cerrynt yn hawdd a darparu gwell perfformiad batri. Ar yr un pryd, mae potensial anod batris ïon lithiwm yn isel, a bydd copr/nicel yn cael adweithiau ocsideiddio, gydag adweithiau ocsideiddio/copr/de-yn digwydd ar yr wyneb copr/nicel, tra bod alwminiwm yn cael ei aloi â LiAl ar botensial uchel.
Mae angen cyfansoddiad pur ar y casglwr presennol. Bydd amhureddau yn Al yn gwneud y ffilm arwyneb yn llai trwchus ac yn achosi cyrydiad tyllu, a hyd yn oed yn fwy difrifol, mae dinistrio'r ffilm arwyneb yn arwain at ffurfio aloi LiAl.
Mae angen cyfansoddiad pur ar y casglwr presennol. Bydd amhureddau yn Al yn achosi i'r ffilm arwyneb fod yn llai trwchus, gan arwain at gyrydiad tyllu, a hyd yn oed yn waeth, mae dinistrio'r ffilm arwyneb yn arwain at ffurfio aloi LiAl.
Ar gyfer batris ïon lithiwm, mae'r ffoil alwminiwm catod wedi'i leihau o 16μm i 14μm, yna i 12μm, ac erbyn hyn mae ffoil alwminiwm 10μm eisoes yn cynhyrchu màs, gyda rhai hyd yn oed yn defnyddio 8μm; ar gyfer y ffoil copr anod, oherwydd ei hyblygrwydd gwell yn ei hanfod, mae ei drwch wedi'i leihau o'r 12μm blaenorol i 10μm, yna i 8μm, ac ar hyn o bryd mae cyfran fawr o fatris yn cael eu cynhyrchu gan ddefnyddio 6μm, tra bod rhai gweithgynhyrchwyr yn datblygu 5μm/4μm sydd hefyd yn bosibl eu defnyddio. Gan fod gan fatris ïon lithiwm ofynion purdeb uchel ar gyfer y ffoil copr a ddefnyddir, mae'r dwysedd deunydd yn y bôn ar yr un lefel. Wrth i'r trwch sy'n cael ei ddatblygu leihau, mae'r dwysedd areal yn gostwng yn unol â hynny, ac mae pwysau'r batri yn naturiol yn dod yn ysgafnach ac yn ysgafnach, sy'n cwrdd â'r galw am batris ïon lithiwm.
Ar gyfer casglwyr cyfredol, yn ogystal â'u trwch a'u pwysau sy'n effeithio ar fatris ïon lithiwm, mae priodweddau wyneb y casglwr presennol hefyd yn cael effaith sylweddol ar gynhyrchu a pherfformiad batri. Yn enwedig ar gyfer y casglwr cerrynt anod, oherwydd diffygion mewn technoleg paratoi, mae'r ffoiliau copr ar y farchnad yn bennaf yn fathau bras wedi'u garwhau ag ochrau sengl, wedi'u garwhau ag ochrau dwbl, ac ag ochrau dwbl. Bydd y strwythur dwy ochr anghymesur hwn yn arwain at wrthwynebiad cyswllt anghymesur y cotio anod ar y ddwy ochr, a thrwy hynny atal rhyddhau cynhwysedd anod yn unffurf ar y ddwy ochr; ar yr un pryd, bydd yr anghymesuredd ar y ddwy ochr hefyd yn achosi cryfder adlyniad anghyson y cotio anod, gan arwain at dâl anghytbwys difrifol-bywyd cylch rhyddhau'r cotio anod ar y ddwy ochr, sydd yn ei dro yn cyflymu pydredd cynhwysedd y batri.
Ffurfio catod un gell yw technoleg graidd allweddol y gell. Isod mae enghraifft:
1)LiCoO₂ (10μm): 96.0%.
2) Asiant dargludol (Carbon ECP): 2.0%.
3) Rhwymwr (PVDF 761): 2.0%.
4) Hyrwyddwr adlyniad (NMP): Mae cymhareb pwysau sylweddau solet tua 810:1496.
Rhagofalon llunio catod:
1) Rheoli gludedd slyri cathod ar 6000cP (1cP=1mPa · s) (tymheredd 25 gradd).
2) Rhaid addasu pwysau NMP yn briodol i fodloni'r gofyniad gludedd.
3) Rhowch sylw arbennig i ddylanwad tymheredd a lleithder ar gludedd.
Deunydd cathod lithiwm cobalt ocsid: Mae deunydd gweithredol catod, ffynhonnell ïon lithiwm, yn darparu ffynhonnell lithiwm ar gyfer y batri. Sylwedd nad yw'n begynol, siâp afreolaidd, maint gronynnau D50 yn gyffredinol 6-8μm, cynnwys lleithder Llai na neu'n hafal i 0.2%, fel arfer alcalïaidd, pH 10-11.
Deunydd cathod lithiwm manganîs ocsid: Sylwedd nad yw'n-pegynol, siâp afreolaidd, maint gronynnau D50 yn gyffredinol 5-7μm, cynnwys lleithder Llai na neu'n hafal i 0.2%, fel arfer yn wan alcalïaidd, pH tua 8.
Asiant dargludol: -sylwedd tebyg i gadwyn, cynnwys lleithder<1%, particle size generally 1~5um.Superconductive carbon black with excellent conductivity is usually used, such as KetjenblackCarbon ECP and ECP600JD. lts function is to improve the conductivity of the cathode material,compensate for the electronic conductivity of the cathode active material; increase the electrolyteabsorption of the cathode sheet, expand the reaction interface, and reduce polarization.
