Передовой опыт подготовки и оценки элементов литиевых батарей

Apr 27, 2023

Материалы по связи том 3, Номер статьи: 64 (2022) Цитировать эту статью

10 тысяч доступов

7 цитат

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Улучшенные литиевые батареи пользуются большим спросом в бытовой электронике и электромобилях. Чтобы точно оценить новые материалы и компоненты, аккумуляторные элементы необходимо изготовить и протестировать в контролируемой среде. Для широко используемых ячеек для монет и небольших мешочков определенные ключевые факторы и параметры существенно влияют на конечное качество и производительность ячеек. Таким образом, для получения точных и надежных данных о новых материалах для батарей решающее значение имеют повторяемость и качество изготовления элементов, обеспечивающие воспроизводимость результатов. Здесь мы обсуждаем ключевые факторы и параметры, которые влияют на изготовление и тестирование элементов, включая однородность электродов, сухость компонентов, выравнивание электродов, внутреннее и внешнее давление, контроль количества электролита и крепление элемента с контролем давления. Мы также предоставляем общие рекомендации по надежной подготовке клеток.

Литий-ионные аккумуляторы (LIB) получили широкое признание и применяются в широком спектре потребительских электронных устройств, таких как мобильные устройства (например, компьютеры, смартфоны, мобильные устройства и т. д.), электроинструменты, а также устройства для поддержания здоровья1. В связи с возникшим спросом на рынке электрифицированного транспорта также возникла высокая потребность в разработке более совершенных батарей с высокой плотностью энергии и низкими потерями2,3,4,5,6. Помимо исследований и разработок традиционных ЛИА на основе интеркаляции лития (Li) между графитовым анодом и литий-оксидным катодом из оксида переходного металла, также была разработана система Li-металлических батарей, в которой металлический литиевый анод используется вместо оксида металлического лития или других катодов, не содержащих Li. привлекли большое внимание из-за их потенциала с более высокой плотностью энергии или более низкой стоимостью материала по сравнению с традиционной системой5. Поскольку и литий-ионные, и литий-металлические батареи используют литий-содержащие активные материалы и основаны на окислительно-восстановительной химии, связанной с литий-ионными, мы предпочитаем термин «литиевые батареи» (LB) для обозначения обеих систем в следующем контексте.

За последнее десятилетие все основные компоненты ЛБ, включая активные материалы, связующие вещества, проводящие добавки, электролит и мембраны, были тщательно исследованы и задокументированы многочисленными опубликованными результатами исследований7,8,9,10,11,12,13. Помимо химических и физических характеристик на уровне материала, необходимо подготовить и протестировать электрохимические элементы для дальнейшего изучения характеристик этих компонентов. В идеале, ячейки промышленного производства, независимо от формата: пакетного, цилиндрического или призматического, обеспечивают лучший воспроизводимый результат6. Однако большинство исследовательских лабораторий по-прежнему используют для оценки элементы малого формата, такие как монетообразные элементы, из-за ограничений по ресурсам и стоимости14,15. Хотя некоторые институты используют для оценки однослойные или небольшие по размеру многослойные ячейки в формате пакетов, большинство этих образцов по-прежнему были «изготовлены вручную», начиная с порошка активного материала (в отличие от автоматического или полуавтоматического производства на линии). . До недавнего времени исследовательское сообщество начало обращать внимание на надежность изготовления клеток, поскольку дальнейшая оценка во многом зависит от качества и стабильности полученных клеток. Для элемента формата монеты на протяжении всего процесса изготовления элемента было выявлено несколько ключевых факторов, которые оказывают большое влияние на конечные характеристики элемента14,15,16,17,18,19,20. К сожалению, исследования ключевых факторов подготовки и оценки клеток в формате пакета все еще редки21.

В этой статье определяются и обсуждаются ключевые факторы, которые влияют на конечную производительность элемента в процессе изготовления для формата монет и формата мешочка соответственно. Также представлены и обсуждаются некоторые важные параметры, которые оказывают существенное влияние на эти факторы. В конце также представлены некоторые ожидания относительно систематического исследования процесса изготовления клеток, а также необходимость стандартного протокола для изготовления и тестирования клеток. Мы хотим, чтобы обсуждение этих ключевых факторов и важных параметров послужило общим руководством по надежному и воспроизводимому изготовлению и тестированию элементов для сообщества исследователей аккумуляторов.