Примена бакарне фолије обложене угљеником-које се користи у литијум-јонским батеријама

Са брзим развојем сектора нових енергетских возила, потражња за већом густином енергије у литијум{0}}онским секундарним батеријама се повећава. Побољшање специфичне енергије батерија не само да користи домету вожње електричних возила, већ може значајно да ублажи тренутни изазов високих трошкова. Како густина енергије литијум-јонских батерија наставља да расте, комбинација катода високе{4}}никл са силицијумским-угљеничним анодама постала је стандардна конфигурација за развој следеће{6}}генерације литијум-јонских батерија високе-енергетске-густине-. Међутим, силицијум пролази кроз значајне промене запремине током циклуса пуњења и пражњења, што доводи до уситњавања честица активног материјала, губитка контактних тачака са проводљивим агенсима, па чак и одвајања од струјног колектора. Ово резултира брзим опадањем капацитета и скраћеним животним циклусом силицијум{12}}угљених анода, ометајући њихову примену у литијум{13}}јонским батеријама.

Развој силицијум{0}}угљених анодних материјала је дуго био у фокусу истраживања литијум-јонских батерија, првенствено усредсређен на оптимизацију и модификацију самог материјала. Ово укључује оптимизацију величине честица и структуре силицијумског материјала, као и структуре и метода силицијум{3}}угљеника. Да би се постигла практична примена силицијум{5}}угљених анодних материјала, оптимизација током дизајна и производних процеса електрода, па чак и батерија, привукла је све већу пажњу и истраживање. Примери укључују средства за оптимизацију проводљивости, везива која се користе у процесу мешања, површинску густину премаза, густину сабијања, састав електролита и процесе формирања.

Као кључна компонента електроде, бакарна фолија подржава активни материјал негативне електроде док прикупља генерисане електроне и води их до спољашњег кола да би се формирала струја. Ако је адхезија између активног материјала и бакарне фолије недовољна, честице силицијум-угљеника могу лако да се одвоје од бакарне фолије током циклуса због великих промена запремине, што доводи до лоших перформанси циклуса. Да би се побољшао животни век батерија, ова студија примењује бакарну фолију обложену проводљивим слојем угљеника за напајање батерија. Користећи процес слагања, произведене су енергетске ћелије од 9,5 Ах од тројног материјала као катоде и композита силицијум оксида-угљеника као аноде. Испитивани су ефекти бакарне фолије обложене угљеником-у поређењу са обичном двостраном глатким бакарном фолијом-на способност брзине, перформансе високе/ниске-температуре и перформансе циклуса ћелија.

У нашим експериментима користили смо бакарну фолију-обложену угљеником на бази голе фолије, обложену са обе стране проводљивим угљеником и смолом. Ово служи за побољшање проводљивости струјног колектора, обезбеђујући добру отпорност на контакт, док истовремено повећава адхезију између активног материјала и струјног колектора, чиме се побољшава животни век батерије. СЕМ слике двостране-глатке бакарне фолије, угљеником{4}}бакрене фолије и листова електрода откривају да је двострано-глатка површина бакарне фолије равна. Проводљиве честице угљеника на површини бакарне фолије обложене угљеником-уједначено су распоређене, са пречником честица од приближно 15-20 нм, показујући сферичну структуру-повезану заједно лепком од смоле. Површина је лабава и порозна, што ефикасно побољшава пријањање активног материјала на струјни колектор. Додатно, површина контакта између активног материјала и струјног колектора је повећана, што помаже у смањењу контактног отпора електродног листа. Посматрања структуре површине и попречног пресека СиО-Ц анодног листа показују уједначену дистрибуцију честица, при чему честице остају нетакнуте без ломљења под густином збијања од 1,6 г/цц.

Основни параметри лимова негативних електрода направљених коришћењем различитих бакарних фолија указују на то да је отпорност на љуштење лима коришћењем бакарне фолије обложене угљеником-значајно повећана у односу на двострано-глатку бакарну фолију, док је отпорност лима електроде смањена. Ово показује да слој угљеничног премаза може повећати контактну површину између активног материјала и струјног колектора, побољшати електронску проводљивост електродног слоја и смањити контактни отпор између активног материјала и струјног колектора. Штавише, слој угљеника који садржи везиво смоле делује као прелазни слој, јачајући везу између активног материјала и струјног колектора.

