Lityum pil laboratuvarlarının araştırma ve geliştirme süreçlerinde, elektrot hazırlamadan pil montajına ve performans testine kadar süreci desteklemek için bir dizi özel ekipmana ihtiyaç duyulur. Lityum pil laboratuvarlarının araştırma ve geliştirme süreçlerinde, elektrot hazırlamadan pil montajına ve performans testine kadar süreci desteklemek için bir dizi özel ekipmana ihtiyaç duyulur. Bu cihazların doğruluğu ve kararlılığı, araştırma verilerinin güvenilirliğini doğrudan belirler. Bu cihazların doğruluğu ve kararlılığı, araştırma verilerinin güvenilirliğini doğrudan belirler. Bu makale, laboratuvarlarda yaygın olarak kullanılan lityum pil ekipmanlarına odaklanmakta ve bunların işlevlerini ve uygulama mantığını analiz etmektedir. Bu makale, laboratuvarlarda yaygın olarak kullanılan lityum pil ekipmanlarına odaklanmakta ve bunların işlevlerini ve uygulama mantığını analiz etmektedir.
I. Elektrot Hazırlama İçin Temel Ekipman
1.Küçük Vakumlu Bulamaç Karıştırıcı
Elektrot hazırlama için başlangıç ekipmanı olarak, temel işlevi aktif malzemelerin, iletken maddelerin, bağlayıcıların ve çözücülerin homojen dağılımını sağlamaktır. Yaygın olarak kullanılan laboratuvar modeli 0,2 - 3 L'lik etkin hacme sahip olup, 50 - 500 rpm'lik kademesiz hız ayarını destekler ve ≤ -0,095 MPa'lık bir vakum derecesi ile donatılmıştır. Bu özellik, bulamaçta kabarcık kalıntısı oluşmasını önler. Örneğin, üçlü pozitif elektrot bulamacının hazırlanmasında, ekipman oda sıcaklığındaki sıcaklığı -80°C'ye kadar hassas bir şekilde kontrol ederek NMP çözücüsünün hızlı buharlaşmasını önler, bulamaç viskozitesinin stabilitesini sağlar ve sonraki kaplama için temel oluşturur.
2. Küçük Ovma Bıçağı Kaplama Makinesi
Thekaplama makinesi Karıştırılmış bulamacın akım toplayıcı (alüminyum folyo/bakır folyo) üzerine eşit şekilde kaplanması gerekir. Laboratuvar modellerinde, kalınlığı ±5 μm hassasiyetle ayarlamak için genellikle ovma bıçağı kullanılır. Ekipman, farklı viskoziteli bulamaçlar için uygun olan 1 - 50 mm/sn ayarlanabilir kaplama hızını destekler - örneğin, silikon bazlı negatif elektrot bulamacını kaplarken, yüksek viskozite nedeniyle bulamaçta iz oluşmasını önlemek ve elektrot levha kalınlığının tutarlılığını sağlamak için hızın 5 - 10 mm/sn'ye düşürülmesi gerekir.
3. Vakumlu Kurutma Fırını ve Silindir Pres
Kaplanmış elektrot levhasının, çözücüyü uzaklaştırmak için bir kurutma fırınında vakumla kurutulması gerekir. Laboratuvar ekipmanının sıcaklık kontrol hassasiyeti ±1℃ ve vakum derecesi ≤ -0,098 MPa'dır. Elektrot levhasının çatlamasını önlemek için kademeli bir sıcaklık artış programı (örneğin 60℃/2 saat → 80℃/4 saat) ayarlanabilir. Kurutulmuş elektrot levhasının bir silindir presle preslenmesi gerekir. Laboratuvar tipi küçük silindir presinin basıncı 0 - 50 kN aralığında ayarlanabilir ve silindir çapı genellikle 80 - 120 mm'dir. Basıncı kontrol ederek (örneğin pozitif elektrot için 20 - 30 kN ve negatif elektrot için 15 - 20 kN), elektrot levhasının yoğunluğu ayarlanabilir ve bu da pil kapasitesini ve çevrim performansını etkiler.
