실리콘계 음극전지 소재의 In-situ Rapid Swelling Screening System

실리콘계 음극전지 소재의 In-situ Rapid Swelling Screening System

명세서

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설치 요구 사항

1. 실리콘계 음극의 팽창 거동 측정의 의의 

실리콘(Si) 음극은 높은 비용량(4200mAh/g)과 풍부한 자원이라는 고유한 장점으로 인해 흑연 음극을 대체하고 차세대 리튬이온전지(LIB)의 주요 양극 소재가 될 것으로 기대됩니다. 그러나 사이클링 과정에서 실리콘 재료의 급격한 용량 저하가 실제 적용을 심각하게 방해했습니다. 이는 리튬 이온의 층간 삽입 과정에서 실리콘 양극의 3배 이상의 큰 부피 팽창으로 인해 원래의 고체가 파괴될 수 있기 때문입니다. 실리콘 양극 표면에 SEI(Electrolyte Interphase)가 형성됩니다. LIB가 순환하는 동안 SEI는 지속적으로 파괴 및 재생되며, 이로 인해 많은 양의 전해질이 소모되고 용량이 급격히 저하됩니다.

현재 연구원들은 종종 실리콘 재료의 부피 팽창을 보상하기 위해 복합 기술(예: "버퍼 골격")을 사용합니다. 일반적인 합성 경로에는 실리콘-탄소 합성물, 실리콘-고분자 합성물, 실리콘 기반 합금 합성물 등이 포함됩니다. 실리콘-탄소 복합 재료는 상대적으로 쉽고 이 두 가지 요소를 단단히 결합할 수 있습니다. 탄소 재료의 높은 안정성과 전도성을 재료에 대한 규소의 높은 비용량과 결합하기 때문에 실리콘-탄소 양극은 효과적으로 억제할 수 없습니다. 제어 가능한 범위 내에서 볼륨 확장뿐만 아니라 LIB의 에너지 밀도 및 사이클 수명도 증가합니다. 따라서 산업화에 가장 유망한 실리콘계 양극으로 각광받고 있다.

복합 기술이 실리콘 기반 음극의 부피 팽창을 완화할 수는 있지만 여전히 팽창 문제를 근본적으로 해결할 수 없다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 실리콘 기반 양극의 실리콘 함량이 증가함에 따라 부피 확장도 더욱 중요해집니다. 따라서 충방전 시 실리콘계 음극의 부피 팽창 거동을 빠르게 평가할 수 있다면 실리콘계 음극 연구 및 제조에 큰 의의가 있다.

2. 전통적인 테스트 방법

3. 실리콘 기반 양극에 대한 in-situ 급속 팽윤 스크리닝 도입

제품 특징

실리콘 기반 시스템의 확장 두께 변화의 현장 특성화.

여러 셀을 동시에 테스트하기 위한 4채널.

다양한 구조의 셀에 적합: 모델 코인 셀, 스택 셀 및 파우치 셀 등

시각적 조작 인터페이스, 한 번의 클릭으로 데이터를 내보냅니다.

4. 신청

1. 모델 코인 셀의 현장 확장 테스트:

셀 매개변수: 약 3mAh 용량의 코인 풀 코인 셀(NCM811 / SiC)

실험 매개변수: 3개의 병렬 샘플, 3개의 사이클 동안 충전 및 방전하고 이 3개의 전체 코인 셀의 확장 두께를 동시에 기록합니다.

실험 결과:

전체 코인 셀은 충전/방전 과정에서 확장/수축되며 3주기에서 전압 곡선의 전환점은 두께 확장 곡선의 전환점과 매우 일치하여 확장 두께 곡선이 부피 변화를 효과적으로 반영할 수 있음을 나타냅니다. 리튬 이온의 인터칼레이션/디인터칼레이션으로 인한 전극의 0.6%에 불과하여 모델 동전형 전지의 주기 일관성이 양호함을 나타냅니다.

참고: COV(변동 계수) = (표준 편차, 시그마) / (평균)

2. 다층 라미네이팅 전지의 인시추 팽창 시험:

전지 파라미터: 약 400mAh 용량의 다층 적층 전지(NCM811/SiC);

실험 변수: 3개의 병렬 샘플, 0.1MPa의 일정한 압력에서 두께 팽창 비율을 동시에 테스트

실험 결과:

다층 적층 셀은 충/방전 과정에 따라 팽창/수축하며, 3개의 병렬 시료의 두께 팽창 곡선은 2주기 모두 양호한 반복성을 유지한다. 최대 팽창률은 약 12.5%이며, 3개의 병렬 시료의 팽창 두께 COV는 1.4%로 병렬 샘플 간에 양호한 일치를 나타냅니다.

3. 파우치 전지의 현장 팽창 시험:

셀 매개변수: 와인딩 구조(NCM811/SiC)가 있는 다층 파우치 셀, 약 400mAh의 용량;

실험 변수: 0.1MPa의 일정한 압력에서 두께 팽창률을 동시에 테스트합니다.

실험 결과:

다층 파우치 셀은 충전/방전 과정에 따라 확장/수축되며, 3개의 병렬 샘플의 두께 확장 곡선은 두 사이클 모두에 대해 우수한 반복성을 유지합니다. 파우치 셀이 완전히 충전되었을 때 해당하는 최대 확장 비율은 약 4.3%이고 세 그룹의 배터리 간의 확장 두께 COV는 1.9%로, 이 세 병렬 샘플 간의 일관성을 나타냅니다.

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