Enhancement of the wettability of graphite-based lithium-ion battery anodes by selective laser surface modification using low energy nanosecond pulses

Abstract

roces plnění elektrolytů v bateriových článcích je jedním z časově kritických překážek při výrobě článků. Zvláště důležité je zde smáčení, protože fungují pouze zcela smáčené části elektrod. Aby se tento proces urychlil a usnadnil, autoři této studie vyvinuli metodu, která významně zvyšuje smáčivost anod na bázi grafitu úpravou povrchu pomocí nízkoenergetických nanosekundových laserových pulzů. Mikrostruktura povrchu anody byla hodnocena pomocí interferometrie s bílým světlem a skenovací elektronové mikroskopie. Hodnocení smáčivosti bylo provedeno kapkovým testem a testem kapilárního vzestupu kapalného elektrolytu. Výsledky ukazují, že pro laserové energetické vstupy pod 2 J/m existuje převážně selektivní ablační proces, při kterém aktivní grafitový materiál zůstává nedotčen a pojivový materiál se rozkládá. Pozorovaný nárůst drsnosti povrchu koreluje s rostoucí smáčitelností. Vyšetřování pomocí Ramanovy spektroskopie ukázalo, že laserové zpracování vede k poškození krystalické struktury povrchu částic grafitu. Zpracování celé anody zahrnující 6% hmotnostních pojiva a vodivých sazí však ukázalo, že celkový amorfní obsah povrchu anod lze snížit o 32% zpracováním povrchu laserovou energií 1,29 J/m. Až do toho bodu, což je výsledný rozsah parametrů pro selektivní proces, je možné provádět ablaci amorfního pojiva a fáze sazí současně, a tím vystavovatgrafitové částice laseru při zachování jejich krystalické struktury. Při překročení tohoto rozsahu dominuje ablace celého anodového kompozitu a dochází k amorfizaci povrchu grafitu. Kapacita elektrody byla testována na polovičních článcích ve formátu knoflíkových článků. Pro celý zkoumaný rozsah laserových parametrů se kapacita anod shoduje se ztrátou hmotnosti způsobenou laserovou