Cymhwyso cotio cerameg mewn batri lithiwm

Mae gan fatris lithiwm-ion fanteision rhagorol fel foltedd uchel, gallu uchel, maint bach, pwysau ysgafn, diogelu'r amgylchedd a bywyd hir. Fe'u defnyddiwyd yn helaeth mewn amryw o gynhyrchion electronig cludadwy a cherbydau trydan. Fodd bynnag, mae yna rai problemau o hyd o ran diogelwch batris lithiwm-ion, yn enwedig eu problemau diogelwch o dan amodau fel tymheredd uchel, gordaliad, a chylched fer, sydd wedi dod yn broblemau technegol y mae'n rhaid eu goresgyn wrth fatris lithiwm-ion pŵer-math. yn cael eu defnyddio ar raddfa fawr.

Ar hyn o bryd, mae llawer o weithgynhyrchwyr batri lithiwm yn defnyddio powdr cerameg i orchuddio darnau polyn negyddol neu wahanyddion cerameg a deunyddiau eraill sy'n gysylltiedig â" powdr cerameg" i wella diogelwch batris lithiwm. Mewn gwirionedd, nid quot&yw powdr cerameg; quot&ceramig;, ond gronynnau alwmina maint nano. Mae nano alwmina yn un o'r deunyddiau nano swyddogaethol arbennig sydd â gwerth cymhwysiad a rhagolygon datblygu pwysig. Mae ganddo gyfres o nodweddion rhagorol fel sefydlogrwydd thermol uchel, sefydlogrwydd cemegol, ymwrthedd cyrydiad a chaledwch uchel. Fe'i defnyddir yn helaeth mewn deunyddiau cerameg a deunyddiau biolegol. Deunyddiau meddygol, deunyddiau lled-ddargludyddion, cludwyr catalydd, deunyddiau haen amddiffyn wyneb a deunyddiau optegol. Yn union oherwydd sefydlogrwydd thermol mor dda yr ystyrir bod nano-alwmina yn ddeunydd inswleiddio thermol da a disgwylir iddo wneud cyfraniad sylweddol at wella perfformiad diogelwch batris lithiwm-ion.

Ar hyn o bryd, defnyddir nano-alwmina yn bennaf i orchuddio electrodau neu ddiafframau i wella diogelwch y diaffram a lleihau'r gyfradd cylched fer fewnol.

1. Gorchudd cerameg anod

Ar hyn o bryd, mae powdr cerameg yn gyffredinol yn cael ei gymysgu â CMC a'i doddi mewn dŵr wedi'i ddadwenwyno i ffurfio slyri. Yna mae'r slyri wedi'i orchuddio ar y darn polyn, a dangosir cyflwr y darn polyn o dan SEM ar ôl ei sychu yn Ffigur 1. Yn y lluniau (a) a (b) yn Ffigur 1, mae'n amlwg bod y gorchudd cerameg yn unffurf wedi'i ddosbarthu ar wyneb yr electrod negyddol ar ffurf gronynnau. Mae effaith cotio cerameg ar berfformiad batris lithiwm fel a ganlyn:

Ffigur 1. SEM o ddau fath o ddarnau polyn negyddol dienwaededig

1. Nid oes gan y cotio cerameg unrhyw ddylanwad amlwg ar gynhwysedd y batri lithiwm;

2. Bydd ychwanegu powdr cerameg yn cynyddu ymwrthedd mewnol y batri lithiwm. Mae hyn oherwydd mai prif gydran y cotio cerameg yw Al2O3, nad yw'n ddargludol. Bydd gorchuddio cerameg ar wyneb y deunydd electrod negyddol yn rhwystro llwybr electronau i'r electrod negyddol, felly bydd gwrthiant corff y batri yn cynyddu;

3. Mae perfformiad beicio'r batri cotio ceramig yn well na pherfformiad y batri heb orchudd cerameg. Yn ogystal, trwy orchuddio powdr cerameg ar wyneb yr electrod negyddol, trwy gynyddu effaith pasio wyneb yr electrod negyddol a gwella'r inswleiddiad electronig, gellir atal dirywiad perfformiad trydanol y batri o dan amodau storio tymheredd uchel yn effeithiol. Dangosir dadansoddiad SEM o'r darnau polyn batri ar ôl beicio yn y ffigur 2 a ddangosir.

