Keramikas pārklājuma uzklāšana litija akumulatorā

Litija jonu akumulatoriem ir izcilas priekšrocības, piemēram, augstspriegums, liela ietilpība, mazs izmērs, viegls svars, vides aizsardzība un ilgs kalpošanas laiks. Tie ir plaši izmantoti dažādos portatīvajos elektroniskajos izstrādājumos un elektriskajos transportlīdzekļos. Tomēr joprojām pastāv noteiktas problēmas litija jonu akumulatoru drošībā, īpaši to drošības problēmas tādos apstākļos kā augsta temperatūra, pārmērīga uzlāde un īssavienojums, kas ir kļuvušas par tehniskām problēmām, kuras jāpārvar, ja strāvas tipa litija jonu akumulatori tiek piemēroti plašā mērogā.

Pašlaik daudzi litija bateriju ražotāji negatīvās polu gabalu vai keramikas separatoru un citu ar&saistītu materiālu pārklāšanai izmanto keramikas pulveri; keramikas pulveris" lai uzlabotu litija bateriju drošību. Faktiski keramikas pulveris nav" keramikas", bet nano izmēra alumīnija oksīda daļiņas. Nano alumīnija oksīds ir viens no īpašajiem funkcionālajiem nano materiāliem ar nozīmīgu pielietojuma vērtību un attīstības perspektīvām. Tam ir virkne izcilu īpašību, piemēram, augsta termiskā stabilitāte, ķīmiskā stabilitāte, izturība pret koroziju un augsta cietība. To plaši izmanto keramikas materiālos un bioloģiskajos materiālos. Medicīniskie materiāli, pusvadītāju materiāli, katalizatoru nesēji, virsmas aizsargslāņu materiāli un optiskie materiāli. Tieši tik labas siltuma stabilitātes dēļ nanoalumīnija oksīds tiek uzskatīts par labu siltumizolācijas materiālu, un sagaidāms, ka tas sniegs ievērojamu ieguldījumu litija jonu akumulatoru drošības rādītāju uzlabošanā.

Pašlaik nanoalumīnija oksīdu galvenokārt izmanto elektrodu vai diafragmu pārklāšanai, lai uzlabotu diafragmas drošību un samazinātu iekšējā īssavienojuma ātrumu.

1. Anoda keramikas pārklājums

Pašlaik keramikas pulveri parasti sajauc ar CMC un izšķīdina dejonizētā ūdenī, lai izveidotu vircu. Pēc tam virca tiek pārklāta uz stieņa gabala, un stieņa daļas stāvoklis zem SEM pēc žāvēšanas ir parādīts 1. attēlā. 1. attēlā (a) un (b) attēlos ir acīmredzams, ka keramikas pārklājums ir vienmērīgi sadalīts pa negatīvā elektroda virsmu daļiņu veidā. Keramikas pārklājuma ietekme uz litija bateriju darbību ir šāda:

1. attēls. Divu veidu neapgrozītu negatīvo polu gabalu SEM

1. Keramikas pārklājumam nav acīmredzamas ietekmes uz litija akumulatora jaudu;

2. Keramikas pulvera pievienošana palielinās litija akumulatora iekšējo pretestību. Tas ir tāpēc, ka galvenā keramikas pārklājuma sastāvdaļa ir Al2O3, kas nav vadītspējīgs. Keramikas pārklājums uz negatīvā elektroda materiāla virsmas kavēs elektronu ceļu uz negatīvo elektrodu, tāpēc palielināsies akumulatora ķermeņa pretestība;

3. Keramikas pārklājuma akumulatora cikla veiktspēja ir labāka nekā akumulatoram bez keramikas pārklājuma. Turklāt, pārklājot keramikas pulveri uz negatīvā elektroda virsmas, palielinot negatīvā elektroda virsmas pasivācijas efektu un uzlabojot elektronisko izolāciju, var efektīvi nomākt akumulatora elektriskās veiktspējas pasliktināšanos augstas temperatūras uzglabāšanas apstākļos. Akumulatora stabu detaļu SEM analīze pēc riteņbraukšanas parādīta parādītajā 2. attēlā.

