Leistung des Lithium-Ionen-Akkus - gleichmäßiger Elektrolyt-Infiltrationseffekt

In den Jahren der Berufserfahrung habe ich ein Wort zusammengefasst, das für Lithium-Ionen-Batterien von entscheidender Bedeutung ist - "gerade". Warum ist dieses Wort so wichtig? Aus Sicht des gesamten Produktionsprozesses von lithiumbatterien ist der erste der Homogenisierungsprozess. Der Zweck der Homogenisierung besteht darin, die Komponenten des aktiven Materials, des Leitmittels und des Bindemittels "gleichmäßig" (markiert) zu mischen; gefolgt von einer Beschichtung. Der Schlüssel zum Verfahren besteht darin, die "Gleichmäßigkeit" der Beschichtungsmenge sicherzustellen, um Probleme wie eine schlechte Produktkonsistenz zu vermeiden, die durch die Schwankung der Beschichtungsmenge verursacht wird; dann der Flüssigkeitsinjektionsprozess und auch um die "gleichmäßige" Infiltration des Elektrolyten innerhalb der Zelle sicherzustellen, um die Batterieleistung und die Zykluslebensdauer sicherzustellen; Das Wichtigste im Produktionsprozess von Batteriemodulen ist die Gleichmäßigkeit der einzelnen Zellen, dh die "Gleichmäßigkeit", um die volle Leistung des Batteriepacks sicherzustellen.

Wie sichergestellt werden kann, dass der Elektrolyt vollständig und gleichmäßig in die Lithiumbatteriezelle infiltriert wird, ist ein Problem, das die Lithiumbatterieproduktion seit vielen Jahren plagt. Zahlreiche Lithiumbatterieingenieure haben sich viel Mühe gegeben. Der deutsche Bosch-Firmeningenieur WJ Weydanz et al. [1] Neutronen verwenden. Die Beugungstechnologie beobachtete erfolgreich den Infiltrationsprozess des Elektrolyten in der weich gepackten Lithium-Ionen-Batterie (wie in der folgenden Abbildung gezeigt, a, b, c Vakuuminjektion, d, e, f atmosphärische Injektion), für die Sie die Injektion sehen können 2 min Der größte Teil des Elektrolyten bleibt noch außerhalb der Zelle. Nach 47 Minuten ist die vakuuminjizierte Batterie im Wesentlichen infiltriert, aber die Lithium-Ionen-Batterie bei der Atmosphärendruckinjektion hat immer noch einen beträchtlichen Teil der Zwischenposition. Die Zelle ist nicht infiltriert. Eine große Menge Elektrolyt verbleibt außen. Die Forschung von WJ Weydanz zeigt, dass die Vakuuminjektion die Injektionszeit der Lithium-Ionen-Batterie um 50% reduzieren und die Injektionsrate um 10% erhöhen kann, was für die Verbesserung der Qualität und Effizienz der Injektion von großer Bedeutung ist.

Generell glauben wir, dass die Schwerkraft einen gewissen Einfluss auf die Benetzbarkeit von Lithium-Ionen-Batterien hat. Um den Infiltrationseffekt sicherzustellen, ist es daher erforderlich, die Lithiumionenbatterie nach der Injektion regelmäßig "umzudrehen", aber WJWeydanz analysiert die obere und untere Richtung. Bei der Infiltrationsgeschwindigkeit zeigt sich, dass der Einfluss der Schwerkraft auf den Infiltrationsprozess des Elektrolyten minimal ist und der Einfluss der Schwerkraft auf die Infiltration der Lithiumionenbatterie grundsätzlich ignoriert werden kann.

Eine Vakuuminjektion kann die Benetzbarkeit von Lithium-Ionen-Batterien verbessern und die Menge der Flüssigkeitsinjektion erhöhen. Es ist zum Konsens in der Branche geworden, aber welche Art von Vakuuminjektionssystem kann die Wirkung der Vakuuminjektion maximieren? Zu diesem Zweck haben Thomas Knoche et al. [2] der Technischen Universität München analysierte die Wirkung des Vakuumsystems auf die Wirkung der Flüssigkeitsinjektion. Der Hauptunterschied zwischen den beiden folgenden Vakuumprozessen ist der Vakuumgrad und der Zeitpunkt der Versiegelung.

Thomas Knoche erhielt die Daten zur Infiltrationsrate durch Analyse des Anteils der infiltrierten Fläche. Die folgende Abbildung zeigt die Beziehung zwischen dem Infiltrationszustand und der Zeit nach der Flüssigkeitsinjektion in den beiden Vakuumsystemen. Aus Fig. A ist ersichtlich, dass die Anzahl des Staubsaugens nach der Injektion hoch ist. Im B-System betrug die durchschnittliche Infiltrationsrate 78,73% bei 850 s, und die durchschnittliche Infiltrationsrate der 850 s im A-System mit weniger Vakuum nach der Injektion betrug 73,18%, was darauf hinweist, dass mehrere Vakuums nach der Injektion für die Elektrolytinfiltration vorteilhaft sind bewirken.

Abbildung b unten zeigt die Beziehung zwischen der Infiltrationsrate der Zellen und der Zeit nach der Flüssigkeitsinjektion unter verschiedenen Vakuumgraden. Die endgültigen Infiltrationsraten der Zellen nach Injektion bei 50 mbar, 400 mbar und 900 mbar betragen 82,3%, 77,9% bzw. 70,1%. Das Flüssigkeitsvakuum hat einen signifikanten Einfluss auf den Benetzungseffekt. Je höher der Vakuumgrad zum Zeitpunkt der Flüssigkeitsinjektion ist, desto besser ist die Wirkung des Endelektrolyten auf die Zelle.

