• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      陶瓷涂層結(jié)構(gòu)對(duì)鋰離子電池性能影響

      2021-09-10 12:20:44周旭苗劉子英章峰勇王小記
      信息記錄材料 2021年8期
      關(guān)鍵詞:雙面隔膜電解液

      吳 斌,周旭苗,劉子英,章峰勇,王 莉,王小記

      (樂凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054)

      1 引言

      鋰離子電池主要由正負(fù)極、隔膜和電解液組成,其中隔膜通常為多孔膜,隔離正負(fù)兩極,拒絕電子而允許離子通過,避免正負(fù)極直接接觸發(fā)生短路[1-3]。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、吸液性和內(nèi)阻等,并能影響電池的容量、電池的充放電倍率、循環(huán)使用壽命以及安全性能等。目前,工業(yè)上采用干法和濕法兩種工藝制備的聚烯烴微孔隔膜,如聚乙烯(PE)膜、聚丙烯(PP)膜等,因?yàn)槠渚哂辛己玫牧W(xué)性能、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和很好的熱閉孔性能,已經(jīng)成為用于鋰離子電池的主要隔膜[4-5]。但是,聚烯烴微孔隔膜存在電解液浸潤性差和高溫?zé)崾湛s率大等缺點(diǎn)。

      為了克服聚烯烴微孔膜存在的缺點(diǎn),采用在聚烯烴隔膜涂覆無機(jī)顆粒(Al2O3、SiO2、TiO2等)涂層的方法,可以有效提高隔膜的電解液浸潤性和高溫尺寸穩(wěn)定性[6-8]。目前,各種功能化無機(jī)顆粒涂層的鋰電隔膜應(yīng)用研究較多[9-10],但涂層結(jié)構(gòu)對(duì)鋰電隔膜性能的探索鮮有報(bào)道。本文在聚烯烴隔膜上單面涂覆和雙面涂覆Al2O3陶瓷涂層,考察了涂層結(jié)構(gòu)對(duì)隔膜的吸液率、高溫尺寸穩(wěn)定性、離子導(dǎo)通能力的影響。同時(shí),將三種隔膜組裝成軟包電池,測試了電池的循環(huán)和倍率性能。

      2 實(shí)驗(yàn)

      2.1 實(shí)驗(yàn)原料

      實(shí)驗(yàn)原料:Al2O3、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、丙烯酸乳液粘結(jié)劑、去離子水、鋰離子電池電解液(湖北九邦新能源科技有限公司,NP608-3TJ)、商品化聚烯烴隔膜(樂凱膠片,12 μm)。

      實(shí)驗(yàn)儀器:電化學(xué)工作站(VersaSTAT4, Ametek)、電導(dǎo)率測試裝置(天津艾達(dá)恒晟科技發(fā)展有限公司)、透氣度測定儀Gurley densometer(4110N, Gurley Precision Instruments)、電池測試系統(tǒng)(CT2001A,武漢藍(lán)電)。

      2.2 涂層隔膜制備

      2.3 隔膜基本物理性能測試

      隔膜透氣度值[11]:隔膜透氣度值采用透氣度測定儀Gurley densometer(4110N,Gurley Precision Instruments)進(jìn)行測量,參照J(rèn)IS P8117標(biāo)準(zhǔn)。

      隔膜吸液率[12]:25 ℃下,將待測隔膜稱重后浸入電解液中浸泡1 h,使電解液充分浸潤隔膜。取出隔膜后,用濾紙吸取隔膜表面多余電解液后稱重,通過下式計(jì)算陶瓷隔膜的吸液率:

      式中,W0為隔膜吸收電解液前的質(zhì)量,W為隔膜吸收電解液后的質(zhì)量。

      隔膜熱收縮率[13]:將隔膜裁切成12 cm×12 cm的正方形樣品,置于130 ℃的真空干燥箱中1 h。隔膜取出后,測量隔膜前后的尺寸變化,計(jì)算橫向(TD)、縱向(MD)的熱收縮率。

