Na pesquisa e desenvolvimento de laboratórios de baterias de lítio, desde a preparação dos eletrodos até a montagem e os testes de desempenho das baterias, é necessário um conjunto de equipamentos especializados para dar suporte ao processo. Na pesquisa e desenvolvimento de laboratórios de baterias de lítio, desde a preparação dos eletrodos até a montagem e os testes de desempenho das baterias, é necessário um conjunto de equipamentos especializados para dar suporte ao processo. A precisão e a estabilidade desses dispositivos determinam diretamente a confiabilidade dos dados de pesquisa. A precisão e a estabilidade desses dispositivos determinam diretamente a confiabilidade dos dados de pesquisa. Este artigo se concentra nos equipamentos de bateria de lítio comumente usados em laboratórios e analisa suas funções e lógica de aplicação.
I. Equipamento principal para preparação de eletrodos
1.Misturador de polpa a vácuo pequeno
Como equipamento inicial para a preparação de eletrodos, sua principal função é obter uma dispersão uniforme de materiais ativos, agentes condutores, ligantes e solventes. O modelo de laboratório comumente utilizado possui um volume efetivo de 0,2 a 3 litros, suporta ajuste de velocidade contínuo de 50 a 500 rpm e está equipado com um grau de vácuo de ≤ -0,095 MPa. Isso pode evitar a formação de bolhas na suspensão. Por exemplo, na preparação de suspensão de eletrodo positivo ternário, o equipamento controla precisamente a temperatura ambiente para -80 °C para evitar a rápida evaporação do solvente NMP, garantindo a estabilidade da viscosidade da suspensão e estabelecendo a base para o revestimento subsequente.
2. Máquina de revestimento com faca de limpeza pequena
Omáquina de revestimento É necessário revestir uniformemente a pasta misturada no coletor de corrente (folha de alumínio/folha de cobre). Os modelos de laboratório utilizam principalmente uma faca abrasiva para ajustar a espessura, com uma precisão de ±5 μm. O equipamento suporta velocidade de revestimento ajustável de 1 a 50 mm/s, adequada para pastas com diferentes viscosidades. Por exemplo, ao revestir pastas de eletrodos negativos à base de silício, a velocidade precisa ser reduzida para 5 a 10 mm/s para evitar estrias na pasta devido à alta viscosidade, garantindo a consistência da espessura da folha do eletrodo.
3. Estufa de secagem a vácuo e prensa de rolo
A folha de eletrodo revestida precisa ser submetida à secagem a vácuo em uma estufa de secagem para remover o solvente. O equipamento de laboratório possui precisão de controle de temperatura de ±1°C e grau de vácuo de ≤ -0,098 MPa. Ele pode definir um programa de aumento de temperatura escalonado (como 60°C/2h → 80°C/4h) para evitar rachaduras na folha de eletrodo. A folha de eletrodo seca precisa ser prensada por uma prensa de rolo. A pressão da pequena prensa de rolo de laboratório pode ser ajustada dentro da faixa de 0 a 50 kN, e o diâmetro do rolo é geralmente de 80 a 120 mm. Ao controlar a pressão (como 20 a 30 kN para o eletrodo positivo e 15 a 20 kN para o eletrodo negativo), a densidade da folha de eletrodo pode ser ajustada, afetando a capacidade da bateria e o desempenho do ciclo.
II. Equipamento de montagem e selagem de baterias
1. Caixa de luvas (proteção contra gás inerte)
Na montagem de baterias cilíndricas e de bolsa, a caixa de luvas pode proporcionar um ambiente seco e livre de oxigênio (teor de água-oxigênio ≤ 1 ppm), evitando que os eletrodos e o eletrólito entrem em contato com o ar. Em laboratórios, são comumente utilizadas caixas de luvas de estação dupla, equipadas com sistemas de purificação de gás e câmaras de transferência a vácuo, para realizar operações como corte da folha de eletrodos, enrolamento (ou empilhamento) e gotejamento do eletrólito. Por exemplo, na montagem de baterias de estado sólido, todo o processo deve ser realizado na caixa de luvas para evitar que o eletrólito de estado sólido absorva umidade e perca sua eficácia.
2. Máquina de selagem para baterias cilíndricas
Para baterias cilíndricas comuns, como a CR2032, a máquina de selagem de laboratório utiliza métodos de pressão hidráulica ou manual, com pressão de selagem ajustável (geralmente 0,5-2 MPa). O equipamento deve garantir o desempenho da selagem para evitar vazamento de eletrólitos e também evitar que a pressão excessiva cause a deformação do invólucro da bateria, afetando os testes subsequentes.
III. Equipamentos-chave para testes de desempenho
1. Testador de bateria (sistema de teste de carga e descarga)
Este equipamento central é utilizado para testar parâmetros como capacidade da bateria, vida útil do ciclo e desempenho da taxa. Os modelos de laboratório normalmente possuem de 8 a 32 canais, com faixas de corrente de 0,001 a 10 A e precisão de tensão de ± 0,1 mV. Durante os testes, diversos regimes de carga e descarga podem ser definidos, como carga com corrente e tensão constantes (CC-CV) e carga e descarga graduais, para atender a diferentes necessidades de pesquisa. Por exemplo, ao testar o desempenho do ciclo da bateria, uma taxa de carga e descarga de 1C é frequentemente utilizada, e a taxa de retenção de capacidade após 500 ciclos é registrada.
2. Estação de Trabalho Eletroquímica
É usado principalmente para análises eletroquímicas, como impedância de corrente alternada (EIS) e voltametria cíclica (CV), para explorar características microscópicas, como resistência à transferência de carga e coeficiente de difusão de íons de lítio na bateria. Em laboratórios, geralmente são utilizadas estações de trabalho com faixa de frequência de 10 μHz a 1 MHz e resolução de corrente de 1 pA. Elas podem ser equipadas com dispositivos especiais para realizar testes in situ em baterias cilíndricas e do tipo bolsa, fornecendo suporte de dados para a análise dos mecanismos de degradação da bateria.
IV. Colaboração de Equipamentos e Valor da Pesquisa
O equipamento de bateria de lítio no laboratório deve formar um circuito fechado (preparação - montagem - teste): por exemplo, através da máquina de mistura de polpa e da máquina de revestimento para controlar a qualidade da folha de eletrodo. Após a montagem na caixa de luvas, o testador e a estação de trabalho são usados para verificar o desempenho e, em seguida, os resultados do teste são usados para otimizar os parâmetros do equipamento (como ajustar o tempo de mistura e a espessura do revestimento) em ordem inversa. Este sistema de equipamento não só garante a repetibilidade de experimentos em pequena escala, como também verifica rapidamente o potencial de aplicação de novos materiais (como novos materiais catódicos e eletrólitos de estado sólido), fornecendo suporte fundamental para o desenvolvimento iterativo da tecnologia de baterias de lítio.
