Dalam penelitian dan pengembangan laboratorium baterai litium, mulai dari persiapan elektroda hingga perakitan dan pengujian kinerja baterai, diperlukan seperangkat peralatan khusus untuk mendukung proses tersebut. Akurasi dan stabilitas perangkat ini secara langsung menentukan keandalan data penelitian. Akurasi dan stabilitas perangkat ini secara langsung menentukan keandalan data penelitian. Artikel ini berfokus pada peralatan baterai litium yang umum digunakan di laboratorium dan menganalisis fungsi serta logika aplikasinya. Artikel ini berfokus pada peralatan baterai litium yang umum digunakan di laboratorium dan menganalisis fungsi serta logika aplikasinya.
I. Peralatan Inti untuk Persiapan Elektroda
Sebagai peralatan awal untuk persiapan elektroda, fungsi utamanya adalah mencapai dispersi seragam bahan aktif, agen konduktif, pengikat, dan pelarut. Model laboratorium yang umum digunakan memiliki volume efektif 0,2-3L, mendukung pengaturan kecepatan stepless 50-500 rpm, dan dilengkapi dengan tingkat vakum ≤ -0,095 MPa. Hal ini dapat mencegah residu gelembung dalam bubur. Misalnya, dalam persiapan bubur elektroda positif terner, peralatan ini secara presisi mengontrol suhu pada suhu ruang hingga -80℃ untuk mencegah penguapan pelarut NMP yang cepat, memastikan stabilitas viskositas bubur dan meletakkan dasar untuk pelapisan selanjutnya.
2. Mesin Pelapis Pisau Gosok Kecil
Itumesin pelapis Perlu melapisi campuran bubur secara merata pada kolektor arus (aluminium foil/tembaga foil). Model laboratorium umumnya menggunakan pisau gosok untuk menyesuaikan ketebalan, dengan akurasi ±5 μm. Peralatan ini mendukung kecepatan pelapisan yang dapat disesuaikan, yaitu 1-50 mm/detik, cocok untuk bubur dengan viskositas berbeda. Misalnya, saat melapisi bubur elektroda negatif berbasis silikon, kecepatan perlu dikurangi menjadi 5-10 mm/detik untuk menghindari goresan pada bubur akibat viskositas tinggi, sehingga memastikan konsistensi ketebalan lembaran elektroda.
3. Oven Pengering Vakum dan Mesin Press Rol
Lembaran elektroda yang telah dilapisi perlu dikeringkan secara vakum dalam oven pengering untuk menghilangkan pelarut. Peralatan laboratorium ini memiliki akurasi kontrol suhu ±1℃ dan tingkat vakum ≤ -0,098 MPa. Program kenaikan suhu bertahap (misalnya 60℃/2 jam → 80℃/4 jam) dapat diatur untuk mencegah retak pada lembaran elektroda. Lembaran elektroda yang telah kering perlu ditekan dengan roller press. Tekanan roller press kecil laboratorium dapat diatur dalam rentang 0-50 kN, dan diameter roller umumnya 80-120 mm. Dengan mengatur tekanan (misalnya 20-30 kN untuk elektroda positif dan 15-20 kN untuk elektroda negatif), densitas lembaran elektroda dapat diatur, yang akan memengaruhi kapasitas baterai dan kinerja siklus.
II. Peralatan Perakitan dan Penyegelan Baterai
1. Kotak Sarung Tangan (Perlindungan Gas Inert)
Dalam perakitan baterai silinder dan kantong, kotak sarung tangan dapat menyediakan lingkungan yang kering dan bebas oksigen (kandungan air-oksigen ≤ 1 ppm), mencegah elektroda dan elektrolit bersentuhan dengan udara. Laboratorium umumnya menggunakan kotak sarung tangan dua stasiun, yang dilengkapi dengan sistem pemurnian gas dan ruang transfer vakum, untuk menyelesaikan operasi seperti pemotongan lembaran elektroda, penggulungan (atau penumpukan), dan penuangan elektrolit. Misalnya, saat merakit baterai solid-state, seluruh proses harus dilakukan di dalam kotak sarung tangan untuk mencegah elektrolit solid-state menyerap kelembapan dan kehilangan efektivitasnya.
2. Mesin Penyegel untuk Baterai Silinder
Untuk baterai silinder umum seperti CR2032, mesin penyegel laboratorium menggunakan metode tekanan hidrolik atau manual, dengan tekanan penyegelan yang dapat disesuaikan (biasanya 0,5-2 MPa). Peralatan harus memastikan kinerja penyegelan untuk mencegah kebocoran elektrolit dan juga mencegah tekanan berlebih yang menyebabkan deformasi cangkang baterai, yang memengaruhi pengujian selanjutnya.
III. Peralatan Utama untuk Pengujian Kinerja
1. Penguji Baterai (Sistem Pengujian Pengisian dan Pengosongan)
Peralatan inti ini digunakan untuk menguji parameter seperti kapasitas baterai, siklus hidup, dan kinerja laju. Model laboratorium biasanya memiliki 8-32 kanal, dengan rentang arus 0,001-10 A dan akurasi tegangan ±0,1 mV. Selama pengujian, beberapa metode pengisian dan pengosongan daya dapat diatur, seperti pengisian arus konstan tegangan konstan (CC-CV) dan pengisian dan pengosongan daya bertahap, untuk memenuhi berbagai kebutuhan penelitian. Misalnya, saat menguji kinerja siklus baterai, laju pengisian dan pengosongan daya 1C sering digunakan, dan laju retensi kapasitas setelah 500 siklus dicatat.
2. Stasiun Kerja Elektrokimia
Alat ini terutama digunakan untuk analisis elektrokimia seperti impedansi arus bolak-balik (EIS) dan voltametri siklik (CV), untuk mengeksplorasi karakteristik mikroskopis seperti resistansi transfer muatan dan koefisien difusi ion litium dalam baterai. Laboratorium umumnya menggunakan stasiun kerja dengan rentang frekuensi 10 μHz-1 MHz dan resolusi arus 1 pA. Stasiun kerja ini dapat dilengkapi dengan perlengkapan khusus untuk melakukan uji in-situ pada baterai silinder dan baterai kantong, yang memberikan dukungan data untuk menganalisis mekanisme degradasi baterai.
IV. Kolaborasi Peralatan dan Nilai Penelitian
Peralatan baterai litium di laboratorium harus membentuk siklus tertutup: persiapan - perakitan - pengujian: Misalnya, melalui mesin pencampur bubur dan mesin pelapis untuk mengontrol kualitas lembaran elektroda, setelah perakitan di kotak sarung tangan, penguji dan stasiun kerja digunakan untuk memverifikasi kinerja, dan kemudian hasil pengujian digunakan untuk mengoptimalkan parameter peralatan (seperti menyesuaikan waktu pencampuran dan ketebalan lapisan) secara terbalik. Sistem peralatan ini tidak hanya memastikan pengulangan eksperimen skala kecil, tetapi juga dengan cepat memverifikasi potensi aplikasi material baru (seperti material katoda baru, elektrolit padat), memberikan dukungan kunci bagi pengembangan teknologi baterai litium secara iteratif.
