השפעת עובי ציפוי הפחמן של רדיד אלומיניום על הביצועים של סוללות ליתיום-יון

רדיד אלומיניום הוא קולט הזרם הקתודי העיקרי בסוללות ליתיום- מסחריות. עם זאת, קולטני זרם רדיד אלומיניום קונבנציונליים מציגים מספר אתגרים, כולל התנגדות למגע בממשק בין נייר הכסף הקשיח ליחידות החומר הפעיל הקתודה, מה שמוביל להתנגדות ממשקית משמעותית. הידבקות חלשה עם החומר הפעיל, יחד עם שינויי נפח מתמשכים של האלקטרודה במהלך מחזורי טעינה/פריקה, עלולה לגרום לניתוק חומר פעיל ("אבק"), דהיית קיבולת מואצת ופגיעה באורך החיים. יתר על כן, מוצרים מהפירוק החמצוני של האלקטרוליט יכולים להשתתף בתגובות אלקטרוכימיות על רדיד האלומיניום, ולהאיץ את הקורוזיה שלו. כדי לטפל בבעיות אלו, נחקרו שיטות שונות של רדיד אלומיניום, כולל תחריט כימי, תחריט אלקטרוכימי, אנודיזציה DC, טיפול בקורונה וציפויים מוליכים (כגון ציפוי גרפן, ציפוי ננו-צינורות פחמן וציפויים מרוכבים) המיושמים על פני המצע. חלקם כבר נמצאים בשימוש במוצרים מסחריים. בשנים האחרונות, ציפויים מוליכים, במיוחד רדיד אלומיניום מצופה-פחמן, זכו לאימוץ נרחב. הסיבות העיקריות הן יכולתם להפחית את התנגדות המגע הממשק של קולט הזרם הקתודי, להפחית את הקיטוב, וכתוצאה מכך לשפר את יכולת קצב הפריקה של הסוללה במידה מסוימת.

מחקר נוכחי על רדידים מצופים-פחמן מתמקד בעיקר בתאימות של נייר כסף עם ניסוחי קתודה וביצועי קצב. שיטות כמו קורוזיה כימית, תחריט אלקטרוכימי וטיפול בקורונה יכולות לשפר את הרטיבות וחספוס פני השטח של רדיד אלומיניום, להפחית את ההתנגדות להעברת מטען ולשפר את הקצב ואת ביצועי הרכיבה. ציפויים כגון גרפן, ננו-צינורות פחמן וציפויים נגד קורוזיה- כולם הוכחו כמשפרים את ביצועי התא. לדוגמה, מחקר אחד ציין שציפוי גרפן הביא לעלייה של 5 mΩ בלבד בהתנגדות הפנימית לאחר 50 מחזורים, מה שהוכיח הידבקות טובה. בעוד מחקר משמעותי נערך על מערכות תרחיץ, הטמעת תהליכים וטכנולוגיות טיפול פני השטח, ההשפעה של עובי ציפוי פחמן על ביצועי התא הכוללים, במיוחד על הקצב וביצועי המחזור של קתודות ליתיום ברזל פוספט (LFP), דווחה רק לעתים רחוקות. מחקר זה משתמש בעיקר ברדיד אלומיניום בעובי 16 מיקרומטר כמצע כדי לחקור את השינויים המורפולוגיים של נייר הכסף עם עובי ציפוי פחמן משתנה והשפעתם לאחר מכן על ביצועי התא.

כפי שמוצג בין הטבלה, צפיפות השטח של נייר הכסף עולה בהדרגה עם עובי הציפוי המוליך. ההתנגדות החשמלית של נייר הכסף אינה משתנה באופן ליניארי עם העובי. כל קולטי הזרם עם ציפוי פחמן מציגים מוליכות גרועה יותר מאלומיניום טהור, עם ערכי התנגדות גבוהים פי 2 עד 6. מדגם Al-2 מציג את ההתנגדות הפנימית הנמוכה ביותר, ואילו אל-5 הוא בעל ההתנגדות הגבוהה ביותר. זה מיוחס לתכולה המוגברת של חומר מקשר/קולואידי (פחות מוליך) בתוך הציפוי ככל שמשקל הציפוי עולה. ככל שעובי ציפוי הפחמן גדל, גדל גם שטח המגע בין החומר הפעיל של ליתיום ברזל (LFP) לשכבת הציפוי המוליך, מה שמוביל לחוזק קילוף מוגבר. עם זאת, עם שטח מוטבע יותר, המגע בין החומר הפעיל לחומר המקשר/קולואידי בתוך השכבה המוליכה גדל גם הוא, וכתוצאה מכך מעלה את ההתנגדות.