      式中,L0為隔膜放入真空干燥箱前的尺寸,L為隔膜從真空干燥箱取出后的尺寸。

      2.4 隔膜電阻和電導(dǎo)率測試

      隔膜電阻[14]:在手套操作箱內(nèi),將隔膜樣品組裝成不銹鋼/隔膜/不銹鋼阻塞型電極,采用電化學(xué)阻抗譜(EIS)方法測量隔膜電阻Rb,擾動(dòng)電壓5 mV,頻率范圍1 Hz~106 Hz。利用電化學(xué)工作站測試并采集隔膜樣品的阻抗譜數(shù)據(jù),Nyquist圖中阻抗譜與實(shí)軸交點(diǎn)即為隔膜電阻Rb,測試溫度為25 ℃。

      隔隔膜離子電導(dǎo)率(σ)公式見下:

      式中,l為隔膜的厚度,S為隔膜與不銹鋼電極的接觸面積,Rb為隔膜電阻。

      2.5 軟包電池制作

      軟包電池制作過程如下:首先,采用Z形疊片工藝,將NCM523正極,石墨負(fù)極以及隔膜制作成電芯。過程中, B隔膜陶瓷面朝向正極;其次,電芯烘干后封裝入鋁塑膜中,注入電解液浸潤24 h;再次,真空封裝軟包電池,預(yù)化成后抽氣;最后,電池主化成后進(jìn)行二次封裝。軟包電池設(shè)計(jì)容量為5 500 mAh。所有電池制作工藝步驟均在干燥間中完成。

      當(dāng)然,他并不是簡單地將觀者眼中看見的世界拍攝下來,而是按照他預(yù)設(shè)好的想法、視野和幻想創(chuàng)作出一個(gè)世界——一個(gè)充滿典故、參照與引用的空間——威特金在那些并不尊崇傳統(tǒng)美麗典范的地方尋找這個(gè)世界的“居民”。

      2.6 電池電性能測試

      電池循環(huán)性能:在25 ℃條件下,將電池以1 C恒流恒壓模式充電至4.2 V,再以恒流1 C模式放電至3 V,循環(huán)150周。

      電池倍率性能:在25 ℃條件下,將電池以1 C恒流恒壓模式充電至4.2 V,分別再依次以恒流1 C、2 C、3 C、4 C模式放電至3 V,每個(gè)充放電模式循環(huán)10周。

      電池阻抗測試:在25 ℃條件下,采用電化學(xué)阻抗譜(EIS)方法測量軟包鋰離子電池阻抗。電池循環(huán)150周結(jié)束后,進(jìn)行阻抗測試,其中擾動(dòng)電壓10 mV,頻率范圍1 Hz~106 Hz。

      3 結(jié)果與討論

      3.1 隔膜吸液率分析

      三種類型隔膜的吸液率見圖1。隔膜的浸潤性對(duì)鋰離子電池性能起著至關(guān)重要的影響[15]。由圖1結(jié)果可以看出,陶瓷隔膜的吸液率均高于A隔膜,并且C隔膜的吸液率高于B隔膜。聚烯烴基膜在涂覆陶瓷涂層后,對(duì)電解液的親和性顯著提升[16-17]。同時(shí),陶瓷涂層中的涂層微孔、納米Al2O3以及其他助劑也吸收電解液。因此B、C兩種陶瓷涂層隔膜吸液率高于A隔膜。C隔膜為雙面涂層,在相同涂層厚度條件下,雙面涂層結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了隔膜表面對(duì)電解液的親合性。因此,C隔膜吸液率高于B隔膜。

      圖1 隔膜吸液率Fig.1 Electrolyte uptake of the different separators

      3.2 隔膜熱穩(wěn)定性分析

      為評(píng)價(jià)隔膜熱收縮率,三種隔膜在130 ℃,1 h條件下進(jìn)行熱收縮測試。熱收縮率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。結(jié)果顯示,A隔膜的熱收縮率最大,涂布陶瓷涂層后,隔膜的熱收縮率顯著降低。同時(shí),C隔膜的熱收縮也低于B隔膜。C隔膜的熱尺寸穩(wěn)定性最好,這顯示出雙面陶瓷涂層結(jié)構(gòu)可以比單面陶瓷涂層更好抑制隔膜的熱收縮。雙面陶瓷涂層隔膜可以避免電池在高溫條件下隔膜熱收縮發(fā)生的內(nèi)短路。

      表1 隔膜熱收縮率Table 1 Thermal shrinkage of the different separators.

