Tê payîn ku bataryayên tev-dewleta zexm ên bingeh-sulfur li şûna bataryayên lîtium-ionê yên heyî ji ber performansa ewlehiya wan a bilindtir veguherînin. Lêbelê, di pêvajoya amadekirina şilava bataryayê ya hemî-dewleta zexm de, di navbera elektrolîta helwêst, binder û sulfîdê de polarîteyên nakok hene, ji ber vê yekê çu rê tune ku meriv bigihîje hilberîna mezin a niha. Heya nuha, lêkolîna li ser bataryaya hemî-dewleta zexm bi piranî li ser pîvana laboratîfê tête kirin, û qebareya pîlê nisbeten piçûk e. Hilberîna mezin a bataryaya hemî-dewleta zexm hîn jî ber bi pêvajoya hilberîna heyî ve ye, ango, maddeya çalak di nav slury de tê amadekirin û dûv re tê pêçandin û hişk kirin, ku dikare lêçûnek kêmtir û karbidestiya bilindtir hebe.

yek

Zehmetiyên rû dane

Ji ber vê yekê, dijwar e ku meriv pêgirê polîmer û çareserkerê maqûl bibîne ku çareseriya şil piştgirî bike. Piraniya elektrolîtên zexm ên li ser bingeha sulfurê dikarin di halên polar de, wekî NMP-ya ku em niha bikar tînin, werin hilweşandin. Ji ber vê yekê bijartina çareserkerê tenê dikare li gorî polarîteya ne-polar an jî bi nisbeten qels a helwêstê ve girêdayî be, ku tê vê wateyê ku bijartina binder jî bi beramberî teng e – piraniya komên fonksiyonel ên polar ên polîmerê nayên bikar anîn!

Ev ne pirsgirêka herî xirab e. Di warê polarîteyê de, binderên ku bi nermî û elektrolîtên sulfîd re têkildar in dê bibe sedema kêmbûna girêdana di navbera kombûn û maddeyên çalak û elektrolîtan de, ku bê guman dê bibe sedema impedansa elektrodê ya tund û kapasîteya bilez, ku ji performansa batterê re zehf zirardar e.

Ji bo bicîhanîna daxwazên jorîn, sê maddeyên sereke (binder, solvent, elektrolyte) dikarin bêne hilbijartin, tenê halên polar ne-polar an qels, wek para-(P) xylene, toluene, n-hexane, anisol, hwd. ., bi kar girêka polîmera polar qels, Wek lastika butadiene (BR), lastika styren butadiene (SBR), SEBS, polîvînîl klorîd (PVC), lastîka nîtrîlê (NBR), lastîka silîkon û seluloza etîl, ji bo ku performansa pêwîst pêk bînin. .

du

In situ polar – nexşeya veguherîna ne-polar

Di vê gotarê de, celebek nû ya binder tê destnîşan kirin, ku dikare di dema makînekirinê de bi riya kîmya parastin-de-parastinê polarîteya elektrodê biguhezîne. Komên fonksiyonel ên polar ên vê binderê ji hêla komên fonksiyonel ên tert-butilê yên ne-polar ve têne parastin, û piştrast dike ku di dema amadekirina pasteya elektrodê de bend dikare bi elektrolîta sulfîd (di vê rewşê de LPSCl) were hevber kirin. Dûv re bi navgîniya dermankirina germê, ango pêvajoya zuwakirina elektrodê, koma fonksiyonê ya tert-butyl ya girêdana polîmer dikare termal were parçe kirin, da ku bigihîje armanca parastinê, û di dawiyê de girêdana polar bigire. Binêre Figure A.

Wêne

BR (Guçuka butadiene) ji bo bataryayên sûlfîdê yên hemî-zelal-dewletê bi berhevkirina taybetmendiyên mekanîkî û elektrokîmyayî yên elektrodê wekî girêdana polîmer hate hilbijartin. Digel zêdekirina taybetmendiyên mekanîkî û elektrokîmyayî yên bataryayên hemî-zelal, ev lêkolîn rêgezek nû ji sêwirana bindera polîmer re vedike, ku nêzîkatiyek parastin-de-parastinê-kîmyayî ye ku elektrod di rewşa guncan û xwestî de bimîne. qonaxên cûda yên çêkirina elektrodê.

