Ang all-solid-state nga mga baterya nga nakabase sa sulfur gilauman nga mopuli sa kasamtangan nga mga baterya sa lithium-ion tungod sa ilang labaw nga kaluwasan nga performance. Bisan pa, sa proseso sa pag-andam sa all-solid-state nga slurry sa baterya, adunay dili magkatugma nga mga polaridad taliwala sa solvent, binder ug sulphide electrolyte, mao nga wala’y paagi aron makab-ot ang dako nga produksiyon sa pagkakaron. Sa pagkakaron, ang panukiduki sa all-solid-state nga baterya nag-una nga gihimo sa sukod sa laboratoryo, ug ang gidaghanon sa baterya medyo gamay. Ang dako nga produksiyon sa all-solid-state nga baterya anaa pa sa kasamtangan nga proseso sa produksyon, nga mao, ang aktibong substansiya giandam ngadto sa slurry ug dayon gipahiran ug gipauga, nga adunay mas ubos nga gasto ug mas taas nga kahusayan.

sa usa ka

Mga kalisdanan nga giatubang

Busa, lisud ang pagpangita sa angay nga polymer binder ug solvent aron suportahan ang likido nga solusyon. Kadaghanan sa sulfur-based solid electrolytes mahimong matunaw sa polar solvents, sama sa NMP nga atong gigamit karon. Busa ang pagpili sa solvent mahimo lamang nga mapihigon ngadto sa non-polar o medyo huyang nga polarity sa solvent, nga nagpasabot nga ang pagpili sa binder mao usab ang katugbang nga pig-ot – kadaghanan sa mga polar functional nga mga grupo sa polymer dili magamit!

Dili kini ang pinakagrabe nga problema. Sa mga termino sa polarity, ang mga binder nga medyo katugma sa mga solvent ug sulfide electrolytes magdala sa pagkunhod sa bugkos tali sa mga aggregate ug aktibo nga mga sangkap ug electrolytes, nga sa walay duhaduha mosangput sa grabe nga electrode impedance ug paspas nga pagkadunot sa kapasidad, nga labi ka makadaot sa pasundayag sa baterya.

Aron makab-ot ang mga kinahanglanon sa ibabaw, ang tulo ka nag-unang mga substansiya (binder, solvent, electrolyte) mahimong mapili, non-polar o huyang nga polar solvents, sama sa para-(P) xylene, toluene, n-hexane, anisole, etc ., gamit ang huyang nga polar polymer binder, Sama sa butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), SEBS, polyvinyl chloride (PVC), nitrile rubber (NBR), silicone rubber ug ethyl cellulose, aron matubag ang gikinahanglan nga performance .

sa duha ka

In situ polar – non-polar nga pamaagi sa pagkakabig

Niini nga papel, usa ka bag-ong matang sa binder ang gipaila, nga makapausab sa polarity sa electrode sa panahon sa machining pinaagi sa protection-de-protection chemistry. Ang polar functional nga mga grupo niini nga binder gipanalipdan sa non-polar tert-butyl functional nga mga grupo, sa pagsiguro nga ang binder mahimong ipares sa sulfide electrolyte (sa niini nga kaso LPSCl) sa panahon sa pag-andam sa electrode paste. Unya pinaagi sa init nga pagtambal, nga mao ang pa-uga nga proseso sa electrode, ang tert-butyl functional nga grupo sa polymer binder mahimong thermal split, aron makab-ot ang katuyoan sa pagpanalipod, ug sa katapusan makuha ang polar binder. Tan-awa ang Figure A.

Ang litrato

Ang BR (butadiene rubber) gipili isip polymer binder para sa sulfide all-solid-state nga baterya pinaagi sa pagtandi sa mekanikal ug electrochemical nga mga kabtangan sa electrode. Dugang pa sa pagpauswag sa mekanikal ug electrochemical nga mga kabtangan sa all-solid-state nga mga baterya, kini nga panukiduki nagbukas sa usa ka bag-ong pamaagi sa polymer binder design, nga usa ka proteksyon-de-protection-kemikal nga pamaagi aron mapabilin ang mga electrodes sa angay ug gitinguha nga kahimtang sa lainlaing mga yugto sa paghimo sa electrode.

