በሰልፈር ላይ የተመሰረቱ ሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ባትሪዎች የላቀ የደህንነት አፈፃፀም ስላላቸው የአሁኑን የሊቲየም-አዮን ባትሪዎችን ይተካሉ ተብሎ ይጠበቃል። ይሁን እንጂ, ሁሉም-ጠንካራ-ግዛት የባትሪ ዝቃጭ ያለውን ዝግጅት ሂደት ውስጥ, የማሟሟት, binder እና ሰልፋይድ ኤሌክትሮ መካከል የማይጣጣሙ polarities አሉ, ስለዚህ በአሁኑ ጊዜ መጠነ ሰፊ ምርት ለማግኘት ምንም መንገድ የለም. በአሁኑ ጊዜ በሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ባትሪ ላይ የሚደረገው ምርምር በዋናነት በላብራቶሪ ደረጃ የሚከናወን ሲሆን የባትሪው መጠን በአንጻራዊ ሁኔታ ሲታይ አነስተኛ ነው. የሁሉም-ጠንካራ ባትሪዎች መጠነ-ሰፊ ምርት አሁንም አሁን ባለው የምርት ሂደት ላይ ነው, ማለትም, ንቁ ንጥረ ነገር ወደ ፈሳሽነት ተዘጋጅቶ ከዚያም ተሸፍኖ እና ደርቋል, ይህም ዝቅተኛ ዋጋ እና ከፍተኛ ቅልጥፍና ሊኖረው ይችላል.

አንድ

ያጋጠሙ ችግሮች

ስለዚህ ፈሳሽ መፍትሄን ለመደገፍ ተስማሚ ፖሊመር ማያያዣ እና ማቅለጫ ማግኘት አስቸጋሪ ነው. አብዛኛዎቹ በሰልፈር ላይ የተመሰረቱ ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች እንደ አሁን የምንጠቀመው እንደ NMP ባሉ የዋልታ መሟሟቶች ውስጥ ሊሟሟ ይችላል። ስለዚህ የማሟሟት ምርጫ ብቻ ያልሆኑ የዋልታ ወይም የማሟሟት በአንጻራዊ ደካማ polarity ያዳላ ሊሆን ይችላል, ይህም ማለት ጠራዥ ምርጫ ደግሞ በተመጣጣኝ ጠባብ ነው – የ ፖሊመር መካከል አብዛኞቹ የዋልታ ተግባራዊ ቡድኖች ጥቅም ላይ ሊውል አይችልም!

ይህ በጣም የከፋ ችግር አይደለም. ከፖላሪቲ አንፃር በአንፃራዊነት ከሟሟት እና ከሰልፋይድ ኤሌክትሮላይቶች ጋር የሚጣጣሙ ማያያዣዎች በጥቅል እና በንቁ ንጥረ ነገሮች እና በኤሌክትሮላይቶች መካከል ያለው ትስስር እንዲቀንስ ስለሚያደርግ ምንም ጥርጥር የለውም ወደ ከፍተኛ የኤሌትሮድ መጨናነቅ እና ፈጣን የአቅም መበስበስን ያስከትላል ይህም የባትሪን አፈጻጸም በእጅጉ ይጎዳል።

ከላይ የተጠቀሱትን መስፈርቶች ለማሟላት ሦስቱ ዋና ዋና ንጥረ ነገሮች (ቢንደር, ሟሟ, ኤሌክትሮላይት) ሊመረጡ ይችላሉ, እንደ ፓራ (P) xylene, toluene, n-hexane, anisole, ወዘተ የመሳሰሉ የዋልታ ያልሆኑ ወይም ደካማ የዋልታ ፈሳሾች ብቻ ናቸው. ., ደካማ የዋልታ ፖሊመር ማያያዣን በመጠቀም, የሚፈለገውን አፈፃፀም ለማሟላት እንደ butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), SEBS, polyvinyl chloride (PVC), ናይትሪል ጎማ (NBR), የሲሊኮን ጎማ እና ኤቲል ሴሉሎስ. .