2. attēls. Negatīvā pola gabala SEM pēc diviem cikliem

No attēla redzams, ka keramikas pārklājuma negatīvā elektroda virsma ir pārklāta ar smalku daļiņu slāni, kas tiek uzskatīts par savienojumu, ko veido litija nogulsnēšanās lādēšanas un izlādes procesā, savukārt keramikas pārklāts negatīvais elektrods ir samērā gluds un keramisks Vienmērīgi sadalīts pa stabu daļas virsmu. Var spekulēt, ka akumulatora darbības ciklā ir saistītas ar keramikas pārklājumu. Akumulatora darbības laikā negatīvā SEI plēve pieaugs un kļūs biezāka. Pārāk bieza SEI plēve ne tikai patērēs vairāk litija jonu, bet arī uzlādēšanas laikā izraisīs litiju. Jonus nevar labi iestrādāt negatīvajā elektrodā, bet tie nogulsnējas uz negatīvā elektroda virsmas vai pat uz separatora virsmas, kā rezultātā cikla laikā tiek zaudēta jauda. Keramiskā separatora slāņa pārklāšana uz negatīvā elektroda virsmas var efektīvi bloķēt negatīvā elektroda SEI plēves augšanu, tādējādi samazinot litija jonu zudumu cikla laikā. Turklāt akumulatora darbības laikā elektrolīts turpinās sadalīties, un keramikas pārklājumam ir noteikta šķidruma absorbcijas spēja, kas var uzlabot elektrolīta jaudas aiztures ātrumu ilgtermiņa uzlādes un izlādes ciklu laikā. Tāpēc keramikas pārklājums var uzlabot trīskāršā litija jonu akumulatora darbības ciklu.

4. Keramikas pārklājumu bateriju drošība ir augstāka nekā keramikas pārklājumu bateriju drošība. Divos dažādos akumulatoros tika veikti akupunktūras eksperimenti vienādos eksperimenta apstākļos, un rezultāti parādīti 3. attēlā.

3. attēls. Akupunktūras rezultāti divām baterijām

No 3. attēla redzams, ka keramikas pārklājuma akumulatora akupunktūras maksimālā temperatūra ir 123,1 ℃. Pēc testa akumulators ir nedaudz pietūcis bez dūmiem vai eksplozijas; akumulatora, kas nav pārklāts ar keramiku, maksimālā temperatūra ir 410 ℃. Testa laikā akumulators eksplodēja un smēķēja, augšējais vāks bija salauzts un pārbaude neizdevās. Iepriekš minētās parādības cēlonis var būt saistīts ar keramisko pārklājumu uz negatīvā elektroda virsmas. Tā kā adatas caurumošana simulē īssavienojumu akumulatorā, īsā laikā radīsies liels siltuma daudzums, un keramikas pārklājums uz negatīvās elektroda virsmas var aizkavēt siltuma zudumus adatas štancēšanas procesā. Strauji palieliniet, tādējādi aizkavējot elektrolīta termisko sadalīšanos un izvairoties no akumulatora eksplozijas, jo īsā laikā rodas liels gāzes daudzums. Tāpēc keramikas pārklājums ievērojami uzlabo litija jonu akumulatoru drošību.

2. Keramikas diafragma

Pašlaik pētnieki galvenokārt uzlabo akumulatora darbību pozitīvo un negatīvo materiālu, separatoru, elektrolītu un akumulatora konstrukcijas ziņā. Starp tiem keramikas separatori ir efektīvs veids, kā uzlabot akumulatora darbību. Keramikas separatori var ne tikai uzlabot akumulatora drošību, bet arī uzlabot akumulatora darbības ciklu un samazināt pašizlādes ātrumu. Keramikas diafragmām ir dažādas ražošanas metodes, piemēram, ķīmiskā tvaiku nogulsnēšanās un virsmas pārklājums. Keramikas diafragma var uzlabot litija jonu akumulatoru ciklu un drošības rādītājus, taču tā sagatavošanas procesu ir grūti kontrolēt, un arī membrānas keramika cikla laikā ir pakļauta nokrišanai.

1. Morfoloģiskās atšķirības

Parasti tirgū izmantotās diafragmas ir izgatavotas no PP, PE vai divu veidu kompozītmateriālu apstrādes. Lai gan šiem mikroporainajiem poliolefīna separatoriem ir lieliska mehāniskā izturība un ķīmiskā stabilitāte, šiem separatoriem sagatavošanas procesā ir iekšējs spriegums, un spriegums tiek atbrīvots augstas temperatūras vidē, un separatoram būs acīmredzams termiskās saraušanās efekts, kas padara pozitīvu un negatīvu elektrodi akumulatora iekšpusē Tiešs materiāla kontakts izraisa iekšēju īssavienojumu un rodas drošības kļūme. Nano alumīnija oksīda daļiņu pārklāšana uz separatora virsmas var efektīvi uzlabot litija bateriju drošību. Pēc keramikas pulvera izšķīdināšanas un sajaukšanas ar PVDF un NMP un vienmērīgu disperģēšanu tiek ieslēgta pārklājuma mašīna, lai pārklātu keramikas pulveri uz PE diafragmas. Keramikas pārklājuma biezumu var kontrolēt, un pēc tam keramikas diafragmu izgatavo, 24 stundas žāvējot 80 ° C temperatūrā. Keramiskās diafragmas mikro morfoloģija parādīta 4. attēlā.

4. attēls. PE un keramikas diafragmas mikro morfoloģija

No attēla redzams, ka pārklātās nano-A2O3 daļiņas pilnībā nosedz PE membrānas virsmu, un starp daļiņām ir nevienmērīgs lielu tukšumu sadalījums. Šo lielo tukšumu esamība var atvieglot Li ievietošanu un ekstrakciju. Tam ir labas šķidruma absorbcijas un elektrolīta šķidruma aiztures īpašības, lai tas neietekmētu litija akumulatora uzlādes un izlādes darbību pēc pārklājums ir pārklāts.

