锂离子电池的全面描述的工具

便携式电子设备的需求增加,包括手机、笔记本电脑和新的“衣物”,要求电池技术的发展提供了一个低成本、轻量级、持久和稳定的电源。化石燃料的日益减少和有限公司₂法规越来越严格,电池技术越来越多地用于应用程序(如可再生能源存储和电动汽车,这需要更多的轻量级、安全、高功率、充电快电池。

锂离子电池的示意图。放电时,锂离子(李+)从阳极向阴极移动,通过电解液,流在相反的方向发生当电池充电。阳极通常graphite-based,使用磷酸铁锂阴极往往制造,钴酸锂,锂锰氧化物、锂镍钴锰氧化物等。

电池性能的基础力量,影响电流和放电特征,和能源存储容量。电池是由电极和电解质之间的反应速率,而存储容量是细胞内的电解液的体积的函数。这些属性的夹层结构具有内在的联系和初级粒子电极粒子的大小,了解移动离子的吸收和释放的电极¹。粒度分布和颗粒形状也影响粒子包装,因此电解液的体积,可以适应在间隙电极的孔隙,从而影响存储容量。

电极材料的颗粒大小通常使用激光衍射技术、执行等Mastersizer 3000;虽然Zetasizer职业和Zetasizer超也可以用于分析小得多的粒子用于电极材料或分隔符。自动成像(Morphologi 4)通常用于粒子形状分析但也可以加上拉曼光谱给particle-specific结构信息。是学习的主要工具电极材料的结构,然而,x射线衍射(XRD)Aeris或苍天衍射仪广泛应用于这个领域。苍天还允许小角x射线散射(粉煤灰),评估的一个重要工具的主要粒度或微晶大小纳米电极往往存在于聚合形成。

阴极和阳极的生产包括混合活性电极材料与某种形式的导电添加剂如碳(如碳黑和/或石墨)和聚合物粘结剂溶解在溶剂形成泥浆。泥浆/暂停应用于金属箔在连续镀膜工艺和溶剂驱动产生干涂层受到日历,一个压缩过程,涉及喂涂层箔通过一系列辊。然后电极穿孔或削减规模前绕组叠加分离器之间的电影在插入之前,与电解液润湿,密封。细胞被激活在几周通过一系列的充电/放电循环。

这些过程施加重大影响电极结构和流变相关,或流特性,电池的泥浆。这些属性可以在多大程度上影响原材料分散在浆生产过程中,影响大小的粒子沉积在金属箔或施加在日历压缩力的影响,从而影响成品涂层的孔隙度。这些都不是离散的影响,而在一个步骤可以更改影响连续过程,以及完成电极的性质²。

制造锂离子电池电极是一个多步骤的过程每一步有潜在影响的电化学性能完成设备²

泥浆流变学影响的大小、形状、浓度和分散的组件,因此重要的是要优化电极粒子属性不仅对个人的电极的电化学性能,但生产过程作为一个整体³。最终的性能和安全,最后的电池是至关重要的。最常见的工具测量电池泥浆的流变学是一个旋转流变仪,等Kinexus,尽管毛细管流变仪等Rosand RH7或RH10可以更好地代表电极涂层工艺吗⁴。

那么,什么发生在初始形成的电极结构,以及重复制作电池的充电/放电循环?重复转让带电离子的电极点阵将细胞结构和能引起不必要的紧张阶段变化,更如果需要快速充电或放电。恶化性能通常是由于电极内积聚的缺陷,阻碍了离子迁移率。这些过程的机制可以与in-operando XRD研究了电极结构,使用硬x射线(Mo或Ag Kα)能够穿透一个电池,理想情况下(但不限于)囊细胞⁵。

然后可能与电极的晶体结构的变化与李纳入他们的数量。in-operando传输XRD(约的空间分辨率。1毫米)也使得探测局部磨损的理想工具,因为细胞接近连接器倾向于降低速度比那些更远。它还可以识别领域内的细胞不正常运作与电解质由于老化或不完全润湿。苍天配备了GaliPIX^{3 d}探测器是适合这个应用程序,因为它提供了最高分辨率数据在最短的时间内。

引用

1)朱利安,:Mauger,。Vijh,。、Zaghib k;锂电池:科学和技术;施普林格:德国海德堡2015
2)Bockholt h . et al .连续的交互流程步骤生产锂离子电池电极结构和电化学性能的;电源学报325 (2016)140 - 151
3)白皮书:探索颗粒在悬浮液流变学特性的影响
4)白皮书:建立一个分析工具箱优化锂离子电池电极的制造
5)应用注:优质in-operando x射线衍射分析袋袋的锂离子电池