      3.3 隔膜透氣度值分析

      表2為三種隔膜的透氣度值數(shù)據(jù)。在聚烯烴隔膜上設(shè)置陶瓷涂層后,單面涂層隔膜B和雙面涂層隔膜C的透氣度值皆有明顯增加,但兩者透氣度值類似,均未超過250 s/100 cc。上述結(jié)果反映出陶瓷涂層的設(shè)置沒有堵塞聚烯烴隔膜的微孔結(jié)構(gòu),可以保證鋰離子導(dǎo)通。

      表2 隔膜的透氣度值Table 2 Gurley number of the different separators

      3.4 隔膜離子電阻和電導(dǎo)率

      隔膜電阻和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)見圖2。A隔膜、B隔膜以及C隔膜陶瓷涂層隔膜電阻分別為3.744 Ω、4.434 Ω和4.331 Ω。隔膜厚度增加,鋰離子的傳遞路徑增大,涂層隔膜電阻增加。因此,B、C涂層隔膜電阻均大于A隔膜。由表2透氣度值數(shù)據(jù)可知,涂層厚度相同時(shí),B隔膜和C隔膜透氣度值相似,但是電阻數(shù)據(jù)結(jié)果顯示C隔膜電阻值明顯低于B隔膜。C隔膜電阻最低歸因于雙面陶瓷涂層結(jié)構(gòu),隔膜的親液性得到增強(qiáng),降低了隔膜界面處的鋰離子傳遞阻力。

      圖2 隔膜電阻和電導(dǎo)率Figure 2 Ionic resistance and conductivity of the different separators

      鋰離子的電導(dǎo)率反映了鋰離子在隔膜中傳輸?shù)碾y易程度。相比于A隔膜,兩種陶瓷涂層隔膜的電導(dǎo)率顯著高于A隔膜,分別提升了18.9%和21.8%。隔膜厚度相同時(shí),C隔膜的吸液性高,為鋰離子傳輸提供了更多的通道,更加利于鋰離子在電池內(nèi)部的傳輸。

      3.5 隔膜電化學(xué)性能測試分析

      為進(jìn)一步評(píng)價(jià)隔膜的電化學(xué)性能,將三種隔膜分別組裝成軟包電池進(jìn)行了電池測試。電池在3.0~4.2 V循環(huán)的充放電曲線見圖3。由圖3a可以知道,三組隔膜組裝的電池初始放電比容量相似。150周循環(huán)后的電池充放電曲線見圖3b。A隔膜和B隔膜的放電比容量分別降至123.3 mAh/g,125.5 mAh/g。C隔膜的放電比容量為127.4 mAh/g,高于其他隔膜樣品,這歸因于C隔膜優(yōu)良的離子導(dǎo)通性能。

      圖3 電池充放電曲線 Fig.3 (a) Charge–discharge profiles of the 1st cycle for cells with different separators and (b) Charge–discharge profiles of the 150th cycle for cells with different separators

      三種隔膜組裝的電池1C循環(huán)性能見圖4。電池的容量保持率均隨著循環(huán)周數(shù)增加而逐漸降低。涂層隔膜的電池容量保持率均高于PE基膜,雙面涂層隔膜電池容量保持率較單涂隔膜的電池高。C隔膜的電池具有最好的循環(huán)性能,A隔膜的電池循環(huán)性能最差。150周循環(huán)后,C隔膜的電池容量保持率為92.1%,A隔膜的電池容量保持率僅為87%。上述電池性能結(jié)果也與前文論述隔膜吸液和離子導(dǎo)通等性能一致。C隔膜組裝的電池循環(huán)性能優(yōu)良,歸因于C隔膜的高吸液率和高電導(dǎo)率,在電池循環(huán)過程中,便于鋰離子在電池內(nèi)部的傳輸。相比其他兩類隔膜,C隔膜組裝的電池循環(huán)性能更優(yōu)良。