פני השטח של המצע המצופה בפחמן- נראים רופפים ונקבוביים. בהשוואה לרדיד אלומיניום חשוף, המשטח הופך מחוספס יותר, ומספק יותר נקודות מגע עם חלקיקים. גלי הטופוגרפיה של פני השטח הופכת בולטת יותר עם הגדלת עובי הציפוי המוליך. עם זאת, אפילו עבור רדיד Al-1, שכבת הפחמן מצופה באופן אחיד על רדיד האלומיניום החשוף. ציפוי מוליך זה מורכב מחלקיקים בגודל של כ-3.4 מיקרומטר וחלקיקים קטנים יותר בטווח של 150-200 ננומטר, עם צבירה מסוימת של חלקיקים מתרחית הציפוי המוליך. תאי מטבעות המיוצרים ברדיד אלומיניום מצופה בפחמן בעוביים שונים, כולם מציגים שיאי חמצון והפחתה סימטריים, המצביעים על הפיכות טובה יותר של תגובת חיזור בהשוואה לרדיד אלומיניום חשוף. ההבדל הפוטנציאלי בין פסגות החמצון וההפחתה קטן מזה של רדיד אלומיניום חשוף, מה שמצביע על כך שנוכחות ציפוי הפחמן מפחיתה את קיטוב האלקטרודות.

מנקודת המבט של מאפיינים פיזיקוכימיים

• חוזק הקילוף של יריעת האלקטרודה עולה עם עובי ציפוי הפחמן.
• ההתנגדות של יריעת האלקטרודה עולה עם עובי הציפוי.
• ערך ההתנגדות המינימלי נצפה בעובי כולל של 2.0 מיקרומטר.
• בעוביים של 4.0 מיקרומטר ו-5.0 מיקרומטר, התנגדות העברת המטען עולה, יכולת הדיפוזיה של Li+ נחלשת, והקיטוב עולה.
• תוצאות אלו מצביעות על כך שיש לשלוט בעובי ציפוי הפחמן בטווח מתאים.

מנקודת המבט המלאה של-הביצועים האלקטרוכימיים של התא

• רדיד אלומיניום מצופה-פחמן הוכיח יתרונות ברכיבה על אופניים בטמפרטורת החדר 0.5C ו-2.0C, כמו גם בביצועי פריקה בטמפרטורה-נמוכה ב-20 מעלות.
• ביצועי הרכיבה האופטימליים בתנאים אלה נצפו בעובי ציפוי כולל של 2.0 מיקרומטר.
• הניסויים גם גילו שבקצב זרם של 1.0C, רדיד האלומיניום החשוף הציג ביצועי רכיבה יוצאי דופן, ושמר על שמירת קיבולת של למעלה מ-90% לאחר 1,500 מחזורים. ממצא זה מספק כיוון לחקירה נוספת על המנגנון של רדיד אלומיניום מצופה-פחמן.
• הביצועים משתנים עם עובי ציפוי פחמן שונים. שימוש בעובי ציפוי גבוה מדי (לדוגמה, 4.0 מיקרומטר ו-5.0 מיקרומטר) אינו משפר ביעילות את ביצועי הסוללה, אלא מבזבז חומר תפוחים ומגדיל את העלות.
• בעוד שרדיד אלומיניום חשוף יכול להשיג את חיי המחזור האופטימליים ב-1.0C, עקומת הרכיבה שלו מציגה תנודות משמעותיות, מה שמזיק ל-שלב מאוחר יותר של הערכת מצב הבריאות של הסוללה (SOH).

בהתחשב בכל האינדיקטורים באופן מקיף, עובי ציפוי פחמן כולל של1.0 μmמייצג את בחירת העלות-האופטימלית עבור רדיד אלומיניום מצופה-פחמן.

הפניות
תשתית הידע הלאומית של סין (CNKI)

פנה לצוות הטכני שלנו

אתה יכול לבקר בקישור המוצר שלנוhttp://www/פחמן-מצופה-רדיד/פחמן-מצופה-אלומיניום-רדיד/פחמן-מצופה-אלומיניום-רדיד כסף-for.htmlלפרטים נוספים