II. Pil Montajı ve Sızdırmazlık Ekipmanı
1. Eldiven Kutusu (İnert Gaz Koruması)
Silindirik ve kese pillerin montajında, eldiven kutusu kuru ve oksijensiz bir ortam (su-oksijen içeriği ≤ 1 ppm) sağlayarak elektrotların ve elektrolitin havayla temas etmesini önler. Laboratuvarlar, elektrot levhası kesme, sarma (veya istifleme) ve elektrolit damlatma gibi işlemleri tamamlamak için genellikle gaz arıtma sistemleri ve vakum transfer odalarıyla donatılmış çift istasyonlu eldiven kutuları kullanır. Örneğin, katı hal pillerin montajında, katı hal elektrolitinin nem emmesini ve etkinliğini kaybetmesini önlemek için tüm işlem eldiven kutusunda gerçekleştirilmelidir.
2. Silindirik Piller İçin Sızdırmazlık Makinesi
CR2032 gibi yaygın silindirik piller için, laboratuvar sızdırmazlık makinesi, ayarlanabilir sızdırmazlık basıncı (genellikle 0,5-2 MPa) ile hidrolik veya manuel basınç yöntemleri kullanır. Ekipman, elektrolit sızıntısını önlemek için sızdırmazlık performansını sağlamalı ve ayrıca aşırı basıncın pil kabuğunun deforme olmasına ve sonraki testleri etkilemesine neden olmasını önlemelidir.
III. Performans Testi için Temel Ekipman
1. Pil Test Cihazı (Şarj ve Deşarj Test Sistemi)
Bu temel ekipman, pil kapasitesi, çevrim ömrü ve hız performansı gibi parametreleri test etmek için kullanılır. Laboratuvar modelleri genellikle 8-32 kanala sahiptir ve akım aralıkları 0,001-10 A ve voltaj doğruluğu ±0,1 mV'dir. Test sırasında, farklı araştırma ihtiyaçlarını karşılamak için sabit akım sabit voltaj şarjı (CC-CV) ve kademeli şarj ve deşarj gibi birden fazla şarj ve deşarj rejimi ayarlanabilir. Örneğin, pil çevrim performansını test ederken genellikle 1C şarj ve deşarj hızı kullanılır ve 500 çevrimden sonra kapasite tutma oranı kaydedilir.
2. Elektrokimyasal İş İstasyonu
Esas olarak alternatif akım empedansı (EIS) ve döngüsel voltametri (CV) gibi elektrokimyasal analizlerde, pildeki yük transfer direnci ve lityum iyon difüzyon katsayısı gibi mikroskobik özellikleri incelemek için kullanılır. Laboratuvarlar genellikle 10 μHz-1 MHz frekans aralığına ve 1 pA akım çözünürlüğüne sahip iş istasyonları kullanır. Bu istasyonlar, silindirik ve kese piller için yerinde testler yapmak üzere özel cihazlarla donatılabilir ve pil bozulma mekanizmalarının analizi için veri desteği sağlar.
IV. Ekipman İşbirliği ve Araştırma Değeri
Laboratuvardaki lityum pil ekipmanı, bir "hazırlık - montaj - test" kapalı devre oluşturmalıdır: Örneğin, elektrot tabakasının kalitesini kontrol etmek için bulamaç karıştırma makinesi ve kaplama makinesi kullanılır; eldiven bölmesindeki montajdan sonra, test cihazı ve iş istasyonu performansı doğrulamak için kullanılır ve ardından test sonuçları, ekipman parametrelerini (karıştırma süresi ve kaplama kalınlığının ayarlanması gibi) tersine optimize etmek için kullanılır. Bu ekipman sistemi, yalnızca küçük ölçekli deneylerin tekrarlanabilirliğini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda yeni malzemelerin (yeni katot malzemeleri, katı hal elektrolitleri gibi) uygulama potansiyelini hızla doğrulayarak lityum pil teknolojisinin yinelemeli gelişimi için önemli bir destek sağlar.