Hier sind einige Vorteile für alle. Das folgende Video zeigt den gesamten Prozess der Elektrolytinfiltration, den Thomas Knoche mithilfe der Neutronenbeugungstechnologie beobachtet hat. Dies ist auch das erste Mal, dass Xiaobian den Infiltrationsprozess von Elektrolyt in der Zelle sah. Ich bin allen Lithiumbatterie-Ingenieuren hilfreich.

Freunde, die nicht genug Videoverkehr sehen, können schnell etwas über diese Animation erfahren:

Neben der Verbesserung des Flüssigkeitsinjektionsprozesses hat die Wahl der Membran auch einen signifikanten Einfluss auf die Verbesserung des Elektrolytbenetzungseffekts. Die üblichen Lithium-Ionen-Batterietrenner sind meist PE-, PP-Einschicht- oder Mehrschicht-Verbundstrukturmembranen, die sehr gute Membranen aufweisen. Stabilität und daher weit verbreitet, aber diese unpolare Polymermembran ist nicht kompatibel mit polaren cyclischen Carbonatlösungsmitteln (wie EC, PC), was zu einer Benetzbarkeit zwischen dem Elektrolyten und der Membran führt. Sehr schlecht, sie beeinflusst auch direkt den Elektrolytinfiltrationseffekt auf der Kern.

Um den Infiltrationseffekt von Membran und Elektrolyt zu verbessern, haben Ethan Rao et al. [3] der University of California, USA, verbesserte den Elektrolyten erheblich, indem eine Schicht aus Perfluorphenylazid PFPA auf die Oberfläche einer gemeinsamen Polymermembran aufgetragen wurde, die zwischen den Membranen benetzt war. Die folgende Abbildung zeigt den Kontrast des behandelten Separators und der gemeinsamen Membran in verschiedenen Elektrolyten. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der gewöhnliche einschichtige PE-Abscheider eine sehr schlechte Benetzbarkeit im Elektrolyten aufweist, insbesondere am Pol. In den letzteren Elektrolytformulierungen werden der Elektrolyt und die PE-Membran kaum benetzt, aber nach der PFPA-Behandlung kann die PE-Membran in allen Elektrolytformulierungen vollständig infiltriert werden, und der Effekt ist sehr offensichtlich. Der dreischichtige PP / PE / PP-Verbundabscheider zeigt ebenfalls ein ähnliches Muster, das den Infiltrationseffekt des Elektrolyten nach der Oberflächenbehandlung erheblich verbessert. Die folgende Tabelle zeigt die Daten zur Elektrolytanstiegshöhe für das gemeinsame Diaphragma und das behandelte Diaphragma. Es ist ersichtlich, dass die oberflächenbehandelte Membran einen sehr signifikanten Vorteil in der Steighöhe des Elektrolyten hat, was wiederum zeigt, dass die Behandlung zur Modifizierung der Membranoberfläche verbessert ist. Die Benetzbarkeit des Elektrolyten hat einen sehr signifikanten Effekt.

Die gute Benetzbarkeit des Separators kann die Leistung der Lithium-Ionen-Batterie erheblich verbessern. Der erste besteht darin, den Innenwiderstand zu verringern. Wie aus der folgenden Abbildung A ersichtlich ist, werden das behandelte PE und PP ohne Oberflächenbehandlung mit der PE-Membran verglichen. Der Innenwiderstand des / PE / PP-Abscheiders ist deutlich reduziert. Aus der Geschwindigkeitsleistung in Fig. B ist auch ersichtlich, dass der oberflächenbehandelte PE-Separator einen signifikanten Vorteil in der Geschwindigkeitsleistung gegenüber dem unbehandelten PE-Separator hat, selbst wenn die PP / PE / PP-Dreischicht-Verbundmembran das PFPA passiert Oberfläche. Die Geschwindigkeitsleistung wurde auch nach der Behandlung signifikant verbessert und übertraf sogar den unbehandelten PE-Einschichtabscheider bei einigen Vergrößerungen.

Die Verbesserung des Infiltrationseffekts von Elektrolyt auf die Zelle ist ein Schlüsselfaktor, der die Leistung der Lithiumionenbatterierate, des Zyklus usw. beeinflusst. Untersuchungen von WJWeydanz zeigen, dass die Vakuuminjektion die Injektionszeit erheblich verkürzen und die Qualität der Injektion verbessern kann, während Thomas Knoche weiter analysiert Der Einfluss des Vakuumsystems auf den Flüssigkeitsinjektionseffekt zeigt, dass der Infiltrationseffekt des endgültigen Batteriekerns umso besser ist, je höher der Vakuumgrad der Flüssigkeitsinjektion und je mehr Vakuum vor dem Versiegeln ist. EthanRao verbessert die Benetzbarkeit gewöhnlicher Polymermembranen durch die Oberflächenmodifizierungsbehandlung des Separators erheblich, wodurch der Innenwiderstand der Lithiumionenbatterie erheblich verringert und die Geschwindigkeitsleistung der Batterie verbessert wird. Alle diese Aufgaben haben nur einen Zweck: sicherzustellen, dass der Elektrolyt die infiltrierten Zellen "glätten" und die Leistung der Lithium-Ionen-Batterie verbessern kann.

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