2. Siltuma saraušanās pakāpe

Keramikas pārklājums ir noderīgs, lai uzlabotu diafragmas izturību pret augstu temperatūru. Ievietojiet keramikas diafragmu un parasto diafragmu 2 stundas kastē ar dažādu temperatūru. Starp abiem diafragmu veidiem ir liela atšķirība saraušanās gadījumā. Eksperimentu rezultāti parādīti 5. attēlā.

5. attēls. Divas diafragmas saraušanās pakāpes dažādās temperatūrās

Diafragma samazinās augstā temperatūrā, jo sagatavošanas procesā vilkšanas un stiepšanās dēļ diafragmai ir iekšējs spriegums. Augstas temperatūras vidē diafragmas iekšējās molekulārās ķēdes kustība izraisa stresa atbrīvošanos un samazinās lielā platībā; bet keramikas pārklājuma diafragma saraujas pie 140. Pašas diafragmas morfoloģija nav mainījusies, izņemot diafragmas krāsas maiņu cepšanas apstākļos ℃. Kad neorganiskajiem pārklājumiem, kas pārklāti no abām diafragmas virsmas pusēm, ir augsta temperatūras pretestība un siltumizolācijas veiktspēja, pašas bāzes diafragmas temperatūra tiek samazināta tā, ka diafragma atrodas augstā temperatūrā. Sākotnējā forma paliek vidē.

3. Keramikas diafragma ir noderīga, lai uzlabotu akumulatora drošību

6. attēls. Attiecība starp akumulatoru, kas samontēts ar divu veidu diafragmām, iekšējo pretestību un temperatūru

PE separators samazinās lielā platībā, kad temperatūra ir augstāka par kušanas temperatūru, tāpēc akumulatora iekšējie pozitīvie un negatīvie polu gabali tieši saskaras un izraisa iekšēju īssavienojumu. Tāpēc izmērītā akumulatora iekšējā pretestība strauji samazinās; tomēr pārklātajam separatoram pat pie 150. Cepot pie ℃, separatora morfoloģija nemainīsies, tāpēc akumulatora iekšpusē nebūs īssavienojuma, kas joprojām palielina akumulatora iekšējo pretestību. PE separators zaudēs mehānisko stabilitāti augstas temperatūras apstākļos, kas novedīs pie tieša kontakta starp pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem akumulatora iekšpusē un izraisīs īssavienojumu. Keramikas pārklājuma separatoram ir augsta temperatūras izturība, lai efektīvi novērstu īssavienojumu akumulatora iekšpusē un uzlabotu akumulatora drošības rādītājus.

4. Keramiskās diafragmas ietekme uz akumulatora darbības laiku

Litija jonu akumulatora separators ne tikai izolē pozitīvos un negatīvos polu elementus akumulatora iekšpusē, bet arī tam jābūt ar labu jonu caurlaidību. Tā kā atdalītāja neorganiskais pārklājums palielinās separatora biezumu, kas var ietekmēt jonu vadītspēju. Bet eksperiments pierāda (7. attēls), ka tā ietekme ir vājāka, bet diafragmai ar keramisko pārklājumu ir labāki cikla rādītāji.

7. attēls. Divu veidu diafragmas bateriju cikla veiktspējas salīdzinājums

PP / PE separatori ir nepolāri, ar hidrofobisku virsmu un zemu virsmas enerģiju. Ir grūti samitrināt un uzturēt polārus organiskos elektrolītus, piemēram, etilēnkarbonātu un propilēnkarbonātu, kas tieši ietekmē cikla darbību un akumulatora lietošanu. Dzīve, kamēr neorganiskās keramikas virsma hidroksilgrupu klātbūtnes dēļ ir hidrofila, tās ievadīšana var ievērojami uzlabot diafragmas vai elektroda mitrināšanas un noturēšanas spējas elektrolītā un ievērojami uzlabot akumulatora darbības ciklu. Tajā pašā laikā nanoalumīnija oksīda daļiņām ir liela īpatnējā virsma, kas var uzlabot elektrolīta mitrumu un šķidruma aizturi polu daļās, kā arī veicina akumulatora darbības laiku.

vārdu sakot:

Kopumā keramikas pārklājumiem ir svarīga ietekme uz litija jonu akumulatoru darbību, īpaši litija bateriju drošības rādītājus. Elektroda un diafragmas virsmas keramizēšana var ne tikai ievērojami samazināt akumulatora iekšējā īssavienojuma ātrumu un uzlabot drošību, bet arī uzlabot elektroda un diafragmas elektrolīta mitrumu, samazināt polarizāciju un uzlabot akumulatora kopējo veiktspēju. Tāpēc keramisko pārklājumu uzklāšana ir neizbēgama tendence litija jonu bateriju attīstībā nākotnē.