Dayon, ang polytert-butylacrylate (TBA) ug ang block copolymer niini, polytert-butylacrylate – b-poly 1, 4-butadiene (TBA-B-BR), kansang carboxylic acid functional nga mga grupo gipanalipdan sa thermolyzed T-butyl group, gipili sa ang eksperimento. Sa pagkatinuod, ang TBA mao ang pasiuna sa PAA, nga kasagarang gigamit sa kasamtangang lithium ion nga mga baterya, apan dili magamit sa sulfide-based all-solid lithium batteries tungod sa polarity mismatch niini. Ang lig-on nga polarity sa PAA mahimong mapintas nga reaksiyon sa sulfide electrolytes, apan uban sa protective carboxylic acid functional nga grupo sa T-butyl, ang polarity sa PAA mahimong pagkunhod, nga nagtugot niini sa dissolve sa non-polar o huyang polar solvents. Human sa pagtambal sa kainit, ang grupo sa t-butyl ester decomposed sa pagpagawas sa isobutene, nga miresulta sa pagporma sa carboxylic acid, sama sa gipakita sa Figure B. Ang mga produkto sa duha ka polymer deprotected girepresentahan sa (deprotected) TBA ug (deprotected) TBA- B-BR.

Ang litrato

Sa katapusan, ang sama sa paA nga binder mahimo nga maayo nga makig-uban sa NCM, samtang ang tibuuk nga proseso mahitabo sa lugar. Nasabtan nga kini ang unang higayon nga ang in situ polarity conversion scheme gigamit sa all-solid-state lithium battery.

Mahitungod sa temperatura sa pagtambal sa kainit, walay klaro nga pagkawala sa masa nga naobserbahan sa 120 ℃, samtang ang katugbang nga masa sa butyl nga grupo nawala human sa 15h sa 160 ℃. Kini nagpakita nga adunay usa ka piho nga temperatura diin ang butyl mahimong tangtangon (sa aktuwal nga produksiyon, kini nga panahon sa temperatura taas kaayo, kung adunay mas tukma nga temperatura o kondisyon aron mapauswag ang kahusayan sa produksiyon kinahanglan dugang nga panukiduki ug diskusyon). Ang mga resulta sa Ft-ir sa mga materyales sa wala pa ug pagkahuman sa deprotection nagpakita usab nga ang solid electrolyte wala makabalda sa proseso sa deprotection. Ang adhesive film gihimo gamit ang adhesive sa wala pa ug pagkahuman sa deprotection, ug ang resulta nagpakita nga ang adhesive human sa deprotection adunay mas lig-on nga adhesion sa fluid collector. Aron masulayan ang pagkaangay sa binder ug electrolyte sa wala pa ug pagkahuman sa deprotection, gihimo ang XRD ug Raman analysis, ug ang mga resulta nagpakita nga ang LPSCl solid electrolyte adunay maayo nga pagkaangay sa gisulayan nga binder.

Sunod, paghimo og all-solid-state nga baterya ug tan-awa kung giunsa kini pagbuhat. Gamit ang NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% / SP2%/ binder 2%, ang paghubo sa kusog sa poste sheet nagpakita nga ang paghubo sa kusog mao ang kinadak-an kon ang binder tBA-B-BR gigamit (sama sa gipakita sa Figure 1). Samtang, ang oras sa paghubo adunay epekto usab sa kusog sa paghubo. Ang deprotected nga TBA electrode sheet kay brittle ug dali mabali, mao nga ang TBA-B-BR nga adunay maayo nga pagka-flexible ug taas nga peel strength gipili isip nag-unang binder sa pagsulay sa performance sa baterya.

Figure 1. Panit sa kusog sa lain-laing mga binders

Ang binder mismo mao ang ionic insulating. Aron matun-an ang epekto sa pagdugang sa binder sa ionic conductivity, duha ka grupo sa mga eksperimento ang gipahigayon, usa ka grupo nga adunay 97.5% electrolyte + 2.5% binder ug ang laing grupo nga walay binder. Nakaplagan nga ang ionic conductivity nga walay binder mao ang 4.8 × 10-3 SCM-1, ug ang conductivity nga adunay binder mao usab ang 10-3 order sa magnitude. Ang kalig-on sa electrochemical sa TBA-B-BR napamatud-an sa pagsulay sa CV.

