Aluminium foil adalah pengumpul arus katoda utama dalam baterai litium-ion komersial. Namun, pengumpul arus aluminium foil konvensional menghadirkan beberapa tantangan, termasuk resistensi kontak pada antarmuka antara foil kaku dan unit bahan aktif katoda, yang menyebabkan resistensi antarmuka yang signifikan. Adhesi yang lemah dengan bahan aktif, ditambah dengan perubahan volume elektroda secara terus menerus selama siklus pengisian/pengosongan, dapat menyebabkan pelepasan bahan aktif (“debu”), mempercepat pemudaran kapasitas dan penurunan masa pakai. Selain itu, produk dari dekomposisi oksidatif elektrolit dapat berpartisipasi dalam reaksi elektrokimia pada aluminium foil, sehingga mempercepat korosi. Untuk mengatasi masalah ini, berbagai metode modifikasi untuk aluminium foil telah dieksplorasi, termasuk etsa kimia, etsa elektrokimia, anodisasi DC, perlakuan corona, dan pelapis konduktif (seperti pelapis graphene, pelapis karbon nanotube, dan pelapis komposit) yang diterapkan pada permukaan substrat. Beberapa di antaranya sudah digunakan dalam produk komersial. Dalam beberapa tahun terakhir, pelapis konduktif, khususnya-aluminium foil berlapis karbon, telah diadopsi secara luas. Alasan utamanya adalah kemampuannya untuk mengurangi resistensi kontak antar muka pengumpul arus katoda, mengurangi polarisasi, dan akibatnya meningkatkan kemampuan laju pengosongan baterai sampai batas tertentu.
Penelitian terkini tentang foil berlapis karbon-terutama berfokus pada kompatibilitas foil dengan formulasi katoda dan kinerja laju. Metode seperti korosi kimia, etsa elektrokimia, dan perlakuan korona dapat meningkatkan keterbasahan dan kekasaran permukaan aluminium foil, mengurangi resistensi perpindahan muatan, dan meningkatkan laju dan kinerja perputaran. Pelapis seperti graphene, karbon nanotube, dan pelapis anti-korosi semuanya telah terbukti meningkatkan kinerja sel. Misalnya, sebuah penelitian mencatat bahwa lapisan graphene hanya menghasilkan peningkatan resistansi internal sebesar 5 mΩ setelah 50 siklus, yang menunjukkan daya rekat yang baik. Meskipun penelitian signifikan telah dilakukan pada sistem slurry, penerapan proses, dan teknologi pengolahan permukaan, dampak ketebalan lapisan karbon terhadap kinerja sel secara keseluruhan, khususnya pada laju dan kinerja siklus katoda Lithium Iron Phosphate (LFP), jarang dilaporkan. Penelitian ini terutama menggunakan aluminium foil setebal 16 μm sebagai substrat untuk menyelidiki perubahan morfologi foil dengan berbagai ketebalan lapisan karbon dan dampak selanjutnya terhadap kinerja sel.
Ciri Fisik Foil Berlapis dengan Ketebalan Berbeda
Seperti yang ditunjukkan di antara Tabel, kerapatan areal foil secara bertahap meningkat seiring dengan ketebalan lapisan konduktif. Hambatan listrik foil tidak berubah secara linier terhadap ketebalan. Semua pengumpul arus dengan lapisan karbon menunjukkan konduktivitas yang lebih buruk dibandingkan aluminium murni, dengan nilai resistansi 2 hingga 6 kali lebih tinggi. Sampel Al-2 menunjukkan resistansi internal terendah, sedangkan Al-5 memiliki resistansi internal tertinggi. Hal ini disebabkan oleh peningkatan kandungan bahan pengikat/koloid (kurang konduktif) di dalam lapisan seiring dengan bertambahnya berat lapisan. Dengan meningkatnya ketebalan lapisan karbon, maka bidang kontak antara bahan aktif Lithium Iron Phosphate (LFP) dengan lapisan lapisan konduktif juga meningkat sehingga menyebabkan kekuatan pengelupasan meningkat. Namun, dengan semakin luasnya area tertanam, kontak antara bahan aktif dan bahan pengikat/koloid di dalam lapisan konduktif juga meningkat, sehingga meningkatkan resistensi.
|
TIDAK.