Ffigur 2. SEM o ddarn polyn negyddol ar ôl dau gylch

Gellir gweld o'r ffigur bod wyneb yr electrod negyddol wedi'i orchuddio â serameg wedi'i orchuddio â haen o ronynnau mân, y rhagdybir ei fod yn gyfansoddyn a ffurfiwyd trwy ddyddodiad lithiwm yn ystod y broses gwefru a gollwng, tra bod wyneb y mae electrod negyddol wedi'i orchuddio â serameg yn gymharol esmwyth a serameg Wedi'i ddosbarthu'n gyfartal ar wyneb y darn polyn. Gellir dyfalu bod perfformiad beicio'r batri yn gysylltiedig â'r cotio cerameg. Yn ystod cylch y batri, bydd y ffilm SEI negyddol yn tyfu ac yn dod yn fwy trwchus. Bydd ffilm SEI rhy drwchus nid yn unig yn bwyta mwy o ïonau lithiwm, ond hefyd yn achosi lithiwm wrth wefru. Ni all eiconau gael eu hymgorffori'n dda yn yr electrod negyddol, ond gwaddodi ar wyneb yr electrod negyddol neu hyd yn oed ar wyneb y gwahanydd, gan arwain at golli capasiti yn ystod y cylch. Efallai y bydd gorchuddio haen o wahanydd cerameg ar wyneb yr electrod negyddol yn gallu rhwystro twf y ffilm SEI electrod negyddol yn effeithiol, a thrwy hynny leihau colli ïonau lithiwm yn ystod y cylch. Yn ogystal, bydd yr electrolyt yn parhau i bydru yn ystod y cylch batri, ac mae gan y cotio cerameg gapasiti amsugno hylif penodol, a all wella cyfradd cadw cynhwysedd yr electrolyt yn ystod cylchoedd gwefru a rhyddhau tymor hir. Felly, gall y cotio cerameg wella perfformiad beicio batri lithiwm-ion teiran.

4. Mae diogelwch batris wedi'u gorchuddio â serameg yn uwch na diogelwch batris wedi'u gorchuddio â serameg. Roedd dau fatris gwahanol yn destun arbrofion aciwbigo o dan yr un amodau arbrofol, a dangosir y canlyniadau yn Ffigur 3.

Ffigur 3. Canlyniadau aciwbigo dau fatris

Gellir gweld o Ffigur 3 mai tymheredd brig aciwbigo y batri â gorchudd cerameg yw 123.1 ℃. Ar ôl y prawf, mae'r batri wedi chwyddo ychydig heb fwg na ffrwydrad; tymheredd brig y batri heb orchudd cerameg yw 410 ℃. Yn ystod y prawf, ffrwydrodd ac ysmygu y batri, torrwyd y clawr uchaf, a methodd y prawf. Efallai bod y rheswm dros y ffenomen uchod yn gysylltiedig â'r cotio cerameg ar wyneb yr electrod negyddol. Gan fod dyrnu nodwyddau yn efelychu cylched fer yn y batri, cynhyrchir llawer iawn o wres mewn amser byr, a gall y cotio cerameg ar wyneb yr electrod negyddol ohirio'r colli gwres yn ystod y broses dyrnu nodwydd. Cynyddwch yn sydyn, a thrwy hynny ohirio dadelfennu thermol yr electrolyt, ac osgoi ffrwydrad y batri oherwydd llawer iawn o nwy a gynhyrchir mewn amser byr. Felly, mae'r cotio cerameg yn gwella perfformiad diogelwch batris lithiwm-ion yn sylweddol.

