Чакаецца, што цвёрдацельныя батарэі на аснове серы заменяць цяперашнія літый-іённыя батарэі з-за іх найвышэйшай бяспекі. Аднак у працэсе падрыхтоўкі суспензіі для цвёрдацельных акумулятараў існуюць несумяшчальныя палярнасці паміж растваральнікам, злучным і сульфідным электралітам, таму ў цяперашні час няма магчымасці дасягнуць буйнамаштабнага вытворчасці. У цяперашні час даследаванні цвёрдацельных акумулятараў праводзяцца ў асноўным у лабараторных маштабах, а аб’ём батарэі адносна невялікі. Буйнамаштабнае вытворчасць цвёрдацельных акумулятараў па-ранейшаму ідзе ў бок існуючага вытворчага працэсу, гэта значыць, дзеючае рэчыва рыхтуюць у суспензію, а затым пакрываюць і сушаць, што можа мець больш нізкі кошт і больш высокую эфектыўнасць.

1

З цяжкасцямі сутыкнуліся

Такім чынам, цяжка знайсці падыходнае палімернае злучнае і растваральнік для падтрымання вадкага раствора. Большасць цвёрдых электралітаў на аснове серы можна раствараць у палярных растваральніках, такіх як NMP, які мы выкарыстоўваем у цяперашні час. Такім чынам, выбар растваральніка можа быць зрушаны толькі ў залежнасці ад непалярнай або адносна слабой палярнасці растваральніка, а гэта значыць, што выбар злучнага таксама, адпаведна, вузкі – большасць палярных функцыянальных груп палімера выкарыстоўваць нельга!

Гэта не самая страшная праблема. З пункту гледжання палярнасці злучныя рэчывы, якія адносна сумяшчальныя з растваральнікамі і сульфіднымі электралітамі, прывядуць да памяншэння сувязі паміж агрэгатамі і актыўнымі рэчывамі і электралітамі, што, несумненна, прывядзе да надзвычайнага імпедансу электродаў і хуткага зніжэння ёмістасці, што надзвычай шкодна для працы батарэі.

Для задавальнення вышэйпералічаных патрабаванняў можна выбраць тры асноўныя рэчывы (злучнае, растваральнік, электраліт), толькі непалярныя або слабыя палярныя растваральнікі, такія як пара-(Р) ксілол, талуол, н-гексан, анізол і г.д. ., з выкарыстаннем слабых палярных палімерных звязальных рэчываў, такіх як бутадыенавы каўчук (BR), бутадыенстырол (SBR), SEBS, полівінілхларыд (ПВХ), нітрылавы каўчук (NBR), сіліконавы каўчук і этылацэлюлоза, каб задаволіць патрабаваную прадукцыйнасць .

2

In situ polar – непалярная схема пераўтварэння

У гэтым артыкуле прадстаўлены новы тып злучнага, які можа змяняць палярнасць электрода падчас апрацоўкі з дапамогай хіміі абароны ад абароны. Палярныя функцыянальныя групы гэтага злучнага рэчыва абаронены непалярнымі трет-бутылавымі функцыянальнымі групамі, што гарантуе, што злучнае можа быць супастаўлена з сульфідным электралітам (у дадзеным выпадку LPSCl) падчас падрыхтоўкі электродной пасты. Затым з дапамогай тэрмічнай апрацоўкі, а менавіта працэсу сушкі электрода, трет-бутылавая функцыянальная група палімернага звязальнага можа быць тэрмічна расшчаплена, каб дасягнуць мэты абароны, і, нарэшце, атрымаць палярнае злучнае. Глядзіце малюнак А.

Карцінка

BR (бутадыен-каўчук) быў абраны ў якасці палімернага звязальнага для сульфідных цвёрдацельных акумулятараў шляхам параўнання механічных і электрахімічных уласцівасцяў электрода. У дадатак да паляпшэння механічных і электрахімічных уласцівасцяў цалкам цвёрдацельных батарэй, гэта даследаванне адкрывае новы падыход да дызайну палімернага злучнага, які ўяўляе сабой хімічны падыход абароны ад абароны для падтрымання электродаў у належным і жаданым стане пры розныя этапы вырабу электродаў.