sa tulo ka mga

Katunga sa baterya ug bug-os nga performance sa baterya

Daghang pagtandi nga mga pagsulay nagpakita nga ang deprotected binder adunay mas maayo nga adhesion ug walay epekto sa paglalin sa lithium ions. Pinaagi sa paggamit sa lain-laing binder nga gihimo katunga sa cell sa pagsulay sa electrochemical kabtangan, lain-laing mga eksperimento katunga sa cell sa tinagsa pinaagi sa sinaktan sa binder ang positibo, walay binder sa solid electrolyte ug Li – Sa electrode sa usa ka butang eksperimento, dili sinaktan sa binder Sa solid electrolyte, aron pamatud-an nga ang lainlaing impluwensya sa anode binder. Ang mga resulta sa performance sa electrochemical niini gipakita sa hulagway sa ubos:

Ang litrato

Sa hulagway sa ibabaw: a. mao ang half-cell cycle performance sa lain-laing binders sa diha nga ang Densidad sa positibo nga nawong mao ang 8mg/cm2, ug B mao ang half-cell cycle performance sa lain-laing mga binders sa diha nga ang Densidad sa positibo nga nawong mao ang 16mg/cm2. Makita gikan sa mga resulta sa ibabaw nga (deprotected) TBA-B-BR adunay mas maayo nga performance sa siklo sa baterya kay sa ubang mga binder, ug ang cycle diagram gitandi sa peel strength diagram, nga nagpakita nga ang mekanikal nga mga kabtangan sa mga poste nagdula ug importante nga papel sa performance sa cycle performance.

Ang litrato

Ang wala nga numero nagpakita sa EIS sa NCM711 / Li-IN katunga nga selula sa wala pa ang siklo, ug ang husto nga numero nagpakita sa EIS sa tunga nga selula nga walay siklo nga 0.1c sulod sa 50 ka semana. Ang EIS sa tunga nga cell gamit ang (deprotected) TBA-B-BR ug BR binder matag usa. Mahimong tapuson gikan sa EIS diagram sama sa mosunod:

1. Bisag pila ka mga siklo, ang electrolyte layer RSE sa matag baterya anaa sa palibot sa 10 ω cm2, nga nagrepresentar sa kinaiyanhong gidaghanon sa pagsukol sa electrolyte LPSCl 2. Ang charge transfer impedance (RCT) misaka sa panahon sa cycle, apan ang PAGTAAS sa RCT gamit ang Ang BR binder mas taas kay sa paggamit sa tBA-B-BR binder. Makit-an nga dili kaayo lig-on ang pagbugkos tali sa mga aktibo nga sangkap gamit ang BR binder, ug adunay paghuyang sa siklo.

Ang litrato

Ang SEM gigamit sa pag-obserbar sa cross-section sa mga hiwa sa poste sa lain-laing mga estado, ug ang mga resulta gipakita sa hulagway sa ibabaw: a. Tba-b-br sa wala pa ang sirkulasyon (deprotection); B. sa wala pa ang sirkulasyon BR; C. TBA-B-BR human sa 25 ka semana (deprotection); D. human sa 25 ka semana BR;

Cycle sa wala pa ang tanan nga electrodes mahimong obserbahan pag-ayo contact tali sa aktibo nga mga partikulo, makita lamang ang gagmay nga mga lungag, apan human sa 25 ka semana cycle, makita ang dayag nga kausaban, nga gigamit sa c (pagkuha sa) kauban – b – ang positibo nga kalihokan sa BR kadaghanan sa mga partikulo. o walay mga liki, ug sa paggamit sa electrode kalihokan sa BR binder partikulo adunay daghan nga mga liki sa tunga-tunga, Ingon sa gipakita sa yellow nga dapit sa D, dugang pa, electrolyte ug NCM mga partikulo mas seryoso nga mibulag, nga mao ang importante nga mga rason alang sa battery pagkunhod sa performance.

Ang litrato

Sa katapusan, ang pasundayag sa tibuok nga baterya napamatud-an. Ang positibo nga electrode NCM711 / negatibo nga electrode graphite mahimong moabot sa 153mAh / g sa unang siklo ug magpadayon sa 85.5% human sa 45 ka mga siklo.

upat

Usa ka mubo nga summary

Sa konklusyon, sa all-solid-state lithium batteries, ang solidong kontak tali sa mga aktibong substansiya, taas nga mekanikal nga mga kabtangan ug kalig-on sa interface mao ang labing importante aron makakuha og taas nga electrochemical performance.