Hvordan bindemiddel påvirker Avfall av litiumbatteri?

- Jun 20, 2018-

Forskningen om nedbrytingsmekanismen for litium-ion-batterier er for det meste fokusert på positive og negative materialer. For eksempel har mange studier vist at tap av aktive materialer, økning i indre motstand og andre faktorer er de viktigste faktorene som forårsaker nedgang av litiumionbatterier, og for bindemidlet i litium. Rollen som spilles av forfall av ionbatterier er fortsatt relativt liten. Faktisk, selv om andelen bindemiddel i litiumionbatteriet er svært liten (vanligvis mindre enn 5% av det aktive materialet), spiller bindemidlet en avgjørende rolle. I litiumionbatterier er limens rolle å binde de aktive materialpartiklene og ledemidlene til sammen for å danne et stabilt system. I prosessen med ladning og utladning, på grunn av tilstedeværelsen av en viss volumendring i de positive og negative elektrodene, vil denne stabile strukturen imidlertid bli ødelagt, for eksempel er den vanligste situasjonen vist i figuren under, lim / ledende stoffer og aktive materialpartikler. Stratifisering oppstod mellom de to, noe som resulterte i tap av aktive materialer, noe som forårsaket en reduksjon i reversibel kapasitet av litiumionbatterier.

lithium battery-1.jpg


For å analysere rollen av lim i forfallsprosessen av litium-ionbatterier, etablerte JM Foster ved University of Portsmouth, Storbritannia, en modell for å studere effektene av partikkelform og syklisk forhold på limens egenskaper. Studier har vist at ovalformede partikler vil øke belastningen på de øvre og nedre delene av partiklene som limet absorberer når elektrolytten utvides. Den store ladningsutladningshastigheten (mer enn 1C) vil også bety at limet på venstre og høyre side av de aktive materialpartiklene. Økt belastning påvirker syklens ytelse på batteriet.

JM Foster modell består hovedsakelig av tre hypoteser: 1) Elektroden er fylt med elektrolytt av sfæriske aktive substanspartikler og elastiske porøse bindemidler, og bindemidlet porer; 2) Aktivt stoffpartiklene vil delta i litiuminnsetting og delithiering. Volumutvidelsen skjer; 3) Limet undergår væske-hevelse ved kontakt med elektrolytten.

lithium battery-2.jpg


Basert på ovenstående forutsetninger brukte JM Foster matematiske metoder for å modellere motoren. I selve elektroden er det titalls millioner aktive materialpartikler og en stor mengde bindemiddel. Det er åpenbart urealistisk å direkte løse hele elektroden. Derfor vedtar JM Foster en forenklet metode. JM Foster mener at i tillegg til elektrodekanten Posisjon er elektrodens indre kraft meget jevn, slik at vi kan forenkle løsningen av hele elektroden for å løse de enkelte aktive partiklene og limet rundt den, slik at modellens løsning prosessen er sterkt forenklet.

lithium battery-3.jpg

Følgende figur a viser spenningsfordelingen rundt de aktive materialpartiklene etter at elektrolytten er utvidet av bindemidlet. Følgende figur c viser bindingen mellom P- og E-punktene av de aktive materialpartiklene etter å ha absorbert elektrolytten. Fra figuren kan vi se at belastningen ved punktet P nær elektrodenes overflate og gjeldende kollektor øker ettersom absorpsjonsløsningen av limet utvides og belastningen ved punkt E på venstre og høyre side av partikkelen øker . Ved å falle på grunn av limens fluiditet skyves limet av limet fra både topp og bunn av de aktive materialpartiklene til begge sider av det aktive materialet under påvirkning av stammen.

Fig. B nedenfor viser belastningsfordelingen av limet rundt de aktive materialpartiklene under volumendring. Det kan bemerkes fra figuren at limspenningsfordelingen forårsaket av volumendringen av det aktive materialet er nesten ensartet, men forsiktig studien fremdeles funnet. Bindestammen på venstre og høyre side av det aktive materiale er fortsatt høyere enn belastningen på limet på den øvre og nedre enden av det aktive materialet, hvilket indikerer at bindemidlet på venstre og høyre side av de aktive materialpartiklene er mer sannsynlig å delaminere under syklusprosessen. I praksis må vi imidlertid merke seg at siden volumendringen av positivt aktivt materiale under sykling er svært liten (2-4% for NMC), er endringen i bindestrøm forårsaket av volumutvidelsen av aktive materialpartikler faktisk mye mindre enn det på grunn av PVDF. Volumutvidelsen forårsaket av adhesiv aspirasjon.

lithium battery-4.jpg

Den forrige analysen var for sfæriske partikler, men i praksis brukte vi partikler med mange andre former, så JM Foster analyserte påvirkning av forskjellige partikkelformer på limens belastning. Figuren under viser effekten av forskjellige partikkelformer på belastningsfordelingen av limet etter pipettering. Fra beregningsresultatene er limstammen på p-punktet til de elliptiske partiklene positive, mens det ved E-punktet. Knutstammen er negativ, noe som stemmer overens med den forrige analysen. Samtidig kan det ses fra figuren nedenfor at anordningens retningsretning for elliptiske partikler også påvirker limens belastning. Når langsiden av ellipsen er parallell med elektrodens overflate, blir limens klebemiddel betydelig økt.

lithium battery-5.jpg

Figuren nedenfor viser belastningen av klebemiddelet ved forskjellige ladningshastigheter (Fig. A er limet av klebemiddelet i den positive elektroden og Fig. B er limen av klebemiddelet i den negative elektroden). Den tregeste ladehastigheten som brukes i beregningen krever 3100h lading er fullført, og den raskeste ladehastigheten krever bare 0,031h for å fullføre ladingen. Det kan ses fra figuren at den høye ladningshastigheten øker belastningen av klebemidlet på posisjonen til E-punktet av den aktive materialpartikkel, hvilket resulterer i klebemiddel og aktivitet. Partikkel delaminering problem. Generelt vil rask ladning av mer enn 1C hastighet forårsake skade på de positive og negative limene, og dermed påvirke levetiden til litiumionbatterier.

lithium battery-6.jpg

JM Foster arbeider gjør det mulig for oss å få en klar forståelse av fordelingen av limet rundt de aktive materialpartiklene på mikroskopisk nivå, og de faktorer som påvirker belastningsfordelingen av det klebemiddelaktive materialets partikkelform og ladning / utladningshastighet. Gjennomført grundig diskusjon, for design av elektrodemateriale og litiumionbatteri har en viss styrende betydning.