Dûv re, polytert-butylacrylate (TBA) û copolymera wê ya blokê, polytert-butylacrylate – b-poly 1, 4-butadiene (TBA-B-BR), ku komên fonksiyonê yên asîda karboksîlîk ji hêla koma T-butilê ya termolîzkirî ve têne parastin, di nav de hatin hilbijartin. ceribandinê. Di rastiyê de, TBA pêşengê PAA-yê ye, ku bi gelemperî di bataryayên lîtium ionê yên heyî de tê bikar anîn, lê ji ber nehevsengiya polarîteya wê di bataryayên lîtiumê yên hemî-zelal ên bingehîn ên sulfide de nayê bikar anîn. Polarîteya bihêz a PAA dikare bi elektrolîtên sulfîd re bi tundî reaksiyonek bike, lê bi koma fonksiyonel a asîdê karboksîlîk a parastî ya T-butyl, polarîteya PAA dikare were kêm kirin, ku dihêle ku ew di halên ne-polar an qels polar de belav bibe. Piştî tedawiya germê, koma t-butil ester tê hilweşandin ku îsobuten berde, di encamê de asîda karboksîlîk çêdibe, wek ku di Figure B de tê xuyang kirin. B-BR.

Wêne

Di dawiyê de, bindera-paA-yê dikare bi NCM-ê re baş were girêdan, dema ku tevahiya pêvajo di cîh de pêk tê. Tê fêm kirin ku ev yekem car e ku nexşeyek veguheztina polarîteyê ya li cîhê di pîlê lîtiumê ya tev-dewleta zexm de tê bikar anîn.

Di derbarê germahiya dermankirina germê de, di 120 ℃ de windabûna girseyî ya eşkere nehat dîtin, dema ku girseya têkildar a koma butyl piştî 15 demjimêran di 160 ℃ de winda bû. Ev destnîşan dike ku germahiyek diyar heye ku tê de butyl dikare were rakirin (di hilberîna rastîn de, ev dema germahiyê pir dirêj e, gelo germahiyek an şertek maqûltir heye ku karbidestiya hilberînê baştir bike pêdivî bi lêkolîn û nîqaşê bêtir heye). Encamên Ft-ir ên materyalên berî û piştî parastinê jî destnîşan kirin ku elektrolîta zexm di pêvajoya parastinê de mudaxele nekir. Fîma adhesive bi adhesive berî û piştî parastinê hate çêkirin, û encam destnîşan kir ku adhesive piştî parastinê bi berhevkarê şilavê re xwedan adhezîyonek bihêztir bû. Ji bo ceribandina lihevhatina binder û elektrolîtê berî û piştî parastinê, analîzên XRD û Raman hatin kirin, û encaman destnîşan kir ku elektrolîta zexm ya LPSCl bi girêdana ceribandinê re hevahengiyek baş heye.

Dûv re, batariyek hemî-dewleta zexm çêbikin û bibînin ka ew çawa dike. Bi karanîna NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ binder 2%, hêza jêkirina pelika polê destnîşan dike ku dema ku girêdan tBA-B-BR tê bikar anîn hêza jêbirinê ya herî mezin e (wek ku di Figure 1 de tê xuyang kirin). Di vê navberê de, dema rakirinê jî bandorek li ser hêza tazîkirinê dike. Pelê elektrodê TBA-ya neparastî şikestî ye û bi şkestinê hêsan e, ji ber vê yekê TBA-B-BR xwedan nermbûnek baş û hêza pehlêdana bilind wekî girêdana sereke tê hilbijartin da ku performansa bateriyê biceribîne.

Wêne 1. Hêza peelê bi binderên cuda

Binder bixwe îzolekirina îyonî ye. Ji bo lêkolîna bandora lêzêdekirina binderê li ser veguheztina îyonî, du komên ceribandinan hatin kirin, komek ku %97.5 elektrolît +2.5% girêk dihewîne û koma din jî bê girêdan. Hat dîtin ku gihandina îyonî ya bê girêk 4.8×10-3 SCM-1, û gihandina bi girêk jî 10-3 rêza mezinahîyê ye. Stabiliyeta elektrokîmyayî ya TBA-B-BR bi testa CV ve hate îsbat kirin.