2. Diaffram cerameg

Ar hyn o bryd, mae ymchwilwyr yn gwella perfformiad batri yn bennaf o ran deunyddiau cadarnhaol a negyddol, gwahanyddion, electrolytau, a dyluniad batri. Yn eu plith, mae gwahanyddion cerameg yn ffordd effeithiol o wella perfformiad batri. Gall gwahanyddion cerameg nid yn unig wella perfformiad diogelwch batri, ond hefyd Gwella perfformiad beiciau batri a lleihau cyfradd hunan-ollwng. Mae yna amrywiol ddulliau gweithgynhyrchu ar gyfer diafframau cerameg, megis dyddodiad anwedd cemegol a gorchudd wyneb. Gall diaffram cerameg wella perfformiad beicio a diogelwch batris ïon lithiwm, ond mae'n anodd rheoli ei broses baratoi, ac mae'r cerameg ar y diaffram hefyd yn dueddol o ddisgyn yn ystod y cylch.

1. Gwahaniaethau morffolegol

Gwneir diafframau a ddefnyddir yn gyffredin ar y farchnad o PP, PE, neu ddau fath o brosesu cyfansawdd. Er bod gan y gwahanyddion polyolefin microporous hyn gryfder mecanyddol a sefydlogrwydd cemegol rhagorol, mae gan y gwahanyddion hyn straen mewnol yn ystod y broses baratoi, a chaiff y straen ei ryddhau mewn amgylchedd tymheredd uchel, a bydd y gwahanydd yn cael effaith crebachu thermol amlwg, sy'n gwneud y positif a'r negyddol. electrodau y tu mewn i'r batri Mae cyswllt uniongyrchol y deunydd yn achosi cylched fer fewnol ac mae methiant diogelwch yn digwydd. Gall gorchuddio gronynnau alwmina nano ar wyneb y gwahanydd wella diogelwch batris lithiwm yn effeithiol. Ar ôl toddi a chymysgu'r powdr cerameg gyda PVDF a NMP a'i wasgaru'n unffurf, mae'r peiriant cotio yn cael ei droi ymlaen i orchuddio'r powdr cerameg ar y diaffram AG. Gellir rheoli trwch y gorchudd cerameg, ac yna mae'r diaffram ceramig yn cael ei wneud trwy sychu ar 80 ° C am 24 awr. Dangosir micro-forffoleg y diaffram ceramig yn Ffigur 4.

Ffigur 4. Micro morffoleg AG a diaffram ceramig

Gellir gweld o'r ffigur bod y gronynnau nano-A2O3 wedi'u gorchuddio yn gorchuddio wyneb y bilen AG yn llwyr, ac mae dosbarthiad anwastad o wagleoedd mawr rhwng y gronynnau. Gall bodolaeth y gwagleoedd mawr hyn hwyluso mewnosod ac echdynnu Li + ac mae ganddo berfformiad amsugno hylif da a chadw hylif ar gyfer yr electrolyt, fel nad yw'n effeithio ar berfformiad gwefru a gollwng y batri lithiwm ar ôl y mae cotio wedi'i orchuddio.

2. Gradd y crebachu gwres

Mae'r cotio cerameg yn ddefnyddiol i wella ymwrthedd tymheredd uchel y diaffram. Rhowch y diaffram ceramig a'r diaffram cyffredin mewn blwch ar dymheredd gwahanol am 2 awr. Mae gwahaniaeth mawr mewn crebachu rhwng y ddau fath o ddiafframau. Dangosir y canlyniadau arbrofol yn Ffigur 5.

Ffigur 5. Dwy radd o grebachu diaffram ar dymheredd gwahanol

Mae'r diaffram yn crebachu ar dymheredd uchel oherwydd bod straen mewnol ar y diaffram oherwydd tyniant ac ymestyn yn ystod y broses baratoi. Mewn amgylchedd tymheredd uchel, mae symudiad cadwyn foleciwlaidd fewnol y diaffram yn achosi i'r straen gael ei ryddhau ac yn crebachu mewn ardal fawr; ond mae'r diaffram cotio ceramig yn crebachu yn 140 Nid yw morffoleg y diaffram ei hun wedi newid heblaw am y newid yn lliw'r diaffram o dan gyflwr pobi ℃. Pan fydd gan y haenau anorganig sydd wedi'u gorchuddio ar ddwy ochr wyneb y diaffram wrthwynebiad tymheredd uchel a pherfformiad inswleiddio gwres, mae tymheredd y diaffram sylfaen ei hun yn cael ei ostwng, fel bod y diaffram ar dymheredd uchel. Mae'r ffurf wreiddiol yn aros yn yr amgylchedd.