ሁለት

በቦታው ዋልታ – የፖላር ያልሆነ የመቀየሪያ እቅድ

በዚህ ጽሑፍ ውስጥ, አዲስ የቢንደር አይነት ገብቷል, ይህም በማሽን ጊዜ የኤሌክትሮዶችን ፖላሪቲ በመከላከያ-ዲ-ጥበቃ ኬሚስትሪ ሊለውጥ ይችላል. የዚህ ጠራዥ የዋልታ ተግባራዊ ቡድኖች electrode ለጥፍ ዝግጅት ወቅት ሰልፋይድ ኤሌክትሮ (በዚህ ጉዳይ LPSCl ውስጥ) ሰልፋይድ ኤሌክትሮ ጋር ሊመሳሰል እንደሚችል በማረጋገጥ, ያልሆኑ የዋልታ tert-butyl ተግባራዊ ቡድኖች የተጠበቁ ናቸው. ከዚያም ሙቀት ሕክምና በኩል, ማለትም electrode መካከል ማድረቂያ ሂደት, tert-butyl ተግባራዊ ቡድን ፖሊመር ጠራዥ, አማቂ የተከፈለ ሊሆን ይችላል, ጥበቃ ዓላማ ለማሳካት, እና በመጨረሻም የዋልታ ጠራዥ ማግኘት. ምስል A ይመልከቱ.

ስዕሉ

BR (butadiene rubber) የኤሌክትሮዱን ሜካኒካል እና ኤሌክትሮኬሚካላዊ ባህሪያት በማነፃፀር ለሰልፋይድ ሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ባትሪ እንደ ፖሊመር ማያያዣ ተመርጧል። የሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ባትሪዎች ሜካኒካል እና ኤሌክትሮኬሚካላዊ ባህሪያትን ከማጎልበት በተጨማሪ ይህ ጥናት ለፖሊሜር ማያያዣ ዲዛይን አዲስ አቀራረብ ይከፍታል ፣ ይህም ኤሌክትሮዶችን በተገቢው እና በሚፈለገው ሁኔታ ለማቆየት የመከላከያ-ዲ-ጥበቃ-ኬሚካዊ አቀራረብ ነው ። ኤሌክትሮዶችን ለማምረት የተለያዩ ደረጃዎች.

ከዚያም ፖሊተርት-ቡቲላክራላይት (ቲቢኤ) እና በውስጡ ብሎክ ኮፖሊመር፣ ፖሊተር-ቡቲላክራላይት – ቢ-ፖሊ 1፣ 4-ቡታዲያን (TBA-B-BR)፣ የካርቦቢሊክ አሲድ ተግባራዊ ቡድኖቹ በቴርሞላይዝድ ቲ-ቡቲል ቡድን የተጠበቁ ናቸው። ሙከራው ። በእውነቱ፣ TBA የPAA ቅድመ ሁኔታ ነው፣ ​​እሱም በተለምዶ በአሁኑ የሊቲየም ion ባትሪዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል፣ ነገር ግን በሰልፋይድ ላይ በተመሰረቱ ሁሉም ጠንካራ ሊቲየም ባትሪዎች የፖላሪቲ አለመመጣጠን ምክንያት መጠቀም አይቻልም። የ PAA ጠንካራ polarity ሰልፋይድ electrolytes ጋር በኃይል ምላሽ ይችላሉ, ነገር ግን መከላከያ carboxylic አሲድ ተግባራዊ ቡድን ቲ-butyl ጋር, PAA polarity, ያልሆኑ የዋልታ ወይም በደካማ የዋልታ የሚሟሟ ውስጥ የሚሟሟ በመፍቀድ, ሊቀነስ ይችላል. ከሙቀት ሕክምና በኋላ የቲ-ቡቲል ኤስተር ቡድን ኢሶቡቲን እንዲለቀቅ ብስባሽ ሆኗል, በዚህም ምክንያት ካርቦቢሊክ አሲድ እንዲፈጠር ምክንያት ሆኗል, በስእል ለ እንደሚታየው የሁለቱ ፖሊመር መከላከያ ምርቶች በ (የተከለከሉ) TBA እና (የተከለከሉ) TBA- ይወከላሉ. B-BR.

ስዕሉ

በመጨረሻም፣ paA-like binder ከኤንሲኤም ጋር በደንብ ሊተሳሰር ይችላል፣ አጠቃላይ ሂደቱ ግን በቦታው ላይ ነው። በቦታ ላይ የፖላሪቲ ልወጣ እቅድ በሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ሊቲየም ባትሪ ውስጥ ጥቅም ላይ ሲውል ይህ የመጀመሪያው እንደሆነ ተረድቷል።

