In-situ Rapid Swelling Screening System für Anodenbatteriematerialien auf Siliziumbasis

In-situ Rapid Swelling Screening System für Anodenbatteriematerialien auf Siliziumbasis

SPEZIFIKATIONEN

Verschiedene Modellparameter der RSS-Serie

Installationsvoraussetzungen

1. Die Bedeutung der Messung des Ausdehnungsverhaltens von Anoden auf Siliziumbasis 

Aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile wie der hohen spezifischen Kapazität (4200 mAh/g) und der reichhaltigen Ressourcen wird die Siliziumanode (Si) voraussichtlich die Graphitanode ersetzen und das Hauptanodenmaterial für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) werden. Der schnelle Kapazitätsabbau von Siliziummaterialien während des Zyklisierungsprozesses behinderte jedoch ernsthaft seine praktischen Anwendungen., Dies liegt an der großen Volumenausdehnung der Siliziumanode von mehr als dem Dreifachen während des Einlagerungsprozesses von Lithiumionen, die den ursprünglichen Feststoff zerstört Elektrolytinterphase (SEI), die sich auf der Oberfläche der Siliziumanoden bildet. Während des Zyklisierens der LIBs wird die SEI ständig zerstört und regeneriert, was eine große Menge an Elektrolyt verbraucht und zu einem schnellen Kapazitätsabbau führt.

Um die Volumenausdehnung von Siliziummaterialien zu kompensieren, nutzen Forscher derzeit häufig Komposittechnologien (z. B. „Pufferskelett“). Die üblichen Verbundstoffwege umfassen Silizium-Kohlenstoff-Verbundstoffe, Silizium-Polymer-Verbundstoffe, Verbundstoffe aus Legierungen auf Siliziumbasis und so weiter. Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe sind relativ einfach und diese beiden Elemente können auch eng miteinander kombiniert werden. Da es die hohe Stabilität und Leitfähigkeit von Kohlenstoffmaterialien mit der hohen spezifischen Kapazität von Silizium-Materialien kombiniert, können die Silizium-Kohlenstoff-Anoden nicht nur effektiv unterdrückt werden Volumenausdehnung in einem kontrollierbaren Bereich, sondern erhöhen auch die Energiedichte und Zyklenlebensdauer der LIBs. Daher gilt sie als die vielversprechendste Anode auf Siliziumbasis für die Industrialisierung und hat viel Aufmerksamkeit erhalten.

Es ist erwähnenswert, dass, obwohl die Verbundtechnologie die Volumenausdehnung einer Anode auf Siliziumbasis verringern kann, sie das Ausdehnungsproblem immer noch nicht grundsätzlich lösen kann. Mit der Erhöhung des Siliziumgehalts in der Silizium-basierten Anode wird auch die Volumenausdehnung signifikanter. Daher ist es für die Erforschung und Herstellung von siliziumbasierten Anoden von großer Bedeutung, wenn das Volumenausdehnungsverhalten von siliziumbasierten Anoden während des Ladens und Entladens schnell bewertet werden kann.

2. Traditionelle Testmethoden

3. Einführung eines in-situ-Schnellquellscreenings für Silizium-basierte Anoden

Produktmerkmale

In-situ-Charakterisierung der Ausdehnungsdickenänderung des siliziumbasierten Systems.

Vierkanal zum gleichzeitigen Testen mehrerer Zellen.

Geeignet für Zellen mit verschiedenen Strukturen: Modell-Knopfzelle, Stapelzelle und Pouch-Zelle usw.

Visuelle Bedienoberfläche, Ein-Klick zum Exportieren der Daten.

4. Bewerbung

1. In-situ-Erweiterungstest einer Modell-Knopfzelle:

Zellenparameter: Coin Full-Knopfzelle (NCM811 / SiC) mit einer Kapazität von ca. 3 mAh

Experimentelle Parameter: Drei parallele Proben, Aufladen und Entladen für drei Zyklen und synchrones Aufzeichnen der Ausdehnungsdicke dieser drei vollen Knopfzellen.

Versuchsergebnis:

Die volle Knopfzelle dehnt sich aus / schrumpft mit dem Lade- / Entladevorgang, und der Wendepunkt der Spannungskurve in den drei Zyklen stimmt sehr gut mit dem Wendepunkt der Dickenausdehnungskurve überein, was darauf hinweist, dass die Ausdehnungsdickenkurve die Volumenänderung effektiv widerspiegeln kann der Elektroden durch Einlagerung / Auslagerung von Lithium-Ionen. betrug nur 0,6 %, was auf die gute Zykluskonstanz der Modell-Knopfzelle hinweist.

Hinweis: COV (Variationskoeffizient) = (Standardabweichung, Sigma) / (Mittelwert)

2. In-situ-Ausdehnungstest von mehrschichtigen laminierten Zellen:

Zellparameter: Mehrschichtige Stapelzelle (NCM811 / SiC), mit einer Kapazität von ca. 400 mAh;

Experimentelle Parameter: Drei parallele Proben testen synchron das Dickenausdehnungsverhältnis bei einem konstanten Druck von 0,1 MPa

Versuchsergebnis:

Die mehrschichtige gestapelte Zelle dehnt sich beim Lade-/Entladevorgang aus / zieht sich zusammen, und die Dickenausdehnungskurven von drei parallelen Proben behalten eine gute Wiederholbarkeit für beide zwei Zyklen bei. Das maximale Ausdehnungsverhältnis beträgt etwa 12,5 % und die Ausdehnungsdicke COV von drei parallelen Proben beträgt 1,4 %, was eine gute Übereinstimmung zwischen den parallelen Proben anzeigt.

3. In-situ-Ausdehnungstest der Pouch-Zelle:

Zellparameter: Mehrlagige Pouch-Zelle mit Wickelstruktur (NCM811 / SiC), Kapazität ca. 400 mAh;

Experimentelle Parameter: Dickenausdehnungsverhältnis bei einem konstanten Druck von 0,1 MPa synchron testen.

Versuchsergebnis:

Die mehrschichtige Beutelzelle expandiert/kontrahiert mit dem Lade-/Entladeprozess, und die Dickenexpansionskurven von drei parallelen Proben behalten eine gute Wiederholbarkeit für beide zwei Zyklen bei. Wenn die Pouch-Zelle vollständig aufgeladen ist, beträgt das entsprechende maximale Ausdehnungsverhältnis etwa 4,3 % und der Ausdehnungsdicken-COV zwischen den drei Batteriegruppen 1,9 %, was auf die Übereinstimmung zwischen diesen drei parallelen Proben hinweist.

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