Вплив концентрації NMP на продуктивність батареї LFP

Літій-залізофосфат (LiFePO4)матеріал катодного електродазазвичай використовується суспензія на масляній основіN-метилпіролідон (NMP), диметилсульфоксид та диметилформамід як розчинники, які мають такі проблеми, як складне відновлення розчинника, велика кількість використання та забруднення навколишнього середовища. Позитивний електродний матеріал LifePO4 суспензія на водній основі використовує деіонізовану воду в якості розчинника, який є екологічно чистим та недорогим, але на водній основі, позитивний електродний лист має такі проблеми, як погана гнучкість, слабка адгезія активних матеріалів та погана електрохімічна продуктивність. У цій роботі були підготовлені позитивні електроди з різними кількістю додавання NMP для вивчення впливу НМП на продуктивність позитивних листів електродів, підготовлених зсполучна на водній основі LA132.

Експериментуйте

Водну сполучну речовину LA132, надпровідну сажу, деіонізовану воду та LiFePO4 готували в суспензію в масовому співвідношенні 2,5:2,5:50:40. Додавали чотири порції суспензії з 0, 1%, 2% і 3% NMP, пронумерованими A, B, C і D. Каландрування позитивного електрода. Висушування позитивного електрода при 100 градусах у вакуумі протягом 24 годин для видалення води та NMP, і був отриманий позитивний електрод із вмістом активного матеріалу 95%. Наріжте його на диски діаметром 20 мм. Зберіть монетну комірку CR2016 з металевим літієвим негативним електродом, електроліт 1 моль/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (об’ємне співвідношення 1:1:1), мікропористий поліпропіленовий сепаратор, у бардачку, наповненому сухим аргоном.

Спочатку зігніть листи електродів A, B, C і D на 180 градусів, а потім перевірте адгезію листів електродів на машині для випробування на розтяг. Потім проведіть випробування листів електродів на ударну в'язкість (діаметр стержнів вала 1, 2, 3, 4, 6, 8 і 10 мм відповідно) і спостерігайте, чи немає на поверхні тріщин. листів електродів після намотування. Щільність тестового струму заряду та розряду батареї становить 0,1C, а тестова напруга становить 2,5~3,5V.

Результати та їх обговорення

На рисунку 1 показана тестова діаграма адгезії електроду LiFePO4 при згині на 180 градусів. На малюнку 1 видно, що адгезія електрода значно покращується завдяки додаванню NMP, а покращення адгезії електрода пропорційно кількості доданого NMP. Адгезія - це різновид сили Ван-дер-Ваальса, яка залежить від взаємодії між молекулами.

У процесі виробництва електродних листів LiFePO4 листи електродів неминуче контактуватимуть з киснем повітря. У процесі нагрівання нагріті листи електродів реагують з киснем з утворенням кислотних груп. Кислотні групи не мають електронів і утворюють слабкі міжмолекулярні водневі зв’язки з (-CN) у водному сполучному. Це змінить тиксотропію суспензії, зменшить плинність і спричинить нерівномірне покриття суспензії. Після додавання NMP він нейтралізує кислотні групи на листах електродів. Це може зменшити втрату електронів на поверхні електродних листів, запобігти тиксотропії суспензії та збільшити адгезію між сполучною речовиною та струмоприймачем. Суспензія позитивного електрода рівномірно розподіляється, а текучість покращується, тим самим покращуючи швидкість використання суспензії та листів електродів. Таким чином, додавання багатого електронами розчинника NMP може покращити продуктивність батареї.

Таблиця 1 показує результати випробувань на гнучкість чотирьох типів листів електродів. Спостерігаючи за малюнком 1, можна виявити, що поверхневі тріщини з’явилися, коли намотувальна голка діаметром 6 мм перевіряла позитивний електрод A, а коли була перевірена намотувальна голка діаметром 1 мм, електроди B~D не мали поверхневих тріщин. Можна побачити, що найменшу гнучкість має лист позитивного електрода на чистій водній основі, який схильний до тріщин, поломок і розривів під час підготовки. Додавання NMP може покращити гнучкість електродного листа та збільшити коефіцієнт використання електродного листа. Частинки латексу в сполучному LA132 є міцними полярними полімерами з сильними міжмолекулярними силами та поганою здатністю до скручування, а лист електрода легко зламати. З додаванням NMP збільшується діаметр частинок латексу в сполучному LA132, збільшується здатність до скручування, зменшується здатність до обертання молекулярного ланцюга, а також підвищується гнучкість електродного листа.

У таблиці 2 наведені результати електрохімічного випробування листа електрода. Значення питомої ємності першого розряду, ефективності заряду та розряду, середньої напруги розряду та коефіцієнта постійного струму в основному однакові. Це показує, що додавання NMP не впливає на розрядну ємність і характеристики заряду та розряду активного матеріалу позитивного електрода листа позитивного електрода.

На малюнках 2-4 показано співвідношення між коефіцієнтом постійного струму, питомою ємністю швидкості розряду, середньою напругою розряду та доданою кількістю NMP для чотирьох листів електродів.

З рисунка 2 можна виявити, що за однакових умов випробування коефіцієнти постійного зарядного струму чотирьох акумуляторів перевищують 98,2%. З малюнків 3 і 4 можна виявити, що питома розрядна ємність і середня напруга того самого електродного листа продовжують спадати зі збільшенням швидкості розряду.

Розрядна ємність і середня напруга електродів A і B в основному однакові при різних швидкостях розряду. У міру збільшення швидкості розряду середня напруга та розрядна ємність електродів C і D поступово зростають. Можна побачити, що коли NMP додається в концентрації не більше 1%, швидкість розряду батареї не вплине. Якщо NMP додається в концентрації понад 1%, NMP впливатиме на розрядну ємність і середню напругу позитивного електрода.

На малюнку 5 показано циклічні криві продуктивності чотирьох типів батарей. Спостерігаючи за малюнком 5, можна виявити, що на початку циклу заряду та розряду тенденції спаду ємності електродних листів A та електродних листів B є подібними, а тенденції спаду ємності електродних листів C та електродних листів D подібні , тоді як швидкості розпаду електродних листів C і електродних листів D більші. У міру продовження циклу розпад електродних листів A, C і D прискорюється, а швидкість розпаду електродного листа B залишається в основному незмінною. Остаточний коефіцієнт збереження ємності батареї – електродний лист D＜C＜A＜B. Це показує, що коли кількість доданого NMP становить менше 1%, це корисно покращити характеристики циклу батареї, а коли кількість доданого NMP перевищує 1%, це вплине на характеристики циклу батареї.

Висновок

Адгезію листа позитивного електрода можна покращити шляхом додавання NMP, і адгезія поступово збільшується зі збільшенням кількості доданого NMP. Після додавання NMP кислотні групи на електроді будуть нейтралізовані, що може зменшити втрату електронів на поверхні електрода, запобігти тиксотропії суспензії, підвищити адгезію зв’язуючого і струмоприймача, зробити суспензію позитивного електрода рівномірно розподіленою. , і покращують плинність, тим самим покращуючи використання суспензії та електрода. Коли кількість доданого NMP становить менше 1%, це не вплине на швидкість розряду батареї та може покращити характеристики циклу батареї. Однак, коли кількість доданого NMP перевищує 1%, NMP вплине на розрядну ємність і середню напругу позитивного електрода та знизить характеристики циклу батареї.