የሙቀት ሕክምናን የሙቀት መጠን በተመለከተ በ 120 ℃ ላይ ግልጽ የሆነ የጅምላ ኪሳራ አልታየም ፣ በተመሳሳይ ጊዜ የቡቲል ቡድን ብዛት ከ 15 ሰአታት በኋላ በ 160 ℃ ጠፍቷል። ይህ የሚያመለክተው ቡቲል የሚወጣበት የተወሰነ የሙቀት መጠን እንዳለ ነው (በትክክለኛው ምርት ውስጥ ይህ የሙቀት ጊዜ በጣም ረጅም ነው, የበለጠ ተስማሚ የሙቀት መጠን ወይም ሁኔታ የምርት ውጤታማነትን ለማሻሻል ተጨማሪ ምርምር እና ውይይት ያስፈልገዋል). ከመጥፋቱ በፊት እና በኋላ የቁሳቁሶች የft-ir ውጤቶችም ጠንካራ ኤሌክትሮላይት በመጥፋቱ ሂደት ውስጥ ጣልቃ እንደማይገባ ያሳያል። የማጣበቂያው ፊልም ከመጥፋቱ በፊት እና በኋላ በማጣበቂያው ተሠርቷል, ውጤቱም እንደሚያሳየው ከተጣራ በኋላ ማጣበቂያው በፈሳሽ ሰብሳቢው የበለጠ ጠንካራ ማጣበቂያ አለው. ከመጥፋቱ በፊት እና በኋላ የቢንደር እና ኤሌክትሮላይት ተኳሃኝነትን ለመፈተሽ, የ XRD እና Raman ትንታኔዎች ተካሂደዋል, ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት የ LPSCl ጠንካራ ኤሌክትሮላይት ከተሞከረው ማያያዣ ጋር ጥሩ ተኳሃኝነት አለው.

በመቀጠል ሁሉንም-ጠንካራ ባትሪ ይስሩ እና እንዴት እንደሚሰራ ይመልከቱ። NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ binder 2%ን በመጠቀም የፖል ሉህ የመንጠቅ ጥንካሬ እንደሚያሳየው የማስያዣው tBA-B-BR ጥቅም ላይ ሲውል ከፍተኛው ነው (በስእል 1 እንደሚታየው)። ይህ በእንዲህ እንዳለ, የመንጠፊያው ጊዜ በማራገፍ ጥንካሬ ላይ ተጽእኖ ይኖረዋል. የተጠበቀው የቲቢኤ ኤሌክትሮድ ሉህ ተሰባሪ እና በቀላሉ ሊሰበር የሚችል ነው፣ ስለዚህ TBA-B-BR ጥሩ የመተጣጠፍ ችሎታ ያለው እና ከፍተኛ የልጣጭ ጥንካሬ ያለው የባትሪውን ስራ ለመፈተሽ እንደ ዋና ማያያዣ ተመርጧል።

ምስል 1. ከተለያዩ ማያያዣዎች ጋር የልጣጭ ጥንካሬ

ማሰሪያው ራሱ ion insulating ነው። የቢንደር መጨመር በ ionic conductivity ላይ የሚያስከትለውን ውጤት ለማጥናት ሁለት የቡድን ሙከራዎች ተካሂደዋል, አንድ ቡድን 97.5% ኤሌክትሮላይት + 2.5% ማያያዣ እና ሌላኛው ቡድን ምንም ማያያዣ የለውም. የ ion conductivity ያለ ማያያዣ 4.8×10-3 SCM-1 ነበር, እና binder ጋር conductivity ደግሞ 10-3 ቅደም ተከተል ነበር ተገኝቷል. የ TBA-B-BR ኤሌክትሮኬሚካላዊ መረጋጋት በሲቪ ምርመራ ተረጋግጧል.

ሶስት

ግማሽ ባትሪ እና ሙሉ የባትሪ አፈጻጸም

ብዙ የንጽጽር ሙከራዎች እንደሚያሳዩት የተከለከለው ማያያዣ የተሻለ የማጣበቅ ችሎታ ያለው እና በሊቲየም ions ፍልሰት ላይ ምንም ተጽእኖ የለውም. የኤሌክትሮኬሚካላዊ ባህሪያትን ለመፈተሽ የተለያዩ ማያያዣዎችን በመጠቀም የግማሽ ሕዋስን በመጠቀም ፣የተለያዩ የሙከራ ግማሽ ሴል በቅደም ተከተል ከቢንደር አወንታዊ ጋር በመደባለቅ ፣የጠንካራ ኤሌክትሮላይት የለም እና ሊ – በነጠላ ፋክተር ሙከራዎች ኤሌክትሮዶች ውስጥ ፣ ከቢንደር ጋር ያልተደባለቀ በጠንካራ ኤሌክትሮላይት ውስጥ ፣ በ anode binder ላይ የተለያየ ተጽእኖ መኖሩን ለማረጋገጥ. የኤሌክትሮኬሚካላዊ አፈፃፀም ውጤቶቹ ከዚህ በታች ባለው ስእል ውስጥ ይታያሉ ።