3. Mae'r diaffram ceramig yn fuddiol i wella diogelwch batri

Ffigur 6. Y berthynas rhwng gwrthiant mewnol a thymheredd y batri wedi'i ymgynnull â dau fath o ddiafframau

Mae'r gwahanydd AG yn crebachu mewn ardal fawr pan fydd y tymheredd yn uwch na'i bwynt toddi, fel bod y darnau polyn positif a negyddol y tu mewn i'r batri yn cysylltu'n uniongyrchol ac yn achosi cylched fer fewnol. Felly, mae gwrthiant mewnol y batri a fesurir yn gostwng yn gyflym; fodd bynnag, ar gyfer y gwahanydd gorchudd hyd yn oed yn 150 Ni fydd morffoleg y gwahanydd ei hun yn newid wrth ei bobi yn ℃, felly ni fydd cylched byr y tu mewn i'r batri, sy'n gwneud i wrthwynebiad mewnol y batri gynyddu o hyd. Bydd gwahanydd AG yn colli ei sefydlogrwydd mecanyddol mewn amgylchedd tymheredd uchel, a fydd yn arwain at y cyswllt uniongyrchol rhwng yr electrodau positif a negyddol y tu mewn i'r batri ac yn achosi cylched fer. Mae gan y gwahanydd cotio cerameg wrthwynebiad tymheredd uchel i atal cylched byr y tu mewn i'r batri yn effeithiol a gwella perfformiad diogelwch y batri.

4. Effaith diaffram ceramig ar fywyd batri

Mae gwahanydd batri lithiwm-ion nid yn unig yn ynysu'r darnau polyn positif a negyddol y tu mewn i'r batri, ond mae angen iddo hefyd fod â athreiddedd ïon da. Oherwydd bydd y cotio anorganig ar y gwahanydd yn cynyddu trwch y gwahanydd, a allai effeithio ar ddargludedd yr ïon. Ond mae'r arbrawf yn profi (Ffigur 7) bod ei ddylanwad yn wannach, ond mae gan y diaffram gyda gorchudd cerameg berfformiad beicio gwell.

Ffigur 7. Cymhariaeth o berfformiad beicio dau fath o fatris diaffram

Mae gwahanyddion PP / PE yn rhai nad ydynt yn begynol, gydag arwyneb hydroffobig ac egni arwyneb isel. Mae'n anodd gwlychu a chynnal electrolytau organig pegynol fel ethylen carbonad a propylen carbonad, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar berfformiad beiciau a'r defnydd o'r batri. Bywyd, er bod wyneb cerameg anorganig yn hydroffilig oherwydd presenoldeb grwpiau hydrocsyl, gall ei gyflwyno wella gallu gwlychu a chadw'r diaffram neu'r electrod i'r electrolyt yn fawr, a gwella perfformiad beicio'r batri yn fawr. Ar yr un pryd, mae gan y gronynnau nano-alwmina arwynebedd arwyneb penodol mawr, a all wella gwlybaniaeth a chadw hylif yr electrolyt i'r darnau polyn, ac mae hefyd yn ffafriol i fywyd beicio y batri.

i grynhoi:

I grynhoi, mae haenau cerameg yn cael effaith bwysig ar berfformiad batris lithiwm-ion, yn enwedig perfformiad diogelwch batris lithiwm. Gall cerameg yr electrod ac arwyneb y diaffram nid yn unig leihau cyfradd cylched fer fewnol y batri a gwella diogelwch, ond hefyd wella gwlybaniaeth electrolyt yr electrod a'r diaffram, lleihau polareiddio, a gwella perfformiad cyffredinol y batri. Felly, mae defnyddio haenau cerameg yn duedd anochel yn natblygiad batris lithiwm-ion yn y dyfodol.