Swael-gebaseerde volvaste-toestand batterye sal na verwagting huidige litium-ioon batterye vervang as gevolg van hul uitstekende veiligheidsprestasie. In die voorbereidingsproses van alle vaste toestand batterye is daar egter onversoenbare polariteite tussen oplosmiddel, bindmiddel en sulfied elektroliet, so daar is tans geen manier om grootskaalse produksie te bereik nie. Op die oomblik word die navorsing oor ‘n geheel-vaste toestand-battery hoofsaaklik op die laboratoriumskaal uitgevoer, en die volume van die battery is relatief klein. Die grootskaalse produksie van alle vaste toestand batterye is steeds in die rigting van die bestaande produksie proses, dit wil sê, die aktiewe stof word in suspensie voorberei en dan bedek en gedroog, wat laer koste en hoër doeltreffendheid kan hê.

1

Moeilikhede in die gesig gestaar

Daarom is dit moeilik om geskikte polimeerbindmiddel en oplosmiddel te vind om die vloeibare oplossing te ondersteun. Die meeste swaelgebaseerde vaste elektroliete kan in polêre oplosmiddels opgelos word, soos die NMP wat ons tans gebruik. Die keuse van oplosmiddel kan dus slegs bevooroordeeld wees tot nie-polêre of relatief swak polariteit van die oplosmiddel, wat beteken dat die keuse van bindmiddel ook dienooreenkomstig eng is – meeste van die polêre funksionele groepe van die polimeer kan nie gebruik word nie!

Dit is nie die ergste probleem nie. Wat polariteit betref, sal bindmiddels wat relatief versoenbaar is met oplosmiddels en sulfiedelektroliete lei tot verminderde binding tussen aggregate en aktiewe stowwe en elektroliete, wat ongetwyfeld tot uiterste elektrode-impedansie en vinnige kapasiteitsverval sal lei, wat uiters nadelig is vir batterywerkverrigting.

Om aan bogenoemde vereistes te voldoen, kan die drie hoofstowwe (bindmiddel, oplosmiddel, elektroliet) gekies word, slegs nie-polêre of swak polêre oplosmiddels, soos para-(P) xileen, tolueen, n-heksaan, anisool, ens. gebruik swak polêre polimeerbindmiddel, soos butadieenrubber (BR), styreenbutadieenrubber (SBR), SEBS, polivinielchloried (PVC), nitrilrubber (NBR), silikoonrubber en etielsellulose, om aan die vereiste werkverrigting te voldoen. .

2

In situ polêr – nie-polêre omskakelingskema

In hierdie vraestel word ‘n nuwe tipe bindmiddel bekendgestel wat die polariteit van elektrode tydens bewerking kan verander deur middel van beskerming-ontbeskerming-chemie. Die polêre funksionele groepe van hierdie bindmiddel word beskerm deur nie-polêre tert-butiel funksionele groepe, wat verseker dat die bindmiddel met die sulfiedelektroliet (in hierdie geval LPSCl) gepas kan word tydens die voorbereiding van die elektrodepasta. Dan deur die hittebehandeling, naamlik die droogproses van die elektrode, kan die tert-butiel funksionele groep van die polimeer bindmiddel termiese verdeel word, om die doel van beskerming te bereik, en uiteindelik die polêre bindmiddel te kry. Sien Figuur A.

Die prentjie

BR (butadieen rubber) is gekies as polimeer bindmiddel vir sulfied alle-vaste toestand battery deur die meganiese en elektrochemiese eienskappe van die elektrode te vergelyk. Benewens die verbetering van die meganiese en elektrochemiese eienskappe van alle vaste toestand batterye, open hierdie navorsing ‘n nuwe benadering tot polimeer bindmiddel ontwerp, wat ‘n beskerming-de-beskerming-chemiese benadering is om elektrodes in die toepaslike en gewenste toestand te hou by verskillende stadiums van elektrodevervaardiging.