      圖4 電池循環(huán)性能Fig.4 Cycle performance for cells with different separators

      圖5 為電池1C至5C的倍率放電曲線。隨著放電倍率的逐漸增加,電池的容量保持率均呈下降的趨勢(shì)。在三種類型的隔膜中,雙面涂層的C隔膜倍率性能最優(yōu),A隔膜的倍率性能最差。C隔膜為雙面陶瓷涂層結(jié)構(gòu),親液的隔膜界面減小了鋰離子在隔膜與電極傳遞的阻力。同時(shí),雙面涂層的結(jié)構(gòu)具有高吸液率,也為鋰離子的傳遞提供更多的傳輸通道,因此C隔膜的倍率性能最好。

      圖5 電池倍率性能Fig.5 Rate capability for cells with different separators

      電池150周循環(huán)測試結(jié)束后,電池放電至3.0 V,進(jìn)行電化學(xué)阻抗測試,測試結(jié)果見圖6。阻抗譜圖中,阻抗高頻區(qū)與實(shí)軸的交點(diǎn)即為電池歐姆內(nèi)阻(Rb),兩個(gè)重疊的半圓分別代表了鈍化膜層電阻(RSEI)和電荷轉(zhuǎn)移電阻(Rct)[18-19]。進(jìn)一步地,選取合適的鋰離子電池阻抗等效電路模型[20],利用Zsimplwin軟件對(duì)電池阻抗進(jìn)行分析,阻抗擬合結(jié)果見表3。

      圖6 電池的阻抗譜Fig.6 Nyquist plots of the cells containing different separators

      表3 電池阻抗參數(shù)Table 3 AC impedance parameters of cells with different separators

      電池阻抗結(jié)果顯示,在三種隔膜中,雙面涂層的C隔膜電荷轉(zhuǎn)移電阻最小,而A隔膜電荷轉(zhuǎn)移電阻最大,阻抗測試結(jié)果和電化學(xué)測試結(jié)果趨勢(shì)一致。雙面陶瓷涂層結(jié)構(gòu)的C隔膜的電荷轉(zhuǎn)移電阻小,表明了鋰離子在電池內(nèi)部的傳輸阻力小,有利于鋰離子在電解液-電極界面的傳輸。

      4 結(jié)論

      本文聚烯烴隔膜上通過凹版輥涂布方式涂布陶瓷漿料,制備了單面陶瓷涂層隔膜B隔膜和雙面陶瓷涂層C隔膜。結(jié)論如下:

      (1)雙面陶瓷涂層C隔膜具有高吸液率、高電導(dǎo)率以及良好的高溫尺寸穩(wěn)定性;

      (2)三種類型電池中,C隔膜組裝的電池阻抗最小,同時(shí)具有優(yōu)良的循環(huán)性能和倍率性能。雙面陶瓷涂層結(jié)構(gòu)的C隔膜更適用于高功率密度的動(dòng)力電池。

      猜你喜歡
      雙面隔膜電解液
      一種高壓鋼化橡膠雙隔膜濾板
      一種高壓鋼化橡膠雙隔膜濾板
      雙面人
      平行流銅電解液凈化一次脫銅生產(chǎn)實(shí)踐
      山東冶金(2019年5期)2019-11-16 09:09:12
      雙面復(fù)大
      史上最強(qiáng)的雙面間諜
      海外星云(2016年7期)2016-12-01 04:18:02
      用高純V2O5制備釩電池電解液的工藝研究
      硫酸鋅電解液中二(2-乙基己基)磷酸酯的測定
      大型氫氣隔膜壓縮機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用
      一種鋰離子電池用低溫電解液等
      潼南县| 麦盖提县| 广灵县| 乐安县| 四平市| 且末县| 濮阳县| 亳州市| 太和县| 峡江县| 集贤县| 河东区| 阳春市| 百色市| 芮城县| 花莲市| 石河子市| 明光市| 桐乡市| 崇义县| 旬邑县| 余姚市| 曲沃县| 阳江市| 那坡县| 哈巴河县| 定西市| 南丰县| 邮箱| 江山市| 磐安县| 马公市| 永州市| 盐源县| 彭阳县| 彰化市| 道真| 桃源县| 蓬安县| 五家渠市| 武定县|