Keraminės dangos naudojimas ličio baterijoje

Ličio jonų baterijos turi išskirtinių privalumų, tokių kaip aukšta įtampa, didelė talpa, mažas dydis, lengvas svoris, aplinkos apsauga ir ilgaamžiškumas. Jie buvo plačiai naudojami įvairiuose nešiojamuose elektronikos gaminiuose ir elektrinėse transporto priemonėse. Tačiau vis dar yra tam tikrų ličio jonų baterijų saugos problemų, ypač jų saugos problemų tokiomis sąlygomis, kaip aukšta temperatūra, antkainis ir trumpasis jungimas, kurios tapo techninėmis problemomis, kurias reikia įveikti, kai elektros energijos tipo ličio jonų baterijos naudojamos dideliu mastu.

Šiuo metu daugelis ličio baterijų gamintojų naudoja keraminius miltelius neigiamiems polių gabalams ar keraminiams separatoriams ir kitoms medžiagoms, susijusioms su "keraminiais milteliais", kad pagerintų ličio baterijų saugumą. Tiesą sakant, keraminiai milteliai nėra "keraminiai", bet nano dydžio aliuminio oksido dalelės. Nano aliuminio oksidas yra viena iš specialių funkcinių nano medžiagų, turinčių svarbią taikymo vertę ir plėtros perspektyvas. Jis turi puikių savybių, tokių kaip didelis terminis stabilumas, cheminis stabilumas, atsparumas korozijai ir didelis kietumas serija. Jis plačiai naudojamas keraminėms medžiagoms ir biologinėms medžiagoms. Medicininės medžiagos, puslaidininkių medžiagos, katalizatorių laikikliai, paviršiaus apsaugos sluoksnio medžiagos ir optinės medžiagos. Būtent dėl tokio gero šiluminio stabilumo nanoeliumina laikoma gera šilumos izoliacijos medžiaga ir tikimasi, kad jis reikšmingai prisidės prie ličio jonų baterijų saugos efektyvumo gerinimo.

Šiuo metu nano-aliuminio oksidas daugiausia naudojamas elektrodams ar diafragmoms dengti, siekiant pagerinti diafragmos saugumą ir sumažinti vidinį trumpojo jungimo greitį.

1. Anodo keraminė danga

Šiuo metu keraminiai milteliai paprastai sumaišomi su CMC ir ištirpinami dejonizuotame vandenyje, kad susidarytų suspensija. Po to srutos padengiamos ant poliaus gabalo, o po džiovinimo poliaus gabalas po SEM po džiovinimo parodytas 1 paveiksle. 1 paveiksle pavaizduotuose a ir b paveiksluose pavaizduota, kad keraminė danga tolygiai pasiskirsto ant neigiamo elektrodo paviršiaus dalelių pavidalu. Keraminės dangos poveikis ličio baterijų veikimui yra toks:

1 paveikslas. Dviejų rūšių neapipjaustytų neigiamų polių gabaliukų SEM

1. Keraminė danga neturi akivaizdžios įtakos ličio baterijos talpai;

2. Pridėjus keraminių miltelių padidės ličio baterijos vidinis atsparumas. Taip yra todėl, kad pagrindinis komponentas keramikos danga yra Al2O3, kuris yra nelaidus. Dengti keramiką ant neigiamo elektrodo medžiagos paviršiaus trukdys elektronų kelią į neigiamą elektrodą, todėl baterijos kūno atsparumas padidės;

3. Ciklo efektyvumas keramikos danga baterija yra geriau nei baterija be keramikos danga. Be to, dengiant keraminius miltelius ant neigiamo elektrodo paviršiaus, didinant neigiamo elektrodo paviršiaus pasyvavimo poveikį ir stiprinant elektroninę izoliaciją, akumuliatoriaus elektrinio našumo pablogėjimas esant aukštai temperatūrai laikymo sąlygomis gali būti veiksmingai slopinamas. Akumuliatoriaus polių elementų SEM analizė po ciklų parodyta 2 paveiksle.

2 paveikslas. SEM neigiamo poliaus gabalas po dviejų ciklų

Iš paveikslo matyti, kad ne keramiku padengto neigiamo elektrodo paviršius yra padengtas smulkių dalelių sluoksniu, kuris laikomas junginiu, kurį krūvio ir išleidimo proceso metu sudaro ličio nusėdimas, o keraminiu padengtu neigiamu elektrodu paviršius yra gana lygus ir keramika Tolygiai pasiskirsto ant poliaus gabalo paviršiaus. Galima spėlioti, kad baterijos ciklo efektyvumas yra susijęs su keramine danga. Baterijos ciklo metu neigiama SEI plėvelė augs ir taps storesnė. Pernelyg stora SEI plėvelė ne tik sunaudoja daugiau ličio jonų, bet ir sukelia ličio įkrovimo metu. Jonų negalima gerai įdėti į neigiamą elektrodą, tačiau nuosėdos nusodinamos neigiamo elektrodo paviršiuje arba net ant separatoriaus paviršiaus, dėl to ciklo metu prarandama talpa. Keraminio separatoriaus sluoksnio padengimas neigiamo elektrodo paviršiumi gali veiksmingai blokuoti neigiamo elektrodo SEI plėvelės augimą, taip sumažinant ličio jonų praradimą ciklo metu. Be to, akumuliatoriaus ciklo metu elektrolitas ir toliau suyra, o keraminė danga turi tam tikrą skysčio absorbcijos pajėgumą, kuris gali pagerinti elektrolito pajėgumo sulaikymo greitį ilgalaikio įkrovimo ir išleidimo ciklų metu. Todėl keraminė danga gali pagerinti ciklo efektyvumą ternary ličio jonų baterija.