|
Ketebalan Total μm
|
Kepadatan Areal g · m－2
|
Kepadatan Areal Pelapisan g · m－2 |
Perlawanan /mΩ
|
|
| Dua sisi- | Satu-sisi | ||||
|
Al |
16 |
43. 036 76 |
0 |
0 |
21. 17 |
|
Al-1 |
17 |
44. 691 79 |
1. 655 0 |
0. 827 5 |
77. 51 |
|
Al-2 |
18 |
45. 583 08 |
2. 546 3 |
1. 273 1 |
43. 21 |
|
Al-3 |
19 |
46. 219 72 |
3. 182 9 |
1. 591 4 |
58. 70 |
|
Al-4 |
20 |
47. 302 00 |
4. 265 2 |
2. 132 6 |
111. 10 |
|
Al-5 |
21 |
48. 766 26 |
5. 729 4 |
2. 864 7 |
131. 10 |
Morfologi dan Analisis Unsur Foil Berlapis dengan Ketebalan Berbeda
Permukaan substrat yang dilapisi karbon-secara keseluruhan tampak longgar dan berpori. Dibandingkan dengan aluminium foil biasa, permukaannya menjadi lebih kasar, sehingga memberikan lebih banyak titik kontak partikel. Undulasi topografi permukaan menjadi lebih jelas dengan meningkatnya ketebalan lapisan konduktif. Namun, bahkan untuk foil Al-1, lapisan karbon terlapisi secara merata pada aluminium foil kosong. Lapisan konduktif ini terdiri dari partikel berukuran sekitar 3,4 μm dan partikel yang lebih kecil dalam kisaran 150–200 nm, dengan beberapa aglomerasi partikel dari bubur lapisan konduktif yang diamati. Sel koin yang dibuat dengan aluminium foil berlapis karbon dengan ketebalan berbeda semuanya menunjukkan puncak oksidasi dan reduksi simetris, yang menunjukkan reversibilitas reaksi redoks yang lebih baik dibandingkan dengan aluminium foil biasa. Perbedaan potensial antara puncak oksidasi dan reduksi lebih kecil dibandingkan dengan aluminium foil, menunjukkan bahwa keberadaan lapisan karbon mengurangi polarisasi elektroda.
Kesimpulan
Dari perspektif properti fisikokimia
- Kekuatan pengelupasan lembaran elektroda meningkat seiring dengan ketebalan lapisan karbon.
- Resistansi lembaran elektroda meningkat seiring dengan ketebalan lapisan.
- Nilai resistansi minimum diamati pada ketebalan total 2,0 μm.
- Pada ketebalan 4,0 μm dan 5,0 μm, resistensi transfer muatan meningkat, kemampuan difusi Li+ melemah, dan polarisasi meningkat.
- Hasil ini menunjukkan bahwa ketebalan lapisan karbon perlu dikontrol dalam kisaran yang sesuai.
Dari-perspektif kinerja elektrokimia sel penuh
- Aluminium foil-berlapis karbon menunjukkan keunggulan dalam siklus suhu ruangan 0,5C dan 2,0C, serta kinerja pelepasan suhu rendah-pada -20 derajat .
- Performa siklus optimal pada kondisi ini diamati pada ketebalan lapisan total 2,0 μm.
- Percobaan juga mengungkapkan bahwa pada laju arus 1,0C, aluminium foil menunjukkan kinerja siklus yang luar biasa, mempertahankan lebih dari 90% retensi kapasitas setelah 1.500 siklus. Temuan ini memberikan arahan untuk penyelidikan lebih lanjut mengenai mekanisme aluminium foil berlapis karbon-.
- Kinerjanya bervariasi tergantung ketebalan lapisan karbon yang berbeda. Penggunaan ketebalan lapisan yang terlalu tinggi (misalnya, 4,0 μm dan 5,0 μm) tidak secara efektif meningkatkan kinerja baterai namun malah membuang material slurry dan meningkatkan biaya.
- Meskipun aluminium foil polos dapat mencapai masa pakai optimal pada suhu 1,0C, kurva siklusnya menunjukkan fluktuasi yang signifikan, sehingga merugikan-estimasi tahap selanjutnya dari Status Kesehatan (SOH) baterai.
Dengan mempertimbangkan semua indikator secara komprehensif, total ketebalan lapisan karbon adalah1.0 μmmewakili pilihan-kinerja biaya optimal untuk-aluminium foil berlapis karbon.
Referensi
Infrastruktur Pengetahuan Nasional Tiongkok (CNKI)
Anda dapat mengunjungi tautan produk kamihttp://www/carbon-dilapisi-foil/karbon-dilapisi-aluminium-foil/karbon-dilapisi-aluminium-foil-for.htmluntuk lebih jelasnya
