В лабораториях по исследованию и разработке литиевых аккумуляторов, от подготовки электродов до сборки аккумулятора и тестирования производительности, требуется набор специализированного оборудования для поддержки процесса.В лабораториях по исследованию и разработке литиевых аккумуляторов, от подготовки электродов до сборки аккумулятора и тестирования производительности, требуется набор специализированного оборудования для поддержки процесса. Точность и стабильность этих устройств напрямую определяют надежность исследовательских данных. Точность и стабильность этих устройств напрямую определяют надежность исследовательских данных. В этой статье основное внимание уделяется оборудованию для литиевых аккумуляторов, обычно используемому в лабораториях, и анализируются его функции и логика применения. В этой статье основное внимание уделяется оборудованию для литиевых аккумуляторов, обычно используемому в лабораториях, и анализируются его функции и логика применения.
I. Основное оборудование для подготовки электродов
1.Малый вакуумный смеситель для шлама
В качестве исходного оборудования для подготовки электродов его основная функция заключается в достижении равномерного распределения активных материалов, проводящих агентов, связующих веществ и растворителей. Обычно используемая лабораторная модель имеет эффективный объем 0,2–3 л, поддерживает плавную регулировку скорости 50–500 об/мин и обеспечивает уровень вакуума ≤ -0,095 МПа. Это позволяет предотвратить образование пузырьков в суспензии. Например, при приготовлении суспензии для тройного положительного электрода оборудование точно контролирует температуру от комнатной до -80 °C, чтобы предотвратить быстрое испарение растворителя НМП, обеспечивая стабильность вязкости суспензии и закладывая основу для последующего нанесения покрытия.
2. Малая машина для нанесения покрытия с помощью чистящего ножа
Theмашина для нанесения покрытия Необходимо равномерно нанести смешанную суспензию на токосъемник (алюминиевую/медную фольгу). В лабораторных моделях толщина слоя обычно регулируется с помощью скребка с точностью ±5 мкм. Оборудование поддерживает регулируемую скорость нанесения от 1 до 50 мм/с, что подходит для суспензий различной вязкости. Например, при нанесении суспензии на кремниевую основу для отрицательного электрода скорость необходимо снизить до 5–10 мм/с, чтобы избежать образования полос из-за высокой вязкости, обеспечивая постоянство толщины электродного листа.
3. Вакуумная сушильная печь и роликовый пресс
Покрытый электродный лист необходимо подвергнуть вакуумной сушке в сушильном шкафу для удаления растворителя. Лабораторное оборудование имеет точность регулирования температуры ±1 ℃ и степень вакуума ≤ -0,098 МПа. Оно может устанавливать программу ступенчатого повышения температуры (например, 60 ℃/2 ч → 80 ℃/4 ч), чтобы предотвратить растрескивание электродного листа. Высушенный электродный лист необходимо прессовать роликовым прессом. Давление небольшого лабораторного роликового пресса можно регулировать в диапазоне 0 - 50 кН, а диаметр ролика обычно составляет 80 - 120 мм. Регулируя давление (например, 20 - 30 кН для положительного электрода и 15 - 20 кН для отрицательного электрода), можно регулировать плотность электродного листа, влияя на емкость батареи и производительность цикла.
II. Оборудование для сборки и герметизации аккумуляторных батарей
1. Перчаточный ящик (защита инертным газом)
При сборке цилиндрических и пакетных аккумуляторов перчаточный бокс обеспечивает сухую и бескислородную среду (содержание воды и кислорода ≤ 1 частей на миллион), предотвращая контакт электродов и электролита с воздухом. В лабораториях обычно используются двухпозиционные перчаточные боксы, оборудованные системами газоочистки и вакуумными камерами для выполнения таких операций, как резка электродных листов, намотка (или укладка) и заливка электролита. Например, при сборке твердотельных аккумуляторов весь процесс должен осуществляться в перчаточном боксе, чтобы предотвратить впитывание влаги твердым электролитом и потерю им эффективности.
2. Машина для герметизации цилиндрических батарей
Для обычных цилиндрических батареек, таких как CR2032, лабораторная герметизирующая машина использует гидравлические или ручные методы давления с регулируемым давлением герметизации (обычно 0,5–2 МПа). Оборудование должно обеспечивать герметичность, предотвращая утечку электролита, а также не допуская деформации корпуса батареи из-за чрезмерного давления, что может повлиять на результаты последующих испытаний.
III. Ключевое оборудование для тестирования производительности
1. Тестер аккумуляторов (система тестирования зарядки и разрядки)
Это основное оборудование используется для тестирования таких параметров, как ёмкость аккумулятора, срок службы и скорость заряда/разряда. Лабораторные модели обычно имеют от 8 до 32 каналов с диапазоном тока от 0,001 до 10 А и точностью измерения напряжения ±0,1 мВ. В процессе тестирования можно задавать различные режимы заряда/разряда, например, заряд постоянным током и постоянным напряжением (СС-резюме) и ступенчатый заряд/разряд, для удовлетворения различных исследовательских потребностей. Например, при тестировании циклов заряда/разряда аккумулятора часто используется ток заряда/разряда 1С, а также регистрируется скорость сохранения ёмкости после 500 циклов.
2. Электрохимическая рабочая станция
Он в основном используется для электрохимического анализа, такого как импеданс переменного тока (ЭИС) и циклическая вольтамперометрия (резюме), для исследования микроскопических характеристик, таких как сопротивление переносу заряда и коэффициент диффузии литиевых ионов в аккумуляторе. В лабораториях обычно используются рабочие станции с диапазоном частот от 10 мкГц до 1 МГц и разрешением по току 1 пА. Они могут быть оснащены специальными устройствами для проведения в-место испытаний цилиндрических и пакетных аккумуляторов, что обеспечивает получение данных для анализа механизмов деградации аккумуляторов.
IV. Сотрудничество в области оборудования и исследовательская ценность
Оборудование для литиевых аккумуляторов в лаборатории должно образовывать замкнутый цикл подготовки – сборки – испытания: например, через установку для смешивания суспензии и установку для нанесения покрытия, контролирующих качество электродного листа, после сборки в перчаточном боксе испытательная установка и рабочая станция используются для проверки производительности, а затем результаты испытаний используются для оптимизации параметров оборудования (таких как регулировка времени смешивания и толщины покрытия) в обратном порядке. Эта система оборудования не только обеспечивает повторяемость экспериментов малого масштаба, но и позволяет быстро проверить потенциал применения новых материалов (например, новых катодных материалов, твердотельных электролитов), обеспечивая ключевую поддержку итеративной разработке технологии литиевых аккумуляторов.