4. Keraminėms baterijoms dengtų baterijų sauga yra didesnė nei ne keramikinių dengtų baterijų. Tomis pačiomis eksperimentinėmis sąlygomis buvo atlikti dviejų skirtingų baterijų akupunktūros eksperimentai, o rezultatai pateikti 3 paveiksle.

3 paveikslas. Dviejų baterijų akupunktūros rezultatai

Iš 3 paveikslo matyti, kad keramine keramine baterija padengtos baterijos akupunktūros didžiausia temperatūra yra 123,1 °C. Po bandymo akumuliatorius šiek tiek patinęs be dūmų ar sprogimo; ne keraminės baterijos didžiausia temperatūra yra 410 °C. Bandymo metu akumuliatorius sprogo ir rūkytas, viršutinis dangtis buvo sugadintas, o bandymas nepavyko. Pirmiau minėto reiškinio priežastis gali būti susijusi su keramine danga neigiamo elektrodo paviršiuje. Kadangi adatos perforavimas imituoja trumpąjį jungimą į bateriją, per trumpą laiką bus sukurtas didelis šilumos kiekis, o keraminė danga ant neigiamo elektrodo paviršiaus gali uždelsti šilumos praradimą adatos perforavimo proceso metu. Smarkiai padidinkite, taip atidėdami elektrolito šiluminį skilimą ir išvengiant akumuliatoriaus sprogimo dėl didelio dujų kiekio, susidarančio per trumpą laiką. Todėl keraminė danga žymiai pagerina ličio jonų baterijų saugumą.

2. Keraminė diafragma

Šiuo metu mokslininkai daugiausia pagerina akumuliatoriaus našumą teigiamų ir neigiamų medžiagų, separatorių, elektrolitų ir akumuliatoriaus dizaino požiūriu. Tarp jų keraminiai separatoriai yra veiksmingas būdas pagerinti akumuliatoriaus našumą. Keraminiai separatoriai gali ne tik pagerinti akumuliatoriaus saugumą, bet ir pagerinti akumuliatoriaus ciklo našumą ir sumažinti savaiminio išsikrovimo greitį. Yra įvairių gamybos metodų keraminių diafragmų, tokių kaip cheminis garų nusodinimas ir paviršiaus danga. Keraminė diafragma gali pagerinti ličio jonų baterijų ciklą ir saugumą, tačiau jo paruošimo procesą sunku kontroliuoti, o keramika ant diafragmos taip pat yra linkę nukristi ciklo metu.

1. Morfologiniai skirtumai

Rinkoje dažniausiai naudojamos diafragmos yra pagamintos iš PP, PE arba dviejų rūšių sudėtinio apdorojimo. Nors šie mikroakmenų poliolefino separatoriai turi puikų mechaninį stiprumą ir cheminį stabilumą, šie separatoriai turi vidinį stresą paruošimo proceso metu, o stresas išsiskiria aukštos temperatūros aplinkoje, o separatorius turės akivaizdų šilumos susitraukimo efektą, dėl kurio teigiamas ir neigiamas elektrodai akumuliatoriaus viduje Tiesioginis medžiagos sąlytis sukelia vidinį trumpąjį jungimą ir saugos gedimą. Nano aliuminio oksido dalelių dengimas ant separatoriaus paviršiaus gali veiksmingai pagerinti ličio baterijų saugumą. Ištirpinus ir sumaišius keraminius miltelius su PVDF ir NMP ir tolygiai disperguojant, dengimo mašina įjungiama, kad keraminiai milteliai būtų padengti ant PE diafragmos. Keraminės dangos storį galima reguliuoti, o keraminė diafragma gaminama džiovinant 80 °C temperatūroje 24 valandas. Keraminės diafragmos mikromorfologija parodyta 4 paveiksle.

4 paveikslas. Pe ir keramikos diafragmos mikromorfologija

Iš paveikslo matyti, kad padengtos nano-A2O3 dalelės visiškai padengia PE membranos paviršių, o tarp dalelių yra netolygus didelių tuštumų pasiskirstymas. Šių didelių ertmių buvimas gali palengvinti įterpimo ir gavybos Li + ir Ji turi gerą skysčio absorbcijos ir skysčio sulaikymo efektyvumą elektrolitų, kad ji neturi įtakos įkrovimo ir iškrovimo efektyvumą ličio baterija po danga yra padengtas.

