Cuantificación de la resistencia de la capa compuesta y la resistividad de la interfaz de láminas de electrodos de baterías de iones de litio

Ayudando a acortar los tiempos de desarrollo al tiempo que facilita el control de calidad de las piezas producidas en masa

Las baterías de iones de litio (LIB) livianas y de alta capacidad se usan ampliamente en teléfonos inteligentes y dispositivos inalámbricos en todo el mundo. En los últimos años, los LIB han atraído la atención como fuente de energía para vehículos eléctricos (EV), y la industria ahora está acelerando los esfuerzos de mejora y desarrollo para lograr una mayor capacidad y reducir el peso en previsión de su uso generalizado en ese rol.
El sistema de medición de resistencia de electrodos RM2610 es el primer sistema de medición y análisis del mundo que puede aislar y cuantificar la resistencia de las láminas de electrodos positivos y negativos LIB en la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de contacto (interfaz) entre la capa compuesta y el colector.

Fabricantes de baterías, vehículos eléctricos y materiales que deseen determinar las características de resistencia de manera detallada durante los procesos anteriores

Problema 1: el desarrollo de LIB requiere mucho tiempo

Reducir la resistencia interna es clave en el esfuerzo por mejorar el rendimiento de LIB. También es necesario determinar las características de resistencia de las láminas de electrodos, un material importante en las baterías, de forma detallada y estudiar los efectos de esas características en los materiales, los métodos de fabricación y otros aspectos del proceso de producción. Ser capaz de determinar las características de resistencia en el estado de la lámina del electrodo significa poder determinar los cambios causados por las diferencias en los materiales y el proceso de fabricación de la lámina del electrodo. Sin embargo, hasta la fecha no ha habido ninguna técnica para evaluar las características de resistencia en el estado de la lámina de electrodos de forma detallada. Es típico evaluar las características de las células, pero lleva tiempo preparar y evaluar las células usando diferentes combinaciones de materiales y procesos. Los tiempos de desarrollo se pueden acortar clasificando las piezas principalmente en el estado de la hoja de electrodos y luego evaluando las células utilizando las hojas de electrodos clasificadas.

Problema 2: las células producidas en masa exhiben una calidad inconsistente

Las células producidas en masa deben exhibir una calidad constante. El control de calidad en los procesos anteriores es fundamental para garantizar una calidad constante al final. La gestión de la calidad en el estado de la lámina de electrodos ayuda a mejorar la eficiencia de la producción.

Problema 3: Los métodos convencionales no proporcionan una comprensión detallada de las características

Los métodos para medir las características de resistencia en el estado de la lámina de electrodos incluyen la medición de resistencia de 4 sondas y de paso. Sin embargo, esos métodos miden las características de resistencia de toda la hoja de electrodos. No pueden proporcionar una comprensión de la resistencia de la capa compuesta o la resistencia de la interfaz. Es necesario aislar y cuantificar la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz.

Problema 4: Los fabricantes de materiales quieren transmitir las ventajas de sus productos a los fabricantes de baterías

Los fabricantes de materiales tinta quieren comunicar los efectos de sus materiales sobre las características de la celda de una manera específica. Los datos evaluados de la lámina de electrodos pueden proporcionar efectos más realistas sobre el material tinta que los datos evaluados de una celda.

Beneficios de visualizar la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz en láminas de electrodos

El RM2610 es un sistema de medición y análisis que puede aislar y cuantificar la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz de las láminas de electrodos, dos propiedades que han sido imposibles de visualizar hasta ahora. El sistema coloca un dispositivo de prueba (que consta de múltiples sondas de prueba) en contacto con la superficie de la hoja de electrodos para medir el potencial y luego utiliza un método analítico patentado Hioki para cuantificar la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz. Esos valores se pueden usar para determinar cambios en las características de la hoja de electrodos causados por diferencias en los materiales, la composición y las condiciones de fabricación. Asegurar la calidad durante el proceso de fabricación de láminas de electrodos promete acelerar el trabajo de desarrollo impulsando la evolución y las mejoras de LIB al mismo tiempo que mejora los rendimientos de producción.

