În cercetarea și dezvoltarea laboratoarelor de baterii litiu, de la pregătirea electrozilor la asamblarea bateriei și testarea performanței, este necesar un set de echipamente specializate pentru a susține procesul. În cercetarea și dezvoltarea laboratoarelor de baterii litiu, de la pregătirea electrozilor la asamblarea bateriei și testarea performanței, este necesar un set de echipamente specializate pentru a susține procesul. Precizia și stabilitatea acestor dispozitive determină direct fiabilitatea datelor de cercetare. Acest articol se concentrează pe echipamentele pentru baterii litiu utilizate în mod obișnuit în laboratoare și analizează funcțiile și logica de aplicare a acestora. Acest articol se concentrează pe echipamentele pentru baterii litiu utilizate în mod obișnuit în laboratoare și analizează funcțiile și logica de aplicare a acestora.
I. Echipament de bază pentru pregătirea electrozilor
1.Mix de amestecător de suspensie în vid
Ca echipament de pornire pentru prepararea electrozilor, funcția sa principală este de a obține o dispersie uniformă a materialelor active, agenților conductivi, lianților și solvenților. Modelul de laborator utilizat în mod obișnuit are un volum efectiv de 0,2 - 3 l, permite reglarea continuă a vitezei de 50 - 500 rpm și este echipat cu un grad de vid de ≤ -0,095 MPa. Acest lucru poate preveni formarea de bule în suspensie. De exemplu, la prepararea suspensiei cu electrozi ternari pozitivi, echipamentul controlează cu precizie temperatura la temperatura camerei până la -80 ℃ pentru a preveni evaporarea rapidă a solventului NMP, asigurând stabilitatea vâscozității suspensiei și punând bazele pentru acoperirea ulterioară.
2. Mașină mică de acoperire cu cuțit de curățat
Cel/Cea/Cei/Celemașină de acoperire Necesită o acoperire uniformă a suspensiei amestecate pe colectorul de curent (folie de aluminiu/folie de cupru). Modelele de laborator utilizează în mare parte un cuțit abraziv pentru a regla grosimea, cu o precizie de ±5 μm. Echipamentul acceptă o viteză de acoperire reglabilă de 1 - 50 mm/s, potrivită pentru suspensii cu vâscozitate diferită - de exemplu, la acoperirea unei suspensii cu electrod negativ pe bază de siliciu, viteza trebuie redusă la 5 - 10 mm/s pentru a evita dungile în suspensie din cauza vâscozității ridicate, asigurând consecvența grosimii foii de electrod.
3. Cuptor de uscare în vid și presă cu role
Foaia de electrod acoperită trebuie să fie uscată în vid într-un cuptor de uscare pentru a îndepărta solventul. Echipamentul de laborator are o precizie de control al temperaturii de ±1℃ și un grad de vid de ≤ -0,098 MPa. Acesta poate seta un program de creștere a temperaturii în trepte (cum ar fi 60℃/2h → 80℃/4h) pentru a preveni fisurarea foii de electrod. Foaia de electrod uscată trebuie presată cu o presă cu role. Presiunea presei mici cu role de laborator poate fi ajustată în intervalul 0 - 50 kN, iar diametrul rolei este în general de 80 - 120 mm. Prin controlul presiunii (cum ar fi 20 - 30 kN pentru electrodul pozitiv și 15 - 20 kN pentru electrodul negativ), densitatea foii de electrod poate fi ajustată, afectând capacitatea bateriei și performanța ciclului.
II. Echipament de asamblare și etanșare a bateriilor
1. Torpedo (protecție împotriva gazelor inerte)
În asamblarea bateriilor cilindrice și a bateriilor tip „sac”, cutia cu mănuși poate oferi un mediu uscat și fără oxigen (conținut de apă-oxigen ≤ 1 ppm), împiedicând electrozii și electrolitul să intre în contact cu aerul. În laboratoare se utilizează în mod obișnuit cutii cu mănuși cu două stații, echipate cu sisteme de purificare a gazelor și camere de transfer în vid, pentru a finaliza operațiuni precum tăierea foilor de electrod, înfășurarea (sau stivuirea) și picurarea electrolitului. De exemplu, la asamblarea bateriilor în stare solidă, întregul proces trebuie efectuat în cutia cu mănuși pentru a preveni absorbția umezelii de către electrolitul în stare solidă și pierderea eficacității sale.
2. Mașină de sigilat pentru baterii cilindrice
Pentru bateriile cilindrice comune, cum ar fi CR2032, mașina de sigilare de laborator utilizează metode de presiune hidraulică sau manuală, cu presiune de sigilare reglabilă (de obicei 0,5-2 MPa). Echipamentul trebuie să asigure performanțe de etanșare pentru a preveni scurgerile de electrolit și, de asemenea, pentru a preveni deformarea carcasei bateriei prin presiune excesivă, afectând testele ulterioare.
III. Echipamente cheie pentru testarea performanței
1. Tester de baterii (sistem de testare a încărcării și descărcării)
Acest echipament de bază este utilizat pentru a testa parametri precum capacitatea bateriei, durata de viață a ciclului și performanța ratei. Modelele de laborator au de obicei 8-32 de canale, cu intervale de curent de 0,001-10 A și o precizie de tensiune de ±0,1 mV. În timpul testării, pot fi setate mai multe regimuri de încărcare și descărcare, cum ar fi încărcarea la curent constant și tensiune constantă (CC-CV) și încărcarea și descărcarea treptată, pentru a satisface diferite nevoi de cercetare - de exemplu, atunci când se testează performanța ciclului bateriei, se utilizează adesea o rată de încărcare și descărcare de 1C, iar rata de retenție a capacității după 500 de cicluri este înregistrată.
2. Stație de lucru electrochimică
Este utilizat în principal pentru analize electrochimice, cum ar fi impedanța de curent alternativ (EIS) și voltametria ciclică (CV), pentru a explora caracteristici microscopice precum rezistența la transferul de sarcină și coeficientul de difuzie a ionilor de litiu în baterie. Laboratoarele utilizează în mod obișnuit stații de lucru cu o gamă de frecvență de 10 μHz-1 MHz și o rezoluție de curent de 1 pA. Acestea pot fi echipate cu dispozitive speciale pentru a efectua teste in situ pentru baterii cilindrice și de tip pungă, oferind suport de date pentru analiza mecanismelor de degradare a bateriilor.
IV. Colaborarea în domeniul echipamentelor și valoarea cercetării
Echipamentul pentru baterii cu litiu din laborator ar trebui să formeze o buclă închisă de tip „preparare - asamblare - testare”: de exemplu, prin intermediul mașinii de amestecare a suspensiei și al mașinii de acoperire, se controlează calitatea foii de electrod prin intermediul mașinii de amestecat suspensii și a mașinii de acoperire. După asamblarea în torpedou, testerul și stația de lucru sunt utilizate pentru a verifica performanța, iar apoi rezultatele testelor sunt utilizate pentru a optimiza parametrii echipamentului (cum ar fi ajustarea timpului de amestecare și a grosimii acoperirii) în sens invers. Acest sistem de echipamente nu numai că asigură repetabilitatea experimentelor la scară mică, dar verifică rapid și potențialul de aplicare al noilor materiale (cum ar fi noi materiale catodice, electroliți în stare solidă), oferind un suport cheie pentru dezvoltarea iterativă a tehnologiei bateriilor cu litiu.
