疯狂守寡多年的的肥岳

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      鋰電池一次合漿工藝和多次合漿工藝對電池性能的影響有哪些呢?

      來源:www.eternalphase.net 發布時間:2019年12月10日

        鋰電池漿料制備方式上,科研人員嘗試了不同的合漿工藝,試驗證明:分步加料的合漿工藝要遠優于一次性的合漿工藝。本文對分步合漿工藝和一次性合漿工藝進行詳細的比較,兩種合漿工藝如圖1所示,其中(a)為一次性合漿工藝;(b)為分步合漿工藝。

        一次合漿工藝是將粘結劑和NMP混合后攪拌半小時,然后一次性將活物質和導電炭黑加入溶劑中進行混合。多步合漿的特點是,將溶劑的量分批次加入。一次合漿工藝和多步合漿工藝不僅對漿料的性質如粘度、動態粘彈性模量以及穩定流動特性產生極大的影響,還會影響電池的阻抗、循環性能、倍率性能。
        一、漿料粘度、剪切速率以及流動性的關系
        粘度和剪切速率的關系曲線,可以看出無論采取一步還是分步法,漿料粘度都出現了隨著剪切速率升高而粘度降低的現象(剪切稀化)。低剪切下的漿料粘度是衡量固態顆粒沉降行為的指標,高剪切下的粘度是漿料加工性的量度。在低剪切下,兩種漿料粘度高的比較好,這是因為固體顆粒沒有明顯沉降。在高剪切下,漿料的粘度低也是一個好的特征,因為這意味著漿料混合的很均勻。
        當然,即使是兩種制備工藝都有剪切稀化的現象,但是多步合漿法還是要優于一步合成法,兩種漿料粘彈性隨角頻率的變化。
        首先是一步法制備的漿料粘彈性和角頻率不成關系,而多步法制備的漿料粘彈性模量和角頻率是相關的。其次,圖中G’為儲能模量G’’為損耗模量,可以看出一步法中儲能模量始終高于損耗模量,而多步法漿料是正好相反的。由此可以看出,一步法制備的漿料主要是凝膠狀態,顆粒彼此團聚在一起形成體積填充式的網狀結構。顆粒集群沒有被破壞、打散,始終以低剪切速率下混合,沒有達到混合效果。多步法制備的漿料,本質上就是一種低粘度溶膠,顆粒單元是分散均勻的,網絡結構式被完整破壞分散的。分步法漿料處于良好的分散狀態,呈現了很好的流動遲滯現象,可以用圖表示的遲滯流動曲線(流動性)來表示。剪切速率先增大后減少與剪切力的關系,可以看出多步法漿料出現了滯后回線。
        與一步合漿相比,多步合漿工藝中,顆粒集群的不可逆網絡結構破裂發生的更加頻繁,這是因為溶劑NMP是分多次加入的,初始狀態下溶劑較少,顆粒更容易在較大的剪切速率下破碎。一步合漿由于是一次性將溶劑倒入,整體粘度快速降低,顆粒之間摩擦力很小,故無法取得很好的分散狀態。
        二、兩種不同合漿工藝對極片的影響
        將兩種工藝制得的漿料制備成電極,從兩種極片的橫截面圖片中可以看出不同之初,多組照片的結果同樣證明,一步法漿料中的導電劑和活物質有很多的團聚體,并沒有均勻的分散開。
        三、合漿工藝對電池性能的影響
        1.循環性能
        兩種漿料制備的電池循環表現如圖6所示,經過70次循環后,一步法和分步合漿工藝的容量分別為初始容量的60%和70%,一步法合漿工藝電池材料克容量衰減較快。原因可能是一步法合漿的電池內阻變化引起的。
        2.電池內阻隨DOD的變化
        實驗采用HPPC測試電池內阻,結果如圖7??梢缘贸鲆韵陆Y論:a.電池放電內阻大于充電內阻,這是因為鋰離子嵌入固體晶格的速度要慢于鋰離子的脫出速度。b.采用多步法合漿工藝的電池在各階段、各DOD條件下內阻均低于一步法的電池。c. 電池的內阻和放電深度(D0D)是密切相關的,隨著放電深度變大,供鋰離子嵌入的空間就越來越少,導致電池阻抗也隨之變大。
        3.兩種合漿工藝對電池倍率性能的影響
        為了比較兩種極片電池的內阻大小,使相應電池在不同的倍率下放電,放電曲線,其中,a為一步法做的電池,b為多步法做的電池,兩種電池都是在0.2C的條件下恒流充電。a圖顯示隨著放電電流增大,電池極化不斷增加,反觀多步法的電池放電曲線圖,雖然電池極化也有一定增加,但是跟a圖相比則極化比較小。出現這種現象的原因還是得追溯到漿料的制備工藝上,正如之前所說的,多步法的混料工藝能夠保證導電劑、活物質均勻的分散開,構成一個穩定均一的導電網絡,從而活物質和導電劑的接觸電阻大大降低,以保證了電池優異的循環性能。

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