모델 코인셀의 충방전 효율 및 팽윤 두께 성능 평가

리튬이온전지는 휴대폰, 자동차, 가정용 에너지저장장치 등 생활 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있어 리튬이온전지의 다양한 성능 평가는 특히 중요하다. 우리는 리튬 배터리가 충전 및 방전 중에 팽창하거나 수축한다는 것을 알고 있으므로 리튬 배터리 모듈을 설계할 때 팽창 매개변수는 고려해야 하는 중요한 매개변수 중 하나입니다. 또한, 비용량이 높은 차세대 음극(예: 실리콘 기반 음극 또는 리튬 금속 음극)이 등장함에 따라 구조적 팽창이 기존보다 훨씬 더 분명해졌습니다.전통적인흑연 음극^[1,2], 따라서 점점 더 많은 기업들이리튬 배터리의 팽윤 성능.

일반적으로 연구원들은 팽창을 평가하기 위해 단층 또는 다층 완성 배터리에 전극을 준비해야 합니다. 이 방법은 테스트 주기가 길고 평가 효율성이 낮으며 많은 리소스를 소비하므로 신소재 개발 프로세스에 심각한 영향을 미칩니다. IEST는 최근 배터리 전극의 팽윤 거동을 평가하기 위해 모델 코인 셀을 혁신적으로 사용하여 재료 팽윤 성능의 평가 주기를 크게 단축하고 대학이나 기업용 배터리를 준비하는 데 많은 인력과 물적 자원을 절약할 수 있습니다. 이 모델 코인 셀 배터리의 경우 사용자는 사이클 효율성이 기존의 스틸 쉘 배터리 팩과 비교할 수 있는지 여부에 대해 가장 우려합니다. 및 모델 코인 셀 배터리에 의해 측정된 팽윤 두께 변화가 완성된 배터리의 것과 유사한지 여부. 이러한 우려에 대해 이 문서에서는 사용자가 평가하고 선택하기 편리한 이 두 가지 측면을 기반으로 해당 비교 데이터를 제공합니다.

1. 시험조건

1.1 테스트 장비: 본 논문은 IEST의 단추형 전지를 사용하고 실리콘계 음극 팽창 ~에-현장 빠른 상영 체계(RSS1400, IEST)과 협력하여 최신 코인셀 및 파우치셀 전지의 충방전 시험 및 스웰링 시험을 수행한다.

그림 1. 실리콘 기반 양극 팽창 현장 고속 스크리닝 시스템(RSS1400)

1.2 충방전 시험 조건

①이용IEST의 코인셀 배터리 모델NCM//리 코인셀 하프셀과 NCM//SiC 코인셀 풀 배터리를 조립하고 01C의 속도로 3사이클 충방전을 수행하여 상용 스틸 쉘 버튼 배터리와 성능 비교에 편리합니다. 단층 파우치 셀 적층 배터리.

② 상용 2032 강철 쉘을 사용하여 NCM//리 버튼 하프 배터리를 조립하고 01C의 속도로 3회 사이클 충전 및 방전을 수행합니다.

③ NCM//SiC 단층 파우치 셀 적층 전지를 조립하고 01C의 속도로 충방전을 3사이클 실시한다.

1.3 세포 팽윤 시험 조건

NCM//SiC 모델 버튼형 풀 배터리와 단층 파우치 셀 라미네이트 배터리는 실리콘 기반 양극 팽윤 현장 고속 스크리닝 시스템(RSS1400, IEST)에 배치됩니다. 5kg의 초기 예압을 가한 후 01C의 충방전 과정에서 두 가지의 팽윤 두께 변화를 실시간으로 모니터링하였다.

2. 결과 분석

2.1IEST 모델 코인 셀 배터리와 상용 2032 스틸 쉘 코인 셀 배터리 간의 충전 및 방전 효율 비교. 

