Système de dépistage de gonflement rapide in situ pour les matériaux de batterie d'anode à base de silicium

Système de dépistage de gonflement rapide in situ pour les matériaux de batterie d'anode à base de silicium

CARACTÉRISTIQUES

Différents paramètres de modèle de la série RSS

Exigences d'installation

1. L'importance de mesurer le comportement de dilatation de l'anode à base de silicium 

En raison de ses avantages uniques tels qu'une capacité spécifique élevée (4200 mAh/g) et des ressources riches, l'anode en silicium (Si) devrait remplacer l'anode en graphite et devenir le principal matériau d'anode pour la prochaine génération de batteries lithium-ion (LIB). Cependant, la dégradation rapide de la capacité des matériaux en silicium pendant le processus de cyclage a sérieusement entravé ses applications pratiques. Cela est dû à l'expansion volumique importante de l'anode en silicium de plus de trois fois pendant le processus d'intercalation des ions lithium, ce qui détruira le solide d'origine. interphase électrolytique (SEI) formée à la surface des anodes de silicium. Lors du cyclage des LIB, le SEI sera détruit et régénéré en continu, ce qui consomme une grande quantité d'électrolyte et entraîne une dégradation rapide de la capacité. Par conséquent,

À l'heure actuelle, les chercheurs utilisent souvent la technologie des composites (par exemple, "squelette tampon") pour compenser l'expansion volumique des matériaux en silicium. Les voies composites courantes comprennent les composites silicium-carbone, les composites silicium-polymère, les composites d'alliage à base de silicium, etc. Les composites silicium-carbone sont relativement faciles et ces deux éléments peuvent également être étroitement combinés.Parce qu'ils combinent la stabilité et la conductivité élevées des matériaux en carbone, avec la capacité spécifique élevée du silicium sur les matériaux, les anodes en silicium-carbone peuvent non seulement supprimer efficacement le expansion de volume dans une plage contrôlable, mais aussi augmentation de la densité d'énergie et de la durée de vie des LIB. Ainsi, elle est considérée comme l'anode à base de silicium la plus prometteuse pour l'industrialisation et a reçu de nombreuses attentions.

Il convient de noter que bien que la technologie composite puisse atténuer l'expansion volumique de l'anode à base de silicium, elle ne peut toujours pas résoudre fondamentalement le problème d'expansion. Avec l'augmentation de la teneur en silicium dans l'anode à base de silicium, l'expansion volumique devient également plus importante. Par conséquent, il a une grande importance pour la recherche et la fabrication d'anodes à base de silicium si le comportement d'expansion volumique des anodes à base de silicium peut être rapidement évalué pendant la charge et la décharge.

2. Méthodes de test traditionnelles

3. Introduction du dépistage de gonflement rapide in situ pour l'anode à base de silicium

caractéristiques du produit

Caractérisation in-situ du changement d'épaisseur d'expansion du système à base de silicium.

Quatre canaux pour tester plusieurs cellules simultanément.

Adapté aux cellules de structures diverses : pile bouton modèle, pile empilée et pile poche, etc.

Interface d'opération visuelle, un clic pour exporter les données.

4. Candidature

1. Test d'expansion in situ de la pile bouton modèle :

Paramètres de la cellule : pile bouton complète (NCM811 / SiC), d'une capacité d'environ 3 mAh

Paramètres expérimentaux : Trois échantillons parallèles, chargeant et déchargeant pendant trois cycles, et enregistrent de manière synchrone l'épaisseur d'expansion de ces trois piles bouton complètes.

Résultat expérimental :

La cellule entière de la pièce se dilate/rétrécit avec le processus de charge/décharge, et le point tournant de la courbe de tension dans les trois cycles est très cohérent avec le point tournant de la courbe d'expansion d'épaisseur, indiquant que la courbe d'épaisseur d'expansion peut refléter efficacement le changement de volume des électrodes causées par l'intercalation / désintercalation des ions lithium. n'était que de 0,6 %, ce qui indique la bonne cohérence du cycle de la pile bouton modèle.

Remarque : COV (coefficient de variation) = (écart type, sigma) / (moyenne)

2. Test d'expansion in situ des cellules stratifiées multicouches :

Paramètres de la cellule : cellule empilée multicouche (NCM811/SiC), d'une capacité d'environ 400 mAh ;

Paramètres expérimentaux : trois échantillons parallèles, testent de manière synchrone le taux d'expansion de l'épaisseur à une pression constante de 0,1 MPa.

Résultat expérimental :

La cellule empilée multicouche se dilate/se contracte avec le processus de charge/décharge, et les courbes d'expansion d'épaisseur de trois échantillons parallèles maintiennent une bonne répétabilité pour les deux cycles. Le taux d'expansion maximum est d'environ 12,5 %, et l'épaisseur d'expansion COV de trois échantillons parallèles est de 1,4 %, indiquant un bon accord entre les échantillons parallèles.

3. Test d'expansion in situ de la cellule de poche :

Paramètres de la cellule : cellule de poche multicouche avec structure d'enroulement (NCM811/SiC), capacité d'environ 400 mAh ;

Paramètres expérimentaux : tester de manière synchrone le taux d'expansion de l'épaisseur à une pression constante de 0,1 MPa.

Résultat expérimental :

La cellule de la poche multicouche se dilate/se contracte avec le processus de charge/décharge, et les courbes d'expansion d'épaisseur de trois échantillons parallèles maintiennent une bonne répétabilité pour les deux cycles. Lorsque la cellule de la poche est complètement chargée, le taux d'expansion maximal correspondant est d'environ 4,3 % et l'épaisseur d'expansion COV entre les trois groupes de batteries est de 1,9 %, ce qui indique que la cohérence entre ces trois échantillons parallèles.

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