Toe is politert-butielakrylaat (TBA) en sy blokkopolimeer, politert-butielakrylaat – b-poly 1, 4-butadieen (TBA-B-BR), waarvan die karboksielsuur funksionele groepe beskerm word deur termoliseerde T-butielgroep, gekies in die eksperiment. Trouens, TBA is die voorloper van PAA, wat algemeen gebruik word in huidige litiumioonbatterye, maar nie in sulfied-gebaseerde volledig-soliede litiumbatterye gebruik kan word nie as gevolg van sy polariteitswanverhouding. Die sterk polariteit van PAA kan hewig reageer met sulfiedelektroliete, maar met die beskermende karboksielsuur funksionele groep van T-butiel kan die polariteit van PAA verminder word, wat dit toelaat om in nie-polêre of swak polêre oplosmiddels op te los. Na hittebehandeling word die t-butielestergroep ontbind om isobuteen vry te stel, wat lei tot die vorming van karboksielsuur, soos getoon in Figuur B. Die produkte van die twee polimeer wat ontskerm is, word voorgestel deur (ontskermde) TBA en (ontskermde) TBA- B-BR.

Die prentjie

Laastens kan die paA-agtige bindmiddel goed met NCM bind, terwyl die hele proses in situ plaasvind. Dit word verstaan ​​dat dit die eerste keer is dat ‘n in situ polariteit-omskakelingskema in ‘n volvaste-toestand litiumbattery gebruik word.

Wat die temperatuur van hittebehandeling betref, is geen duidelike massaverlies by 120 ℃ waargeneem nie, terwyl die ooreenstemmende massa van die butielgroep verlore gegaan het na 15 uur by 160 ℃. Dit dui aan dat daar ‘n sekere temperatuur is waarteen butiel verwyder kan word (in werklike produksie is hierdie temperatuurtyd te lank, of daar ‘n meer gepaste temperatuur of toestand is om die produksiedoeltreffendheid te verbeter, moet verdere navorsing en bespreking nodig wees). Ft-ir resultate van materiale voor en na deprotection het ook getoon dat soliede elektroliet nie inmeng met die deprotection proses nie. Die kleeffilm is gemaak met die kleefmiddel voor en na ontbeskerming, en die resultaat het getoon dat die kleefmiddel na ontbeskerming sterker hegting met die vloeistofversamelaar gehad het. Om die verenigbaarheid van die bindmiddel en elektroliet voor en na ontbeskerming te toets, is XRD en Raman analise uitgevoer, en die resultate het getoon dat die LPSCl vaste elektroliet goeie verenigbaarheid met die getoetste bindmiddel gehad het.

Maak dan ‘n volwaardige battery en kyk hoe dit werk. Deur NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ bindmiddel 2% te gebruik, toon die stroopsterkte van paalplaat dat die stroopsterkte die grootste is wanneer bindmiddel tBA-B-BR gebruik word (soos getoon in Figuur 1). Intussen het die strooptyd ook ‘n impak op die stroopsterkte. Die ontskermde TBA-elektrodeblad is bros en maklik om te breek, daarom word TBA-B-BR met goeie buigsaamheid en hoë afskilsterkte gekies as die hoofbindmiddel om die batteryprestasie te toets.

Figuur 1. Skilsterkte met verskillende bindmiddels

Die bindmiddel self is ionies-isolerend. Om die effek van die byvoeging van bindmiddel op ioniese geleidingsvermoë te bestudeer, is twee groepe eksperimente uitgevoer, een groep wat 97.5% elektroliet +2.5% bindmiddel bevat het en die ander groep wat geen bindmiddel bevat het nie. Daar is gevind dat die ioniese geleidingsvermoë sonder bindmiddel 4.8×10-3 SCM-1 was, en die geleidingsvermoë met bindmiddel was ook 10-3 orde van grootte. Die elektrochemiese stabiliteit van TBA-B-BR is deur CV-toets bewys.