그림 2의 왼쪽 사진은 IEST 모델 코인 셀이고, 오른쪽 사진은 상업용 2032 스틸 쉘 코인 셀입니다. 동일한 크기와 구성의 3원계 양극을 사용하여 한 쌍의 리튬 시트 동전형 반쪽 전지를 조립하고 01C 충전 및 방전 속도에서 둘의 쿨롱 효율을 비교했으며 결과는 표 1에 나와 있습니다. 모델 코인셀의 1차 효과가 약 89.13%로 상업용 스틸 코인셀보다 약 0.718% 낮은 수치임을 알 수 있으며, 2차, 3차 랩의 최대 사이클 효율은 그보다 약 1.28%밖에 낮지 않다. 상업용 스틸 쉘 버튼의. 또한 모델 버튼과 스틸 케이스 버튼의 최대 사이클 효율 COV는 3사이클에 불과 0.65%(여기서 COV=표준편차/평균*100, 일반적으로 COV<5%인 경우,

그림 2. 왼쪽 그림은 IEST의 모델 버튼입니다. 오른쪽 사진은 상업용 2032 스틸 쉘 버튼입니다.

표 1. NCM//리 모델 버튼 하프 셀과 상업용 스틸 쉘 버튼 사이의 주기 효율성 비교

2.2 비교부종IEST 모델 코인 셀 배터리 및 파우치 배터리의 두께

그림 3의 왼쪽 사진은 IEST 모델 코인 셀 배터리이고, 오른쪽 사진은 단층 파우치 셀 적층 배터리입니다. 두 사람은 삼원계 양극과 실리콘카본 음극의 동일한 조성을 사용해 풀 배터리를 조립하고, 01C의 충방전 과정에서 두 사람의 팽윤 두께 변화를 실시간으로 모니터링한다. 두 가지의 전압 곡선과 두께 팽윤 곡선은 그림 4에 나와 있으며, 구체적인 전체 배터리 사이클 효율과 팽윤 두께 비교는 각각 표 2와 표 3에 나와 있습니다. 그림 4에서 충방전 과정에서의 전압 곡선이든, 두께 팽창 곡선이든 모델 코인 셀 배터리와 파우치형 셀 라미네이트 배터리 모두 양호한 일관성을 보이는 것을 알 수 있습니다. 표 2에서 알 수 있는 것은, 모델 코인 셀 배터리와 파우치 셀 라미네이트 배터리의 1차 효율은 각각 41.82%와 42.42%이며, 마지막 두 사이클의 사이클 효율은 0.12%에 불과합니다. 그러나 표 3에서 두 원의 두께 팽윤율 COV도 3.5% 이내로 두 원의 두께 팽윤율도 일관성이 있음을 알 수 있다.

그림 3. 왼쪽 사진은 IEST 모델 버튼 배터리입니다. 오른쪽 사진은 단층 파우치 라미네이트 배터리입니다.

그림 4. 파란색 점선과 실선은 각각 모델 버튼의 전압 곡선과 두께 팽창 곡선입니다.

주황색 점선과 실선은 전압 곡선과 두께입니다.부종단층 파우치 라미네이트 전지의 곡선.

표 2. NCM//SiC 모델 버튼형 풀배터리와 단층 파우치 라미네이트 배터리의 사이클 효율 비교

표 3. NCM//SiC 모델 버튼 풀 배터리와 단층 파우치 라미네이트 배터리의 팽창 두께 비교

3. 요약

본 논문은 IEST 모델 코인셀의 충방전 성능과 팽윤 두께를 평가한다. 모델 코인셀의 사이클 충방전 효율은 기본적으로 상용 2032 스틸 쉘 코인셀과 동일하며, 3사이클 사이클 동안의 두께 팽윤률도 기본적으로 단층 파우치 셀 라미네이트 배터리의 테스트 결과, IEST 모델 코인 셀 배터리가 양호한 사이클 충방전 효율 및 스웰링 평가 효과를 가짐을 나타냅니다. 이 기사에서는 이 모델과 함께 사용하기 위해 실리콘 기반 음극 팽창 ~에-현장 빠른 스크리닝 C 시스템(RSS1400, IEST)의 사용을 권장하며 두께 팽창 테스트 정확도는 0.1μm, 분해능은 0.01μm에 도달할 수 있습니다.

4. 참고 자료

[1] J. 린, L. 왕, QS 시에, Q. 뤄, DL 펭, CB 멀린스 및 A. 난폭자, 스테인리스 스틸과 같은 패시베이션은 리튬 이온 배터리용 영구 실리콘 양극에 영감을 줍니다. 앙쥬. 화학. 135 (2023) e202216557.

[2] M. 아슈리, QR 그 및 엘엘 쇼, 리튬 이온 배터리의 잠재적 양극 재료로서의 실리콘: 크기, 기하학 및 구조가 중요한 곳. 나노스케일 8 (2016) 74–103.