Acelera el desarrollo al comprender la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz: fabricante de baterías y materiales

Al determinar los cambios en la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz mientras varía el agente auxiliar conductor, los fabricantes han podido identificar los agentes auxiliares conductores apropiados que reducen la resistencia de la interfaz. También han podido revisar los cambios en la resistencia de la interfaz causados por la presencia o ausencia de un recubrimiento de carbono. De esta forma, los fabricantes de baterías han podido acelerar el desarrollo. Los fabricantes de materiales han adquirido la capacidad de comunicar las ventajas de sus materiales a los fabricantes de baterías.

Se convirtió en un factor para determinar el valor óptimo de la fuerza de presión: fabricantes de baterías

Al cuantificar los resultados de los cambios en la densidad del electrodo realizados por la variación de la fuerza de presión, los fabricantes han adquirido una comprensión de cómo la densidad del electrodo afecta la resistencia de la interfaz. Aprendieron que aunque los ajustes de fuerza de presión más altos y las densidades de electrodos más altas reducen tanto la resistividad de volumen como la resistencia de interfaz de la capa compuesta, esta última disminuye abruptamente hasta cierto punto y luego permanece aproximadamente uniforme, proporcionando información útil para determinar los valores óptimos de fuerza de presión.

Descripción general del sistema de medición de resistencia de electrodos

El RM2610 consta del medidor de resistencia de electrodos RM2611, el software de cálculo de resistencia de electrodos RM2612, la unidad de prensa RM9003, el accesorio de prueba RM9004, el cable de conexión RM9005 y la herramienta de mantenimiento RM9006. Los cálculos utilizan una técnica conocida como ajuste para aislar y cuantificar la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz.

Primero, el dispositivo de prueba RM9004, que consta de varias sondas, se pone en contacto con la superficie de la hoja de electrodos y se aplica corriente entre dos sondas específicas.

La corriente aplicada se distribuye de manera tridimensional dentro de la hoja de electrodos, creando una distribución potencial en la superficie de la hoja. Las sondas de medición de voltaje se utilizan para medir esa distribución potencial. El potencial obtenido aquí se conoce como potencial medido.

Hioki ideó un modelo de hoja de electrodos para calcular los valores potenciales en su superficie. Los valores de potencial obtenidos con este modelo sirven como potencial calculado.

Las cifras de potencial calculadas se calculan repetidamente mientras se varía la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz como variables. Los valores para los cuales el potencial medido y los valores de potencial calculados se acercan más entre sí en el curso de estos cálculos repetidos se emiten como la resistencia de capa compuesta y la resistencia de interfaz.

Soluciones Hioki para adaptarse a la evolución de las LIB

Los LIB seguirán evolucionando en el futuro. Los fabricantes continuarán variando los materiales de las baterías, los aditivos, la composición, las proporciones de los materiales y las condiciones del proceso en una búsqueda para lograr un mayor rendimiento. Hioki desarrolló el RM2610, un sistema para aislar y cuantificar la resistencia de la capa compuesta y la resistencia de la interfaz de las láminas de electrodos, como una solución para su uso en los procesos previos de fabricación de LIB. También hemos propuesto un nuevo método para analizar lechadas de electrodos en procesos aguas arriba. La tecnología analítica patentada Hioki se utiliza para analizar los valores medidos de impedancia de las lechadas de electrodos LIB para derivar la dispersabilidad de los materiales conductores y el grado de desarrollo de las redes conductoras.
Obtenga más información sobre el sistema analítico de lodos aquí

A medida que crezca la adopción de vehículos eléctricos e Internet de las cosas (IoT), también lo hará la demanda de LIB, lo que conducirá a un ciclo de desarrollo más corto y requisitos de seguridad y costos más estrictos. Hioki ofrece una amplia gama de instrumentos de medición con funcionalidad diseñada para satisfacer las demandas de los clientes para su uso en procesos de fabricación e I+D de LIB. Los instrumentos de demostración están disponibles, así que comuníquese con Hioki si desea experimentar la funcionalidad de nuestros productos por sí mismo. También nos complace proporcionar muestras para que los posibles clientes puedan realizar pruebas de medición. Y póngase en contacto con cualquier problema de medición que desee resolver o los instrumentos que le interesen.

Más información

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  Sistema de medición de resistencia de electrodos RM2610