LCO 재료에 대한 다양한 입자 크기 분포의 압축 및 전도도 분석

리튬 이온 배터리 원료는 주로 양극 재료, 음극 재료, 유체 수집, 전해질 및 격막을 포함합니다. 양극 및 음극 재료는 일반적으로 미크론 등급 분말 재료이며, 그 중 일반적인 리튬 이온 배터리 음극 분말 재료는 층상 리튬 코발트 산화물, 올리빈 구조 리튬 철 인산염, 스피넬 리튬 망간 산화물 구조 및 층상 니켈-코발트-망간 삼원 재료(이하 NCM이라고 함). 여기서 리튬 코발트 산화물(LiCoO ₂, LCO )는 고에너지 밀도, 고전압 플랫폼, 안정적인 방전, 간단한 생산 공정 등의 장점을 가진 클래스 3C(컴퓨터, 통신 및 소비자) 기반 전자 배터리에서 지배적인 위치를 차지하고 있습니다. 현재 가볍고 지능적인 휴대용 전자 제품에 대한 장기간의 요구로 인해 LCO 배터리 개발이 촉진되고 에너지 밀도가 더욱 향상되었습니다. 그림 1과 같이 리튬 코발트산 배터리의 개발 로드맵이 표시됩니다.

그림 1. LCO -석묵 가득한 -셀 개발 로드맵^【1】

극판 생산 공정에서 리튬 이온 배터리 생산 공정이 가장 중요한 연결 고리이며 극판 롤러 압력도 극판 생산 공정에서 중요한 공정 구간이며 일반적으로 극판 롤러 압력은 코팅 및 건조 공정 후에 배치됩니다. 필름 커팅 공정, 폴 시트가 롤러 프레스에 들어간 후, 힘의 작용에 의해, 폴 시트에서 활성 입자의 흐름, 재배열 및 매립, 입자 사이의 간격이 변경됨, 폴 시트 롤러 압착 공정은 분말의 재배열 및 압축 공정, 이 논문은 주로 4가지 유형의 L CO 분말 재료를 기반으로 하며, 다양한 압력에서 분말의 저항, 압축 밀도 및 압축 특성을 테스트하고, SEM 테스트와 함께 입자 크기,L CO 분말 재료의 형태, 밀도 및 압축 특성을 분석했습니다.

1. 시험방법

1.1 4가지 재료의 SEM 형태 시험.

1.2 전도도, 다짐 밀도 및 압축 성능은 4가지 LCO 재료에 대해 PRCD3100 (IEST )에 의해 테스트됩니다. 시험 장비는 그림 2와 같다.  ;  ;

테스트 매개변수: 적용된 압력 범위 10-200MPa, 간격 20MPa, 압력 유지 10초;

그림 2. (a) PRCD3100 외관 다이어그램; (b) PRCD3100 구조도

2. 테스트 결과

2.1 SEM 테스트 결과

4가지 L CO 분말 재료는 SEM을 사용하여 압력 없이 테스트되었으며, 그림 3은 4가지 재료(L CO -1, L CO -2, L CO -3 및 L CO -4)에 대한 S 여자 이름 테스트 결과를 보여줍니다. 네 가지 재료의 입자 분포와 입자 크기가 분명히 다르다는 것을 그림에서 볼 수 있습니다. 그 중 L CO -1은 약 30m-5m 범위의 여러 입자 크기를 가진 샘플을 포함하고 L CO -2는 분말을 포함합니다. 대략 15m-5m 범위에서, L CO -3 샘플은 대략 45m-10m 범위의 분말을 함유하고, L CO -4는 주로 약 5m의 작은 입자 크기이고; 입자 크기 분포의 차이는 압축 시 분말의 충전 효과에 직접적인 영향을 미치며, 재료 간의 압축 밀도, 전자 전도도 및 압축 특성과 밀접하게 연결됩니다.

