Dans les laboratoires de recherche et développement sur les batteries au lithium, de la préparation des électrodes à l'assemblage et aux tests de performance, un ensemble d'équipements spécialisés est nécessaire pour soutenir le processus. La précision et la stabilité de ces appareils déterminent directement la fiabilité des données de recherche. Cet article se concentre sur les équipements de batteries au lithium couramment utilisés en laboratoire et analyse leurs fonctions et leur logique d'application.
I. Équipement de base pour la préparation des électrodes
1.Petit mélangeur à boue sous vide
Équipement de base pour la préparation d'électrodes, sa fonction principale est d'obtenir une dispersion uniforme des matières actives, des agents conducteurs, des liants et des solvants. Le modèle de laboratoire couramment utilisé présente un volume utile de 0,2 à 3 L, une vitesse réglable en continu de 50 à 500 tr/min et un vide ≤ -0,095 MPa. Cela permet d'éviter la formation de bulles dans la suspension. Par exemple, pour la préparation d'une suspension d'électrode positive ternaire, l'équipement contrôle précisément la température, de la température ambiante à -80 °C, afin d'éviter l'évaporation rapide du solvant NMP, garantissant ainsi la stabilité de la viscosité de la suspension et préparant le revêtement ultérieur.
2. Petite machine de revêtement de couteaux à récurer
Lemachine de revêtement Il est nécessaire d'appliquer uniformément la suspension mélangée sur le collecteur de courant (feuille d'aluminium/feuille de cuivre). Les modèles de laboratoire utilisent généralement un couteau à récurer pour ajuster l'épaisseur, avec une précision de ± 5 μm. L'équipement permet un réglage de la vitesse de revêtement de 1 à 50 mm/s, adapté à différentes viscosités de suspension. Par exemple, pour le revêtement d'une suspension d'électrode négative à base de silicium, la vitesse doit être réduite à 5 à 10 mm/s afin d'éviter les stries dues à la viscosité élevée et de garantir l'épaisseur constante de la feuille d'électrode.
3. Four de séchage sous vide et presse à rouleaux
La feuille d'électrode revêtue doit être séchée sous vide dans une étuve pour éliminer le solvant. L'équipement de laboratoire offre une précision de contrôle de la température de ±1 °C et un degré de vide ≤ -0,098 MPa. Il permet de programmer une montée en température par paliers (par exemple, 60 °C/2 h → 80 °C/4 h) pour éviter toute fissuration de la feuille d'électrode. La feuille d'électrode séchée doit être pressée à l'aide d'une presse à rouleaux. La pression de cette petite presse à rouleaux de laboratoire est réglable entre 0 et 50 kN, et le diamètre des rouleaux est généralement compris entre 80 et 120 mm. Le contrôle de la pression (par exemple, 20 à 30 kN pour l'électrode positive et 15 à 20 kN pour l'électrode négative) permet d'ajuster la densité de la feuille d'électrode, ce qui influence la capacité de la batterie et les performances du cycle.
II. Équipement d'assemblage et de scellement des batteries
1. Boîte à gants (protection contre les gaz inertes)
Lors de l'assemblage de batteries cylindriques et en sachet, la boîte à gants offre un environnement sec et exempt d'oxygène (teneur en eau et en oxygène ≤ 1 ppm), empêchant ainsi le contact des électrodes et de l'électrolyte avec l'air. Les laboratoires utilisent couramment des boîtes à gants à deux postes, équipées de systèmes de purification des gaz et de chambres de transfert sous vide, pour réaliser des opérations telles que la découpe des feuilles d'électrodes, l'enroulement (ou l'empilage) et l'égouttage de l'électrolyte. Par exemple, lors de l'assemblage de batteries à semi-conducteurs, l'ensemble du processus doit être réalisé en boîte à gants afin d'éviter que l'électrolyte solide n'absorbe l'humidité et ne perde son efficacité.
2. Machine de scellage pour piles cylindriques
Pour les piles cylindriques courantes telles que la CR2032, la scelleuse de laboratoire utilise des méthodes de pression hydraulique ou manuelle, avec une pression de scellage réglable (généralement de 0,5 à 2 MPa). L'équipement doit garantir une étanchéité optimale afin d'éviter les fuites d'électrolyte et d'éviter qu'une pression excessive ne déforme la coque de la pile et n'affecte les tests ultérieurs.
III. Équipements clés pour les tests de performance
1. Testeur de batterie (système de test de charge et de décharge)
Cet équipement de base permet de tester des paramètres tels que la capacité, la durée de vie et les performances des batteries. Les modèles de laboratoire disposent généralement de 8 à 32 canaux, avec des plages de courant de 0,001 à 10 A et une précision de tension de ± 0,1 mV. Lors des tests, plusieurs régimes de charge et de décharge peuvent être définis, tels que la charge à courant constant et tension constante (CC-CV) et la charge et décharge par paliers, afin de répondre aux différents besoins de recherche. Par exemple, pour tester les performances des batteries en cycle, un régime de charge et de décharge de 1 C est souvent utilisé, et le taux de rétention de capacité après 500 cycles est enregistré.
2. Poste de travail électrochimique
Il est principalement utilisé pour les analyses électrochimiques telles que l'impédance du courant alternatif (EIS) et la voltamétrie cyclique (CV), afin d'explorer les caractéristiques microscopiques telles que la résistance au transfert de charge et le coefficient de diffusion des ions lithium dans la batterie. Les laboratoires utilisent généralement des stations de travail avec une plage de fréquences de 10 μHz à 1 MHz et une résolution en courant de 1 pA. Elles peuvent être équipées de dispositifs spéciaux pour réaliser des tests in situ sur des batteries cylindriques et en sachet, fournissant ainsi des données pour l'analyse des mécanismes de dégradation des batteries.
IV. Collaboration en matière d'équipement et valeur de la recherche
L'équipement de laboratoire pour batteries au lithium doit former une boucle fermée (préparation, assemblage, tests) : par exemple, la qualité de la feuille d'électrode est contrôlée par la machine de mélange de suspension et la machine de revêtement. Après l'assemblage en boîte à gants, le testeur et le poste de travail vérifient les performances. Les résultats des tests servent ensuite à optimiser les paramètres de l'équipement (temps de mélange, épaisseur du revêtement, etc.). Ce système assure non seulement la répétabilité des expériences à petite échelle, mais permet également de vérifier rapidement le potentiel d'application de nouveaux matériaux (tels que les nouveaux matériaux de cathode et les électrolytes solides), apportant ainsi un soutien essentiel au développement itératif de la technologie des batteries au lithium.