Затым былі абраны політэрт-бутылакрылат (TBA) і яго блок-супалімер, політэрт-бутылакрылат – b-полі 1-бутадыен (TBA-B-BR), функцыянальныя групы карбонавых кіслот якога абаронены термолизованной Т-бутыльнай групай. эксперымент. Фактычна, TBA з’яўляецца папярэднікам PAA, які звычайна выкарыстоўваецца ў сучасных літый-іённых батарэях, але не можа быць выкарыстаны ў цвёрдых літыевых батарэях на аснове сульфіду з-за несупадзення палярнасці. Моцная палярнасць ПАА можа бурна рэагаваць з сульфіднымі электралітамі, але з ахоўнай функцыянальнай групай карбонавай кіслаты Т-бутылу палярнасць ПАА можа быць зніжана, што дазваляе яму растварацца ў непалярных або слабапалярных растваральніках. Пасля тэрмічнай апрацоўкі група т-бутылавага эфіру раскладаецца з вылучэннем ізабутэна, у выніку чаго ўтвараецца карбонавая кіслата, як паказана на малюнку B. Прадукты двух палімераў, абарона якіх знятая, прадстаўлены (знята абарона) TBA і (знятая) TBA- Б-БР.

Карцінка

Нарэшце, раА-падобнае злучнае можа добра злучацца з NCM, у той час як увесь працэс адбываецца на месцы. Зразумела, што гэта першы раз, калі схема пераўтварэння палярнасці in situ была выкарыстана ў цвёрдацельнай літыевай батарэі.

Што тычыцца тэмпературы тэрмічнай апрацоўкі, відавочнай страты масы не назіралася пры 120 ℃, у той час як адпаведная маса бутилавой групы была страчана праз 15 гадзін пры 160 ℃. Гэта сведчыць аб тым, што існуе пэўная тэмпература, пры якой бутыл можа быць выдалены (у рэальным вытворчасці гэты тэмпературны час занадта вялікі, ці ёсць больш адпаведная тэмпература або ўмовы для павышэння эфектыўнасці вытворчасці, патрабуюць далейшага даследавання і абмеркавання). Вынікі Ft-ir матэрыялаў да і пасля зняцця абароны таксама паказалі, што цвёрды электраліт не перашкаджаў працэсу зняцця абароны. Клейкая плёнка была зроблена з клеем да і пасля зняцця абароны, і вынік паказаў, што клей пасля зняцця абароны меў больш трывалую адгезію з калектарам вадкасці. Для таго, каб праверыць сумяшчальнасць злучнага і электраліта да і пасля зняцця абароны, былі праведзены XRD і раманаўскія аналізы, і вынікі паказалі, што цвёрды электраліт LPSCl меў добрую сумяшчальнасць з доследным злучным рэчывам.

Затым зрабіце цвёрдацельны акумулятар і паглядзіце, як ён працуе. Выкарыстоўваючы NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ злучнае рэчыва 2%, трываласць зачысткі палюснага ліста паказвае, што трываласць зачысткі з’яўляецца найбольшай пры выкарыстанні злучнага tBA-B-BR (як паказана на малюнку 1). Між тым, час зачысткі таксама ўплывае на трываласць зачысткі. Ліст электрода TBA без абароны з’яўляецца далікатным і лёгка ламаецца, таму TBA-B-BR з добрай гнуткасцю і высокай трываласцю на адслаенне абраны ў якасці асноўнага злучнага для праверкі працаздольнасці батарэі.

Малюнак 1. Трываласць на адслаенне з рознымі злучнымі рэчывамі

Само злучнае з’яўляецца іённай ізаляцыйнай. З мэтай вывучэння ўплыву дадання злучнага рэчыва на іённую праводнасць былі праведзены дзве групы эксперыментаў: адна група змяшчала 97.5% электраліта +2.5% злучнага, а другая група не ўтрымлівала злучнага. Выяўлена, што іённая праводнасць без злучнага складала 4.8×10-3 СКМ-1, а праводнасць са злучным таксама 10-3 парадку. Электрахімічная стабільнасць TBA-B-BR была даказана з дапамогай CV-тэсту.