3

Halwe battery en volle battery werkverrigting

Baie vergelykende toetse toon dat die ontskermde bindmiddel beter adhesie het en geen effek op die migrasie van litiumione het nie. Die gebruik van verskillende bindmiddel gemaak halfsel om die elektrochemiese eienskappe te toets, verskeie eksperimentele halfsel onderskeidelik deur gemeng met bindmiddel die positiewe, geen binder van die vaste elektroliet en Li – In die elektrode van enkelfaktor eksperimente, nie gemeng met bindmiddel In die vaste elektroliet, om te bewys dat die verskillende invloed op die anode binder. Die resultate van die elektrochemiese werkverrigting daarvan word in die onderstaande figuur getoon:

Die prentjie

In die figuur hierbo: a. is die halfselsiklusprestasie van verskillende bindmiddels wanneer die digtheid van die positiewe oppervlak 8mg/cm2 is, en B is die halfselsiklusprestasie van verskillende bindmiddels wanneer die digtheid van die positiewe oppervlak 16mg/cm2 is. Uit bogenoemde resultate kan gesien word dat (ontskermde) TBA-B-BR aansienlik beter batterysiklusprestasie as ander bindmiddels het, en die siklusdiagram word vergelyk met die skilsterktediagram, wat toon dat die meganiese eienskappe van die pole ‘n belangrike rol in die uitvoering van siklusprestasie.

Die prentjie

Die linker figuur toon die EIS van NCM711/ Li-IN halfsel voor die siklus, en die regter figuur toon die EIS van halfsel sonder die siklus van 0.1c vir 50 weke. Die EIS van halfsel wat (ontskermde) TBA-B-BR en BR bindmiddel onderskeidelik gebruik. Dit kan soos volg uit die EIS-diagram afgelei word:

1. Maak nie saak hoeveel siklusse nie, die elektrolietlaag RSE van elke battery is ongeveer 10 ω cm2, wat die inherente volumeweerstand van elektroliet LPSCl 2 verteenwoordig. Die ladingoordragimpedansie (RCT) het gedurende die siklus toegeneem, maar die VERHOGING van RCT d.m.v. BR-bindmiddel was betekenisvol hoër as dié wat tBA-B-BR-bindmiddel gebruik. Daar kan gesien word dat die binding tussen aktiewe stowwe wat BR bindmiddel gebruik nie baie sterk was nie, en daar was losmaking in die siklus.

Die prentjie

SEM is gebruik om die deursnee van paalskywe in verskillende toestande waar te neem, en die resultate word in die figuur hierbo getoon: a. Tba-b-br voor sirkulasie (ontskerming); B. voor sirkulasie BR; C. TBA-B-BR na 25 weke (ontskerming); D. na 25 weke BR;

Siklus voor alle elektrodes kan waargeneem word nou kontak tussen aktiewe deeltjies, kan net sien klein gaatjies, maar na 25 weke siklus, kan sien die ooglopende verandering, gebruik in c (opstyg) assosiasies – b – die positiewe aktiwiteit van die BR meeste deeltjies of geen krake nie, en deur gebruik te maak van die elektrode-aktiwiteit van BR bindmiddeldeeltjies is daar baie krake in die middel, Soos getoon in die geel area van D, word elektroliet- en NCM-deeltjies ook meer ernstig geskei, wat belangrike redes vir battery is. prestasie verswakking.

Die prentjie

Ten slotte word die werkverrigting van die hele battery geverifieer. Die positiewe elektrode NCM711/negatiewe elektrode grafiet kan 153mAh/g bereik in die eerste siklus en handhaaf 85.5% na 45 siklusse.

4

‘n Kort opsomming

Ten slotte, in volvaste-toestand litiumbatterye is soliede kontak tussen aktiewe stowwe, hoë meganiese eienskappe en koppelvlakstabiliteit die belangrikste om hoë elektrochemiese werkverrigting te verkry.