ስዕሉ

ከላይ ባለው ሥዕል፡- ሀ. የአዎንታዊው ወለል ጥግግት 8mg/cm2 ሲሆን የተለያዩ ማያያዣዎች የግማሽ ሴል ዑደት አፈጻጸም ሲሆን B ደግሞ የአዎንታዊው ወለል ጥግግት 16mg/cm2 ሲሆን የተለያዩ ማያያዣዎች የግማሽ ሴል ዑደት አፈጻጸም ነው። ከላይ ከተጠቀሱት ውጤቶች መረዳት የሚቻለው (የተከለከለ) TBA-B-BR ከሌሎች ማያያዣዎች በተሻለ የባትሪ ዑደት አፈጻጸም እንዳለው እና የዑደቱ ዲያግራም ከላጡ ጥንካሬ ዲያግራም ጋር ተነጻጽሯል፣ ይህ የሚያሳየው ምሰሶዎቹ ሜካኒካል ባህሪያት የሚጫወቱት መሆኑን ያሳያል። በዑደት አፈፃፀም ውስጥ ጠቃሚ ሚና።

ስዕሉ

የግራ ምስል ከዑደቱ በፊት የ NCM711/ Li-IN የግማሽ ሴል EIS ያሳያል፣ እና ትክክለኛው ምስል የግማሽ ሴል EISን ያለ 0.1c ዑደት ለ50 ሳምንታት ያሳያል። የግማሽ ሕዋስ EIS (የተከለከለ) TBA-B-BR እና BR binderን በመጠቀም። ከ EIS ዲያግራም እንደሚከተለው መደምደም ይቻላል፡-

1. የቱንም ያህል ዑደቶች ቢኖሩም የእያንዳንዱ ባትሪ የኤሌክትሮላይት ንብርብር RSE ወደ 10 ω cm2 አካባቢ ነው, ይህም የኤሌክትሮላይት LPSCl ውስጣዊ የድምፅ መቋቋምን ይወክላል. tBA-B-BR ማያያዣን በመጠቀም የ BR ማሰሪያ ከነበረው በጣም ከፍ ያለ ነበር። በ BR binder በመጠቀም በንቁ ንጥረ ነገሮች መካከል ያለው ትስስር በጣም ጠንካራ እንዳልነበረ እና በዑደቱ ውስጥ እየፈታ እንዳለ ማየት ይቻላል ።

ስዕሉ

SEM በተለያዩ ግዛቶች ውስጥ የሚገኙትን ምሰሶዎች የተቆራረጡ ክፍሎችን ለመመልከት ያገለግል ነበር, ውጤቶቹም ከላይ በስዕሉ ላይ ይታያሉ: ሀ. Tba-b-br ከስርጭት በፊት (መከላከያ); B. ከስርጭት በፊት BR; C. TBA-B-BR ከ 25 ሳምንታት በኋላ (መከላከያ); መ. ከ 25 ሳምንታት በኋላ BR;

ከሁሉም ኤሌክትሮዶች በፊት ዑደት በንቁ ቅንጣቶች መካከል ጥብቅ ግንኙነት ይታያል, ትናንሽ ቀዳዳዎችን ብቻ ማየት ይችላል, ነገር ግን ከ 25 ሳምንታት ዑደት በኋላ ግልጽ የሆነ ለውጥ ማየት ይችላል, በ c (ማጥፋት) ተባባሪዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል – ለ – የ BR አብዛኞቹ ቅንጣቶች አወንታዊ እንቅስቃሴ. ወይም ምንም ስንጥቆች, እና የ BR binder ቅንጣቶች electrode እንቅስቃሴ በመጠቀም መሃል ላይ ብዙ ስንጥቆች አሉ, በዲ ቢጫ አካባቢ ላይ እንደሚታየው በተጨማሪ, ኤሌክትሮ እና NCM ቅንጣቶች ይበልጥ በቁም ተለያይተዋል, ይህም የባትሪ አስፈላጊ ምክንያቶች ናቸው. የአፈፃፀም ቅነሳ.

ስዕሉ

በመጨረሻም የሙሉ ባትሪው አፈጻጸም ይረጋገጣል. አወንታዊው ኤሌክትሮድ NCM711/ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ግራፋይት በመጀመሪያው ዑደት 153mAh/g ሊደርስ እና ከ85.5 ዑደቶች በኋላ 45% ሊቆይ ይችላል።

አራት

አጭር ማጠቃለያ

ለማጠቃለል ያህል, በሁሉም-ጠንካራ-ግዛት ሊቲየም ባትሪዎች ውስጥ, ንቁ ንጥረ ነገሮች መካከል ጠንካራ ግንኙነት, ከፍተኛ ሜካኒካዊ ንብረቶች እና በይነገጽ መረጋጋት ከፍተኛ electrochemically አፈጻጸም ለማግኘት በጣም አስፈላጊ ናቸው.