그림 3 . 네 가지 LCO 재료의 SEM 토포그래피

2.2 압축 성능 테스트 결과

분말 재료의 압축 성능은 입자 모양, 입자 크기 및 분포와 관련이 있습니다. 압력 효과 하에서 전체 분말 변형은 주요 비가역적 변형입니다. 입자의 탄성 변형 및 응력. 압력이 분말 재료의 항복 강도를 초과하면 돌이킬 수 없는 변형이 발생합니다. 사실 분말 입자 압축 과정은 다중 중력이며 응력도 포괄적인 변화 과정입니다.

표 1. 4가지 LCO 재료에 대한 형상 변수 데이터 요약

그림 4 4가지 LCO 재료의 가압 압력 완화 동안 응력 및 변형률 곡선

이 실험에서 압력이 200MPa에 도달하면 그림 4와 같이 4개의 L CO 재료의 응력 및 변형률 곡선을 얻기 위해 압력을 점차적으로 제거했습니다. 가역 변형은 최대 변형( ❶ 부분에 표시) 및 불가역 변형(❷ 부분에 표시), 구체적인 데이터는 표 1에 나와 있으며, 표에서 가역 형상 가변 크기 L CO -4>LCO -2>LCO -1>LCO -3, S 여자 이름 시험결과와 결합한 비교분석 결과, 4가지 재료의 입도분포는 작은 입도의 비율도 L CO -4의 경향을 보였다.>LCO -2>LCO -1>LCO -3, 포괄적인 분석은 동일한 재료에 대한 것일 수 있습니다. 입자 크기가 작을 때 재료는 더 많은 접촉 면적을 가지며 탄성 가역 변형의 힘에 더 취약합니다. 이 가능성을 더 확인하기 위해 샘플링 볼륨의 관점과 다른 장치를 사용한 여러 실험에서 분석한 결과, 네 가지 재료 모두의 가역적 변형 경향은 L CO -4>LCO -2>LCO -1>LCO -3; 네 가지 재료의 최대 변형과 비가역 변형의 대비를 위해 샘플링 크기와 테스트 조건이 다를 수 있습니다. 이는 샘플링 차이 및 충전 효과의 차이와 관련이 있을 수 있습니다.

3 2. 다짐밀도 및 전기전도도 시험 결과

분말 재료 연구에 따르면 동일한 재료, 단일 입자 크기, 분말의 유사한 기하학, 큰 입자 크기는 작은 접촉 영역, 입자 간의 작은 상호 작용(기계적 얽힘 및 마찰), 좋은 이동성, 가장 가까운 축적을 형성하기 쉽습니다. 상태, 따라서 충전 밀도, 작은 다공성, 압력 하에서 입자 간격 점유 부피가 작기 때문에 상대적으로 큰 압축 밀도를 얻는 것이 더 쉽습니다. 그러나 실제 분말은 실제 연속적인 입자 크기 분포를 가지며 이는 충전 효과에 직접적인 영향을 미칩니다. 입자 크기 분포가 다른 분말 샘플은 압력 하에서 흐르고 재배열될 수 있으며, 입자 크기가 큰 분말은 더 많은 공극을 형성할 수 있는 반면 작은 입자는 간극에 채워질 수 있어 압축 밀도가 크고 공극률이 작습니다.  ;

그림 5는 4가지 L CO 재료의 다짐 밀도 측정 결과를 보여줍니다. 여기서 다짐 밀도 크기는 L CO -3와 대조됩니다.>LCO > 1>LCO -2>LCO -4. 발견된 S 여자 이름 테스트 결과와 종합하면, 단일 입자 크기와 더 작은 입자를 갖는 L CO -4 샘플과 비교하여, 상대적으로 큰 입자 크기와 다중 입자 크기 분포를 갖는 다른 3개의 샘플은 모두 상대적으로 높은 다짐을 갖는다 밀도, 이것은 작은 입자 사이의 상호 작용력이 상대적으로 크다는 것을 나타냅니다. 입자의 흐름 재배치가 어렵습니다. 더 높은 다공성을 형성합니다. 낮은 압축 밀도; L CO -1, L CO -2 및 L CO -3의 세 가지 재료 비교, 입자 크기(L CO -3>LCO -1>LCO -2)와 그 분포 차이도 다짐 밀도 차이의 주요 요인 중 하나일 수 있으며, 입자 크기가 넓은 Flder는 밀집 패킹을 형성할 가능성이 높으며, 작은 분말은 큰 입자 사이의 간격을 채우고, 최종 다짐 밀도는 더 높은. 입자 자체의 변형을 먼저 고려하지 않는다면, 분말 입자의 압축 과정은 분말이 압력 하에서 느슨한 상태로부터 가장 조밀하게 축적되는 과정이다.  ;

