Sistema de detección de expansión rápida in situ para materiales de batería de ánodo a base de silicio

Sistema de detección de expansión rápida in situ para materiales de batería de ánodo a base de silicio

ESPECIFICACIONES

Diferentes parámetros de modelo de la serie RSS

Requerimientos de instalación

1. La importancia de medir el comportamiento de expansión del ánodo basado en silicio 

Debido a sus ventajas únicas, como su alta capacidad específica (4200 mAh/g) y sus abundantes recursos, se espera que el ánodo de silicio (Si) reemplace al ánodo de grafito y se convierta en el principal material del ánodo para la próxima generación de baterías de iones de litio (LIB). Sin embargo, la rápida degradación de la capacidad de los materiales de silicio durante el proceso de ciclo dificulta seriamente las aplicaciones prácticas. Esto se debe a la expansión de gran volumen del ánodo de silicio de más de tres veces durante el proceso de intercalación de iones de litio, que destruirá el sólido original. interfase electrolítica (SEI) formada en la superficie de los ánodos de silicio. Durante el ciclo de los LIB, el SEI se destruirá y regenerará continuamente, lo que consume una gran cantidad de electrolito y da como resultado una rápida degradación de la capacidad. Por lo tanto,

En la actualidad, los investigadores suelen utilizar tecnología compuesta (p. ej., "esqueleto amortiguador") para compensar la expansión de volumen de los materiales de silicio. Las rutas compuestas comunes incluyen compuestos de carbono y silicio, compuestos de polímero de silicio, compuestos de aleación a base de silicio, etc. Los compuestos de silicio-carbono son relativamente fáciles y estos dos elementos también se pueden combinar estrechamente. Debido a que combina la alta estabilidad y conductividad de los materiales de carbono, con la alta capacidad específica de la sílice en los materiales, los ánodos de silicio-carbono no solo pueden suprimir eficazmente la expansión de volumen dentro de un rango controlable, pero también aumentan la densidad de energía y el ciclo de vida de los LIB. Por lo tanto, se considera el ánodo basado en silicio más prometedor para la industrialización y ha recibido mucha atención.

Vale la pena señalar que, aunque la tecnología compuesta puede aliviar la expansión del volumen del ánodo basado en silicio, todavía no puede resolver fundamentalmente el problema de la expansión. Con el aumento del contenido de silicio en el ánodo basado en silicio, la expansión del volumen también se vuelve más significativa. Por lo tanto, tiene una gran importancia para la investigación y fabricación de ánodos basados ​​en silicio si el comportamiento de expansión de volumen de los ánodos basados ​​en silicio puede evaluarse rápidamente durante la carga y descarga.

2. Métodos de prueba tradicionales

3. Introducción de detección de expansión rápida in situ para ánodo a base de silicio

Características del producto

Caracterización in situ del cambio de espesor de expansión del sistema basado en silicio.

Cuatro canales para probar múltiples celdas simultáneamente.

Adecuado para celdas con varias estructuras: celda tipo moneda, celda apilada y celda de bolsa, etc.

Interfaz de operación visual, un clic para exportar los datos.

4. Aplicación

1. Prueba de expansión in situ del modelo de celda tipo moneda:

Parámetros de la celda: celda de monedas completa (NCM811 / SiC), con una capacidad de aproximadamente 3 mAh

Parámetros experimentales: tres muestras paralelas, cargando y descargando durante tres ciclos, y registrando sincrónicamente el espesor de expansión de estas tres celdas de monedas completas.

Resultado experimental:

La celda tipo moneda completa se expande/encoge con el proceso de carga/descarga, y el punto de inflexión de la curva de voltaje en los tres ciclos es muy consistente con el punto de inflexión de la curva de expansión del espesor, lo que indica que la curva de expansión del espesor puede reflejar efectivamente el cambio de volumen de los electrodos causados ​​por la intercalación/desintercalación de iones de litio. fue solo del 0,6 %, lo que indica la buena consistencia del ciclo de la celda tipo moneda modelo.

Nota: COV (Coeficiente de variación) = (desviación estándar, sigma) / (media)

2. Prueba de expansión in situ de células laminadas multicapa:

Parámetros de la celda: Celda apilada multicapa (NCM811 / SiC), con una capacidad de alrededor de 400 mAh;

Parámetros experimentales: tres muestras paralelas, prueban sincrónicamente la relación de expansión del espesor a una presión constante de 0.1MPa

Resultado experimental:

La celda apilada multicapa se expande/contrae con el proceso de carga/descarga, y las curvas de expansión del espesor de tres muestras paralelas mantienen una buena repetibilidad para ambos dos ciclos. es del 1,4%, lo que indica una buena concordancia entre las muestras paralelas.

3. Prueba de expansión in situ de la celda de la bolsa:

Parámetros de la celda: celda de bolsa multicapa con estructura de bobinado (NCM811 / SiC), capacidad de aproximadamente 400 mAh;

Parámetros experimentales: relación de expansión de espesor de prueba sincrónica a una presión constante de 0.1MPa.

Resultado experimental:

La celda de la bolsa multicapa se expande/contrae con el proceso de carga/descarga, y las curvas de expansión de espesor de tres muestras paralelas mantienen una buena repetibilidad para ambos ciclos. Cuando la celda de la bolsa está completamente cargada, la relación de expansión máxima correspondiente es de aproximadamente 4,3 % y el COV de espesor de expansión entre los tres grupos de baterías es de 1,9 %, lo que indica que la consistencia entre estas tres muestras paralelas.

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