В научноизследователската и развойна дейност в лаборатории за литиеви батерии, от подготовката на електродите до сглобяването на батериите и тестването на производителността, е необходим набор от специализирано оборудване, което да поддържа процеса. В научноизследователската и развойна дейност в лаборатории за литиеви батерии, от подготовката на електродите до сглобяването на батериите и тестването на производителността, е необходим набор от специализирано оборудване, което да поддържа процеса. Точността и стабилността на тези устройства пряко определят надеждността на изследователските данни. Точността и стабилността на тези устройства пряко определят надеждността на изследователските данни. Тази статия се фокусира върху често използваното оборудване за литиеви батерии в лаборатории и анализира техните функции и логика на приложение. Тази статия се фокусира върху често използваното оборудване за литиеви батерии в лаборатории и анализира техните функции и логика на приложение.
I. Основно оборудване за подготовка на електроди
1.Малък вакуумен смесител за суспензия
Като изходно оборудване за подготовка на електроди, основната му функция е да постигне равномерно разпределение на активни материали, проводими агенти, свързващи вещества и разтворители. Често използваният лабораторен модел има ефективен обем от 0,2 - 3 л, поддържа безстепенно регулиране на скоростта от 50 - 500 об/мин и е оборудван със степен на вакуум ≤ -0,095 МПа. Това може да предотврати образуването на мехурчета в суспензията. Например, при подготовката на суспензия от троен положителен електрод, оборудването прецизно контролира температурата при стайна температура до -80℃, за да предотврати бързото изпаряване на НМП разтворителя, осигурявайки стабилност на вискозитета на суспензията и полагайки основата за последващо покритие.
2. Малка машина за покритие с нож за почистване
Theмашина за покритие Необходимо е смесената суспензия да се нанесе равномерно върху токоприемника (алуминиево фолио / медно фолио). Лабораторните модели най-често използват нож за почистване, за да регулират дебелината, с точност от ±5 μm. Оборудването поддържа регулируема скорост на нанасяне от 1 - 50 мм/s, подходяща за суспензия с различен вискозитет - например, при нанасяне на суспензия от отрицателен електрод на силициева основа, скоростта трябва да се намали до 5 - 10 мм/s, за да се избегнат следи в суспензията поради високия вискозитет, като се гарантира постоянство на дебелината на електродния лист.
3. Вакуумна сушилня и ролкова преса
Покритият електроден лист трябва да се суши под вакуум в сушилня, за да се отстрани разтворителят. Лабораторното оборудване има точност на контрол на температурата от ±1℃ и степен на вакуум ≤ -0,098 МПа. Може да се зададе програма за стъпково повишаване на температурата (например 60℃/2h → 80℃/4h), за да се предотврати напукване на електродния лист. Изсушеният електроден лист трябва да се пресова с ролкова преса. Налягането на малката лабораторна ролкова преса може да се регулира в диапазона от 0 - 50 кН, а диаметърът на ролката е най-често 80 - 120 мм. Чрез контролиране на налягането (например 20 - 30 кН за положителния електрод и 15 - 20 кН за отрицателния електрод) може да се регулира плътността на електродния лист, което влияе върху капацитета на батерията и производителността на цикъла.
II. Оборудване за сглобяване и запечатване на батерии
1. Жабка (защита от инертен газ)
При сглобяването на цилиндрични и торбичести батерии, ръкавичната кутия може да осигури суха и безкислородна среда (съдържание на вода и кислород ≤ 1 ppm), предотвратявайки контакта на електродите и електролита с въздуха. В лабораториите често се използват двупозиционни ръкавични кутии, оборудвани със системи за пречистване на газове и вакуумни трансферни камери, за извършване на операции като рязане на електродни листове, навиване (или подреждане) и капене на електролит. Например, при сглобяването на твърдотелни батерии, целият процес трябва да се извърши в ръкавичната кутия, за да се предотврати абсорбирането на влага от твърдия електролит и загубата на неговата ефективност.
2. Машина за запечатване на цилиндрични батерии
За обикновени цилиндрични батерии, като например CR2032, лабораторната машина за запечатване използва хидравлични или ръчни методи на налягане, с регулируемо налягане на запечатване (обикновено 0,5-2 МПа). Оборудването трябва да осигурява ефективност на запечатване, за да се предотврати изтичане на електролит, а също така да се предотврати прекомерното налягане, което да доведе до деформация на корпуса на батерията, което да повлияе на последващите тестове.
III. Ключово оборудване за тестване на производителността
1. Тестер за батерии (система за тестване на зареждане и разреждане)
Това основно оборудване се използва за тестване на параметри като капацитет на батерията, живот на циклите и скорост на зареждане/разреждане. Лабораторните модели обикновено имат 8-32 канала, с диапазони на тока от 0,001-10 A и точност на напрежението от ±0,1 mV. По време на тестването могат да се зададат множество режими на зареждане и разреждане, като например зареждане с постоянен ток и постоянно напрежение (Копие на кредитната карта-Автобиография) и поетапно зареждане и разреждане, за да се отговорят на различни изследователски нужди - например, при тестване на производителността на циклите на батерията често се използва скорост на зареждане и разреждане от 1C и се записва скоростта на задържане на капацитета след 500 цикъла.
2. Електрохимична работна станция
Използва се главно за електрохимичен анализ, като например импеданс на променлив ток (EIS) и циклична волтамперометрия (Автобиография), за изследване на микроскопични характеристики като съпротивление на пренос на заряд и коефициент на дифузия на литиеви йони в батерията. Лабораторията обикновено използва работни станции с честотен диапазон от 10 μHz-1 MHz и токова резолюция от 1 pA. Те могат да бъдат оборудвани със специални приспособления за провеждане на в-ситуация тестове за цилиндрични и торбичести батерии, осигурявайки поддръжка на данни за анализ на механизмите на деградация на батериите.
IV. Сътрудничество в областта на оборудването и стойност на изследванията
Оборудването за литиеви батерии в лабораторията трябва да образува затворен цикъл от подготовка - монтаж - тестване: Например, чрез машина за смесване на суспензия и машина за нанасяне на покритие, за да се контролира качеството на електродния лист, след монтажа в ръкавичната камера, тестерът и работната станция се използват за проверка на производителността, а след това резултатите от теста се използват за оптимизиране на параметрите на оборудването (като регулиране на времето за смесване и дебелината на покритието) в обратен ред. Тази система от оборудване не само осигурява повторяемостта на малки експерименти, но и бързо проверява потенциала на приложение на нови материали (като нови катодни материали, твърдотелни електролити), осигурявайки ключова подкрепа за итеративното разработване на технологията за литиеви батерии.