가장 조밀한 충전 원리에 따르면 반지름이 R인 구형 입자가 가장 조밀하게 충전될 때 모든 입자가 서로 접촉하고 입자 사이에 형성되는 이론적 공극률은 25.94%이며 반지름이 있는 1차 입자 사이의 기공은 R 2차 입자를 채울 수 있는 반경은 0.414R입니다. 모든 기공이 2차 입자로 채워진 후 기공률은 20.70%입니다. 기공에 다시 채워질 수 있는 최대 입자 반경은 0.225R, 입방체 입자, 0.177R 및 0.116R이며 이론적 기공률은 19%, 15.8% 및 14.9%에 해당합니다.

그림 5 4가지 LCO 재료에 대한 다짐 밀도 테스트 결과

분말 재료의 전자 전도도의 경우, 대부분의 L CO 재료에 대해 분말 입자 사이의 연결 및 접촉이 더 많고, 분말 입자 사이의 연결과 입자 크기 및 크기 분포와의 접촉도 압축 밀도 분석에서 언급한 바와 같이 관련이 있습니다. 동일한 입자 크기의 분말 샘플은 점 접촉, 전체 접촉 표면을 선호하며 더 작은 입자는 표면 접촉입니다. 동일한 충전 효과는 전기 전도도의 변화에도 영향을 미칠 수 있습니다.  ;

그림 6은 4가지 L CO 분말 재료의 전기 전도도 테스트 결과를 보여줍니다. 비저항 비교 결과는 L CO -1이 가장 우수한 전도도를 나타내고, L CO -3이 가장 나쁜 전기 전도도를 가지며, L CO -2 및 L CO -2를 나타냅니다. L CO -2 및 L CO -4의 작은 압력에서, L CO -4

그러나 전기 전도도가 가장 나쁜 가장 전도성이 높은 LCO -3 시료의 경우 전체 입자 크기가 크고 입자 크기 분포가 좁으며 입자와의 전반적인 접촉이 좋지 않아 전자 전도성이 좋지 않습니다. 유사하게, L CO -2 및 LCO -4 샘플의 경우, 주로 샘플 입자 간의 접촉으로 인해 낮은 압력에서 LCO -4 샘플의 전체 크기는 양호한 전도성을 나타냈고, 압력이 증가함에 따라 LCO -2 입자는 충전 효과가 있고, 큰 입자 사이에 작은 입자를 구현하고, 전도도가 L CO -4보다 크지만 전체적인 차이는 크지 않습니다.

그림 6 네 가지 LCO 재료의 전기 전도도 테스트 곡선

요약하면

본 논문에서는 PRCD3100 시험을 통해 4종의 L CO 소재의 전도도, 압축 밀도 및 압축 성능을 재료의 SEM 입자 크기 분포 차이와 결합하여 입자 크기 분포 차이와 재료 전도도, 압축 및 압축 사이의 가능한 연관성을 사전 평가했습니다. 성능, 재료 차이 분석 및 평가에 대한 새로운 아이디어와 방향을 제공합니다.

참조 문서

[1] 카이 W , Jw A , Yx A , 등 재충전용 리튬 이온 배터리용 고전압 리튬 코발트 산화물 재료의 최근 발전 및 역사적 발전[J]. 전원 저널, 460.

[2] 공원 M , 장 X , 정 M , 등 알 . 리튬 이온 배터리의 전도 현상에 대한 리뷰[J]. 신문 ~의 힘 출처 , 2010, 195(24):7904-7929.

[3] 양소빈, 양정. 리튬 이온 배터리의 제조 공정 원리 및 응용.