sê

Half pîlê û performansa pîlê full

Gelek ceribandinên berawirdî destnîşan dikin ku bindera bêparastin xwedan adhesionek çêtir e û bandorek li ser koçkirina îyonên lîtiumê nake. Ji bo ceribandina taybetmendiyên elektrokîmyayî yên nîv şaneya çêkirî ya cûda bikar tînin, nîv şaneya ceribandî ya cihêreng bi rêzê ve bi tevlêgirê pozîtîf, bê girêdana elektrolîta zexm û Li – Di elektrodê de ceribandinên yek-faktorê de, ne bi girêdanê re Di elektrolîta zexm de tê tevlihev kirin, ji bo îsbatkirina ku bandora cihêreng li ser binder anode. Encamên performansa wê ya elektrokîmyayî di wêneya jêrîn de têne destnîşan kirin:

Wêne

Di wêneya jorîn de: a. dema ku tîrêjiya rûbera erênî 8mg/cm2 be performansa çerxa nîv-hucreyê ya binderên cihêreng e, û B performansa çerxa nîv-hucreyê ya binderên cihêreng e dema ku tîrêjiya rûbera erênî 16mg/cm2 be. Ji encamên jorîn tê dîtin ku (bêparastî) TBA-B-BR xwedan performansa çerxa bataryayê bi girîngî çêtir e ji binderên din, û nexşeya dewrê bi diyagrama hêza pelê re tê berhev kirin, ku destnîşan dike ku taybetmendiyên mekanîkî yên potan dilîze. roleke girîng di performansa performansa cycle.

Wêne

Hêjmara çepê EIS ya NCM711/ Li-IN nîv şaneya berî çerxê nîşan dide, û jimareya rastê EIS ya nîv şaneyê bêyî çerxa 0.1c ji bo 50 hefteyan nîşan dide. EIS ya nîv hucreyê bi rêzê ve TBA-B-BR û BR binder bikar tîne (bêparastin). Ew dikare ji diyagrama EIS wiha were encamdan:

1. Çiqas çerx jî be, tebeqeya elektrolîtê RSE ya her bataryayê li dora 10 ω cm2 ye, ku ev berxwedana xwerû ya qebareya elektrolîtê LPSCl 2 temsîl dike. Di dema çerxê de impedansê veguheztina barkirinê (RCT) zêde bû, lê Zêdebûna RCT bi kar tîne Bindera BR ji ya ku tBA-B-BR binder bikar tîne bi girîngî bilindtir bû. Tê dîtin ku girêdana di navbera maddeyên çalak ên ku BR binder bikar tînin ne pir xurt bû, û di çerxê de şilbûn hebû.

Wêne

SEM hate bikar anîn da ku li çarçoveyek perçeyên stûnê yên li dewletên cihêreng temaşe bikin, û encam di jimareya jor de têne xuyang kirin: a. Tba-b-br berî gera xwînê (parastinê); B. berî tîrêjê BR; C. TBA-B-BR piştî 25 hefteyan (parastinê); D. piştî 25 hefteyên BR;

Beriya ku hemî elektrod ji nêz ve têkiliyek di navbera perçeyên çalak de werin dîtin, tenê dikare qulên piçûk bibîne, lê piştî 25 hefteyên çerxê, dikare guhertina eşkere bibîne, ku di c (hilkişîn) de tê bikar anîn – b – çalakiya erênî ya BR pir pirtikan. an bê şikestin, û bi karanîna çalakiya elektrodê ya pariyên binder BR-ê di navîn de gelek şikestin hene, Wekî ku di qada zer a D-yê de tê xuyang kirin, ji bilî vê, perçeyên elektrolît û NCM bi giranî ji hev têne veqetandin, ku ev sedemên girîng in ji bo pîlê. kêmbûna performansê.

Wêne

Di dawiyê de, performansa tevahiya pîlê tê verast kirin. Elektroda erênî NCM711 / grafîta elektroda neyînî dikare di çerxa yekem de bigihîje 153mAh / g û piştî 85.5 dewran %45 biparêze.

çar

Kurteyek kurt

Di encamnameyê de, di bataryayên lîtiumê yên hemî-dewleta zexm de, têkiliya zexm di navbera maddeyên çalak de, taybetmendiyên mekanîkî yên bilind û aramiya navberê ji bo bidestxistina performansa elektrokîmyayî ya bilind ya herî girîng e.