リチウムイオン電池の性能-均一な電解質浸透効果

長年の実務経験の中で、私はリチウムイオン電池にとって重要な言葉を要約しました-「偶数」。この言葉がとても重要なのはなぜですか。リチウム電池の製造工程全体の観点から、最初は均質化工程です。均質化の目的は、活物質、導電剤、バインダーの成分を「均一に」（マークを付けて）混合することです。続いてコーティング。このプロセスの鍵は、コーティング量の「均一性」を確保し、コーティング量の変動によって引き起こされる製品の一貫性の低下などの問題を回避することです。次に、液体注入プロセス、およびセル内の電解質の「均一な」浸透を保証して、バッテリーの性能とサイクル寿命を確保します。バッテリモジュールの製造プロセスで最も重要なことは、単一セルの均一性、つまり、バッテリパックの完全なパフォーマンスを保証するための「均一性」です。

電解質がリチウム電池セルに完全かつ均一に浸透することを確実にする方法は、リチウム電池の生産を長年悩ませてきた問題である。多くのリチウム電池エンジニアがそれに多大な努力を払ってきました。ドイツのボッシュ社のエンジニアであるWJWeydanz etal。 [1]中性子を使用します。回折技術は、ソフトパックされたリチウムイオン電池内の電解質の浸透プロセスを正常に観察しました（下の図に示すように、a、b、c真空注入、d、e、f大気注入）。 2分電解質のほとんどはまだセルの外にとどまります。 47分後、真空注入されたバッテリーは基本的に浸透しますが、大気圧注入のリチウムイオンバッテリーはまだ中間位置のかなりの部分を持っています。細胞は浸潤していません。外側に大量の電解液が残っています。 WJ Weydanzの研究によると、真空注入はリチウムイオン電池の注入時間を50％短縮し、注入率を10％向上させることができます。これは、注入の品質と効率を向上させるために非常に重要です。

一般的に、重力はリチウムイオン電池の濡れ性に一定の影響を与えると考えられています。したがって、浸透効果を確保するためには、注入後にリチウムイオン電池を定期的に「裏返す」必要がありますが、WJWeydanzは上下方向を分析しています。浸透速度は、電解質の浸透過程への重力の影響が最小限であり、リチウムイオン電池の浸透への重力の影響は基本的に無視できることがわかった。

真空注入は、リチウムイオン電池の濡れ性を改善し、液体注入の量を増やすことができます。業界ではコンセンサスになっていますが、どのような真空噴射システムで真空噴射の効果を最大化できるのでしょうか。この目的のために、Thomas Knoche etal。ミュンヘン工科大学の[2]は、液体注入の効果に対する真空システムの効果を分析しました。以下の2つの真空プロセスの主な違いは、真空の程度とシーリングのタイミングです。

Thomas Knocheは、浸透領域の割合を分析することにより、浸透率データを取得しました。次の図は、2つの真空システムでの浸透条件と液体注入後の時間の関係を示しています。図aから、注入後のバキューム回数が多いことがわかります。 Bシステムでは、850sでの平均浸透率は78.73％であり、注入後の真空が少ないAシステムでの850sの平均浸透率は73.18％でした。これは、注入後のいくつかの真空が電解質浸透に有益であることを示しています。効果。

下の図bは、さまざまな真空度での液体注入後の細胞浸透速度と時間の関係を示しています。 50 mbar、400 mbar、および900 mbarでの注入後の細胞の最終的な浸潤率は、それぞれ82.3％、77.9％、および70.1％です。液体真空は濡れ効果に大きな影響を及ぼします。液体注入時の真空度が高いほど、セルに対する最終電解質の効果が高くなります。

ここに皆のためのいくつかの利点があります。次のビデオは、ThomasKnocheが中性子回折技術を介して観察した電解質浸透のプロセス全体です。 Xiaobianがセル内の電解質の浸透プロセスを見たのもこれが初めてです。私はすべてのリチウム電池エンジニアに役立ちます。

十分なビデオトラフィックが表示されない友人は、このアニメーションについてすぐに学ぶことができます。

液体注入プロセスの改善に加えて、ダイヤフラムの選択は、電解質の濡れ効果の改善にも大きな影響を及ぼします。一般的なリチウムイオン電池セパレーターは、ほとんどがPE、PP単層、または多層複合構造のダイアフラムで、非常に優れたダイアフラムを備えています。安定性のため広く使用されていますが、この非極性高分子膜は極性環状カーボネート溶媒（EC、PCなど）と互換性がないため、電解質と膜の間の濡れ性が非常に低く、電解質の浸透効果にも直接影響します。コア。

膜と電解質の浸透効果を改善するために、イーサンラオ等。米国カリフォルニア大学の[3]は、膜間を濡らす一般的な高分子膜の表面にパーフルオロフェニルアジドPFPAの層をコーティングすることにより、電解質を大幅に改善しました。次の図は、さまざまな電解液で処理されたセパレータと一般的なダイアフラムのコントラストを示しています。この図から、通常の単層PEセパレーターは、電解液、特に極での濡れ性が非常に低いことがわかります。後者の電解質配合物では、電解質とPE膜はほとんど濡れませんが、PFPA処理後、PE膜はすべての電解質配合物に完全に浸透することができ、その効果は非常に明白です。 PP / PE / PP 3層複合セパレーターも同様のパターンを示し、表面処理後の電解液の浸透効果を大幅に向上させます。以下の表は、共通ダイアフラムと処理済みダイアフラムの電解液上昇高さデータを示しています。表面処理された膜は、電解質の上昇高さにおいて非常に重要な利点を有することが分かる。これは、ダイアフラムの表面改質処理が改善されていることを再び示している。電解液の濡れ性は非常に重要な影響を及ぼします。

セパレーターの良好な濡れ性は、リチウムイオン電池の性能を大幅に向上させることができます。 1つ目は内部抵抗を減らすことです。次の図Aからわかるように、処理されたPEとPPは、表面処理されていないPE膜と比較されます。 / PE / PPセパレーターの内部抵抗が大幅に減少します。また、図Bの速度性能から、PP / PE / PP 3層複合膜がPFPAを通過した場合でも、表面処理されたPE分離器は未処理のPE分離器と比較して速度性能に大きな利点があることがわかります。表面。レート性能も処理後に大幅に改善され、一部の倍率では未処理のPE単層セパレーターを上回りました。

セルへの電解質の浸透効果をどのように改善するかは、リチウムイオン電池の速度やサイクルなどの性能に影響を与える重要な要素です。WJWeydanzの研究によると、真空注入は注入時間を大幅に短縮し、注入の品質を向上させることができます。さらに分析液体注入効果に対する真空システムの影響は、液体注入の真空度が高く、シール前の真空度が高いほど、最終的なバッテリーコアの浸透効果が優れていることを示しています。 EthanRaoは、セパレーターの表面改質処理により、通常の高分子膜の濡れ性を大幅に向上させ、リチウムイオン電池の内部抵抗を大幅に低減し、電池のレート性能を向上させます。これらのタスクはすべて、電解質が浸透したセルを「スムーズ」にし、リチウムイオン電池の性能を向上させることを保証するという1つの目的しかありません。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。