Rhwymwr (PVDF): Sylwedd nad yw'n{0}begynol, yn debyg i gadwyn, pwysau moleciwlaidd yn amrywio o 300000 i 3000000; pwysau moleciwlaidd yn gostwng ar ôl amsugno dŵr, gan arwain at adlyniad tlotach. Fe'i defnyddir i fondio lithiwm cobalt ocsid, asiant dargludol, a ffoil alwminiwm neu rwyll alwminiwm togethel Adhesion Hyrwyddwr (NMP): Hylif pegynol gwan, a ddefnyddir i hydoddi / chwyddo PVDF a gwanhau'r slyri ar yr un pryd.
Casglwr cyfredol (tab catod): Wedi'i wneud o ffoil alwminiwm neu stribed alwminiwm.
Strwythur Anod
Mae strwythur anod y gell yn cynnwys deunydd graffit, asiant dargludol, trwchwr (CMC), rhwymwr (SBR), a chasglwr cyfredol (ffoil copr), fel y dangosir yn Ffigur 7-3.
Mae ffurfio anod cell sengl hefyd yn un o dechnolegau craidd allweddol y gell, fel arfer fel a ganlyn:
1) Deunydd anod (graffit): 94.5%.
2) Asiant dargludol (Carbon ECP): 1.0% (Ketjenblack).
3) Rhwymwr (styren - latecs rwber biwtadïen, SBR): 2.25%.
4) Tewychwr (carboxymethyl cellwlos, CMC): 2.25%.
5) Dŵr: Cymhareb pwysau sylweddau solet yw 1600: 1417.5.
Rhagofalon llunio anod:
1) Rheoli gludedd slyri anod ar 5000-6000cP (tymheredd 25 gradd).
2) Mae angen addasu pwysau dŵr yn briodol i fodloni'r gofyniad gludedd.
3) Rhowch sylw arbennig i ddylanwad tymheredd a lleithder ar gludedd.
Graffit: Mae deunydd gweithredol anod, y prif sylwedd sy'n ffurfio'r adwaith anod, wedi'i rannu'n bennaf yn ddau gategori mawr: graffit naturiol a graffit artiffisial. Sylwedd nad yw'n{1}}begynol, sy'n hawdd ei halogi gan sylweddau nad yw'n-begynol, sy'n hawdd ei wasgaru mewn sylweddau nad ydynt yn -begynol; nid yw'n hawdd amsugno dŵr, nac yn hawdd ei wasgaru mewn dŵr. Mae graffit halogedig, ar ôl cael ei wasgaru mewn dŵr, yn tueddu i ailgyfuno. Mae maint gronynnau cyffredinol D50 tua 20μm. Mae siapiau gronynnau yn amrywiol ac yn afreolaidd yn bennaf, yn bennaf yn sfferig, yn fflawiog, yn ffibrog, ac ati.
Swyddogaethau asiant dargludol:
1) Gwella dargludedd y daflen anod a gwneud iawn am ddargludedd electronig deunydd gweithredol yr anod.
2) Cynyddu dyfnder adwaith a chyfradd defnyddio.
3) Atal cynhyrchu dendrites.
4) Defnyddio cynhwysedd amsugno hylif deunyddiau dargludol i gynyddu'r rhyngwyneb adwaith a lleihau polareiddio (gellir ei ychwanegu neu beidio yn ôl dosbarthiad maint gronynnau graffit).
Ychwanegion: Lleihau adweithiau anghildroadwy, cynyddu cryfder bondio a gludedd slyri, ac atal gwaddodiad slyri.
Asiant tewychwr/gwrth-setlo (CMC): Cyfansoddyn moleciwlaidd uchel, sy'n hawdd hydawdd mewn dŵr a thoddyddion pegynol.
Isopropanol: Sylwedd pegynol gwan; ar ôl ychwanegu, gall leihau polaredd yr ateb rhwymwr, gwella'r cydnawsedd rhwng ateb graffit a rhwymwr; yn cael effaith defoaming cryf; yn cataleiddio croes{0}}gysylltu rhwydwaith rhwymwyr yn hawdd ac yn gwella cryfder bondio.
Ethanol: Sylwedd pegynol gwan; ar ôl ychwanegu, gall leihau polaredd yr ateb rhwymwr, gwella'r cydnawsedd rhwng ateb graffit a rhwymwr; yn cael effaith defoaming cryf; yn cataleiddio croes-linellol-cyswllt rhwymwr yn hawdd ac yn gwella cryfder bondio (mae swyddogaethau isopropanol ac ethanol yn eu hanfod yr un peth; pan-gynhyrchu màs, gellir ystyried ffactorau cost i ddewis pa un i'w ychwanegu).
Rhwymwr sy'n seiliedig ar ddŵr (SBR): Bondiau graffit, cyfrwng dargludol, ychwanegion, a ffoil copr neu rwyll copr gyda'i gilydd; moleciwl emwlsiwn cadwyn llinol, hydawdd iawn mewn dŵr a thoddyddion pegynol.
Dŵr deionized (neu ddŵr distyll): Gall gwanedig, wedi'i ychwanegu mewn swm priodol, newid hylifedd y slyri.
Tab anod: Wedi'i wneud o ffoil copr neu stribed copr.