тры

Палова батарэі і поўная прадукцыйнасць батарэі

Шматлікія параўнальныя тэсты паказваюць, што злучнае рэчыва без абароны мае лепшую адгезію і не ўплывае на міграцыю іёнаў літыя. Выкарыстоўваючы розныя злучныя рэчывы, зробленыя паўэлементы для праверкі электрахімічных уласцівасцяў, розныя эксперыментальныя паўэлементы адпаведна змешваюць са злучным станоўчым, без злучнага цвёрдага электраліта і Li – у электродзе эксперыментаў з адным фактарам, не змешваюць са злучным у цвёрдым электраліце, даказаць, што розны ўплыў на аноднае злучнае. Яго электрахімічныя вынікі паказаны на малюнку ніжэй:

Карцінка

На малюнку вышэй: а. – прадукцыйнасць паўклетачнага цыклу розных злучных рэчываў, калі шчыльнасць станоўчай паверхні роўная 8 мг/см2, і B – прадукцыйнасць паўклетачнага цыклу розных злучных рэчываў, калі шчыльнасць станоўчай паверхні роўная 16 мг/см2. З прыведзеных вышэй вынікаў відаць, што (без абароны) TBA-B-BR мае значна лепшую прадукцыйнасць цыклу батарэі, чым іншыя злучныя рэчывы, і цыкл цыкла параўноўваецца з дыяграмай трываласці на адслаенне, якая паказвае, што механічныя ўласцівасці палюсоў гуляюць у значнай ступені. важную ролю ў выкананні цыкла выканання.

Карцінка

Левы малюнак паказвае EIS паловы ячэйкі NCM711/Li-IN перад цыклам, а правы малюнак паказвае EIS паловы ячэйкі без цыклу 0.1c на працягу 50 тыдняў. EIS паловы ячэйкі з выкарыстаннем (знятай абароны) TBA-B-BR і BR злучнага адпаведна. З дыяграмы EIS можна зрабіць наступную выснову:

1. Незалежна ад колькасці цыклаў, пласт электраліта RSE кожнай батарэі складае каля 10 ω см2, што ўяўляе сабой уласцівы аб’ёмны супраціў электраліту LPSCl 2. Імпеданс перадачы зарада (RCT) павялічваўся падчас цыклу, але ПАВЫШЭННЕ RCT з дапамогай BR злучнае было значна вышэй, чым пры выкарыстанні tBA-B-BR злучнага. Можна заўважыць, што сувязь паміж актыўнымі рэчывамі з выкарыстаннем звязальнага BR была не вельмі моцнай, і ў цыкле адбывалася паслабленне.

Карцінка

SEM быў выкарыстаны для назірання папярочнага сячэння зрэзаў полюса ў розных станах, і вынікі паказаны на малюнку вышэй: а. Тба-б-бр да звароту (зняцце абароны); Б. да звароту БР; C. TBA-B-BR праз 25 тыдняў (зняцце абароны); D. праз 25 тыдняў БР;

Цыкл перад усімі электродамі можна назіраць цесны кантакт паміж актыўнымі часціцамі, можна бачыць толькі невялікія дзіркі, але пасля 25-тыднёвага цыклу можна ўбачыць відавочнае змяненне, якое выкарыстоўваецца ў c (злёт) спадарожнікаў – b – станоўчая актыўнасць BR большасці часціц або няма расколін, і пры выкарыстанні электроднай актыўнасці часціц злучнага BR ёсць шмат расколін у сярэдзіне, як паказана ў жоўтай вобласці D, акрамя таго, часціцы электраліта і NCM больш сур’ёзна падзеленыя, што з’яўляецца важнымі прычынамі для батарэі паслабленне прадукцыйнасці.

Карцінка

Нарэшце, прадукцыйнасць ўсёй батарэі правяраецца. Станоўчы электрод NCM711/ адмоўны графіт можа дасягаць 153 мАг/г у першым цыкле і падтрымліваць 85.5% пасля 45 цыклаў.

4

Кароткае рэзюмэ

У заключэнне, у цвёрдацельных літыевых батарэях цвёрды кантакт паміж актыўнымі рэчывамі, высокія механічныя ўласцівасці і стабільнасць інтэрфейсу з’яўляюцца найбольш важнымі для атрымання высокіх электрахімічных характарыстык.