2. Šilumos susitraukimo laipsnis

Keraminė danga yra naudinga siekiant pagerinti aukštą atsparumą temperatūrai diafragmos. Įdėkite keraminę diafragmą ir įprastą diafragmą į dėžutę skirtingose temperatūrose 2 valandas. Yra didelis skirtumas susitraukimas tarp dviejų tipų diafragmos. Eksperimento rezultatai pateikti 5 paveiksle.

5 paveikslas. Dviejų laipsnių diafragmos susitraukimas esant skirtingoms temperatūroms

Diafragma susitraukia aukštoje temperatūroje, nes diafragma turi vidinį stresą dėl traukos ir tempimo paruošimo proceso metu. Esant aukštai temperatūrai, diafragmos vidinės molekulinės grandinės judėjimas sukelia stresą ir mažėja dideliame plote; tačiau keraminė dangos diafragma susitraukia ties 140 Pačios diafragmos morfologija nepasikeitė, išskyrus diafragmos spalvos pasikeitimą po kepimo būkle °C. Kai neorganinės dangos, padengtos abiejose diafragmos paviršiaus pusėse, turi aukštą atsparumą temperatūrai ir šilumos izoliacijos efektyvumą, pačios bazinės diafragmos temperatūra sumažinama, kad diafragma būtų aukštoje temperatūroje. Pradinė forma lieka aplinkoje.

3. Keraminė diafragma yra naudinga siekiant pagerinti baterijų saugumą

6 paveikslas. Ryšys tarp akumuliatoriaus vidinio atsparumo ir temperatūros, surinktos su dviejų rūšių diafragmomis

PE separatorius susitraukia dideliame plote, kai temperatūra yra aukštesnė už jo lydymosi tašką, todėl teigiami ir neigiami polių gabalai akumuliatoriaus viduje tiesiogiai liečiasi ir sukelia vidinį trumpąjį jungimą. Todėl išmatuotas akumuliatoriaus vidinis atsparumas greitai mažėja; tačiau, dengto separatoriaus net esant 150 Paties separatoriaus morfologija nesikeis, kai kepama °C temperatūroje, todėl baterijos viduje nebus trumpojo jungimo, dėl kurio vis dar padidės vidinė akumuliatoriaus varža. PE separatorius praras mechaninį stabilumą aukštoje temperatūroje, dėl kurios bus tiesioginis teigiamų ir neigiamų elektrodų kontaktas akumuliatoriaus viduje ir sukels trumpąjį jungimą. Keraminės dangos separatorius pasižymi aukšta atsparumu temperatūrai, kad būtų galima veiksmingai išvengti trumpojo jungimo akumuliatoriaus viduje ir pagerinti akumuliatoriaus saugumą.

4. Keraminės diafragmos poveikis akumuliatoriaus tarnavimo laikui

Ličio jonų baterijos separatorius ne tik izoliuoja teigiamus ir neigiamus polių gabalus baterijos viduje, bet ir turi turėti gerą jonų pralaidumą. Kadangi neorganinė danga ant separatoriaus padidins separatoriaus storį, kuris gali turėti įtakos jonų laidumui. Tačiau eksperimentas įrodo (7 pav.) jo įtaka yra silpnesnė, tačiau diafragma su keramine danga turi geresnį ciklo našumą.

7 paveikslas. Dviejų tipų diafragmos baterijų ciklo efektyvumo palyginimas

PP/PE separatoriai yra nepoliniai, su hidrofobiniu paviršiumi ir maža paviršiaus energija. Sunku šlapias ir išlaikyti poliarinius organinius elektrolitus, tokius kaip etileno karbonatas ir propileno karbonatas, kurie tiesiogiai veikia baterijos ciklo efektyvumą ir naudojimą. Gyvenimas, o neorganinės keramikos paviršius yra hidrofilinis dėl hidroksilo grupių buvimo, jo įvedimas gali labai pagerinti diafragmos ar elektrodo drėkinimo ir sulaikymo gebėjimą elektrolitui ir labai pagerinti baterijos ciklo efektyvumą. Tuo pačiu metu nano-aliuminio oksido dalelės turi didelį specifinį paviršiaus plotą, kuris gali pagerinti elektrolito wettability ir skysčio sulaikymą polių gabalams, taip pat prisideda prie akumuliatoriaus ciklo trukmės.

apibendrinant:

Apibendrinant, keraminės dangos turi didelį poveikį ličio jonų baterijų veikimui, ypač ličio baterijų saugos rezultatams. Elektrodo ir diafragmos paviršiaus keramizavimas gali ne tik žymiai sumažinti vidinį baterijos trumpojo jungimo greitį ir pagerinti saugą, bet ir pagerinti elektrolitų ir diafragmos elektrolitų wettability, sumažinti poliarizacijos, ir pagerinti bendrą našumą baterija. Todėl keraminių dangų naudojimas yra neišvengiama ličio jonų baterijų vystymosi ateityje tendencija.