Делимични подаци о електрохемијским перформансама ћелија кесице од 9,5 Ах направљених од различитих бакарних фолија, укључујући напон-отвореног кола, унутрашњи отпор наизменичне струје, реверзибилни капацитет, почетну ефикасност пражњења{2}}и искоришћење специфичног капацитета катоде, добијени су усредњавањем мерења са 10 тачака узорка. Поређење показује да је унутрашњи отпор наизменичне струје ћелије која користи бакарну фолију-обложену угљеником нижи од отпора ћелије која користи двострану глатку бакарну фолију-. Ово је првенствено зато што електродни лист направљен од бакарне фолије обложене угљеником-има нижу отпорност, чиме се смањује укупни контактни отпор ћелије. Специфична искоришћеност капацитета ћелије која користи карбонску-бакарну фолију је нешто нижа (за 0,5 мАх/г) од ћелије која користи двострано-глатку бакарну фолију са две стране. Ово може бити због увођења угљеничног премаза који доводи до мање интеркалације литијум{14}}јона, трошења неких литијум јона и повећања неповратног капацитета ћелије.

Криве пражњења ћелија кесице састављене са две врсте бакарне фолије при различитим брзинама на собној температури показују да како се брзина пражњења повећава, плато пражњења оба типа ћелија се смањује, а капацитет пражњења постепено опада. Значајна тачка прегиба пада појављује се када брзина пражњења достигне 4Ц. Ово је углавном зато што, са повећањем струје пражњења, литијум јони, након ослобађања електрона, не могу одмах да напусте аноду и дифундују у електролит, стварајући значајан градијент концентрације литијум{3}}јона. Ово повећава потенцијал електроде који је потребан да се литијум јони врате на катоду, што доводи до повећаног унутрашњег притиска у ћелији и последичног снижавања платоа пражњења. Упоређујући горе поменуте криве брзине пражњења и стопе задржавања капацитета пражњења при различитим брзинама, платои пражњења два типа ћелија су у суштини идентични при истој брзини. По ниским ценама (<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.

Криве циклуса ћелија врећице састављених са две врсте бакарне фолије под условима пражњења од 1Ц/1Ц-на собној температури показују да је после 300 циклуса стопа задржавања капацитета 89,5% за ћелију од бакарне фолије обложене угљеником-у поређењу са 84,2% за глатку бакарну фолију са двоструком страном- од 84,2%. Стабилност циклуса ћелије од бакарне фолије обложене угљеником-значајно је побољшана у поређењу са двостраном -ћелијом од глатке бакарне фолије. Ова предност произилази из два главна аспекта: прво, проводни слој угљеника обложен на површини бакарне фолије повећава контактну површину између активног материјала и бакарне фолије, а порозна површинска структура обезбеђује више места контакта за активни материјал, побољшавајући интеракцију са колектором струје; друго, присуство смолног везива у угљеничној превлаци додатно јача адхезију између активног материјала и бакарне фолије. Ово значајно потискује феномен уситњавања активног материјала у анодама на бази силицијума{13}} узрокован великом брзином експанзије честица након више циклуса, чиме се ефективно продужава животни век батерије.

(1) Повећава чврстоћу љуштења СиО-Ц анодног електродног листа уз истовремено смањење његовог отпора.
(2) Побољшава перформансе високих/ниских{1}}температура и способност брзине, али не значајно.
(3) Ефикасно побољшава перформансе циклуса силиконских{1}}батерија. У поређењу са двостраном-глатком бакарном фолијом, стопа задржавања капацитета након 300 циклуса при брзини пуњења/пражњења од 1Ц је побољшана за 5,2%.

Референце

Кинеска национална инфраструктура знања (ЦНКИ)
Истраживање и примена бакарне фолије обложене угљеником у силицијум{0}}литијум{1}јонској батерији на бази силикона
Схаанки Цоал Цхемицал Индустри Тецхнологи Ресеарцх Институте Цо., Лтд.
Схен Ксиаохуи

ДОЂИТЕ НАШЕМ ТЕХНИЧКОМ ТИМУ

Можете посетити наш линк производахттп://ввв/угљеник-обложен-фолија/угљеник-обложен-бакар-фолија/проводни-угљеник-обложен-бакар-фолија.хтмлза више детаља