ຄາດວ່າຈະມີແບດເຕີຣີ້ລັດທັງໝົດທີ່ອີງໃສ່ຊູນຟູຣິກເພື່ອທົດແທນຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ໃນປະຈຸບັນເນື່ອງຈາກປະສິດທິພາບດ້ານຄວາມປອດໄພດີກວ່າ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນຂະບວນການກະກຽມຂອງ slurry ຫມໍ້ໄຟທັງຫມົດ-solid-state, ມີ polarities ທີ່ບໍ່ເຂົ້າກັນໄດ້ລະຫວ່າງ solvent, binder ແລະ sulphide electrolyte, ດັ່ງນັ້ນບໍ່ມີວິທີທີ່ຈະບັນລຸການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນປະຈຸບັນ. ໃນປັດຈຸບັນ, ການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບຫມໍ້ໄຟທັງຫມົດ-solid-state ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນດໍາເນີນຢູ່ໃນຂະຫນາດຫ້ອງທົດລອງ, ແລະປະລິມານຂອງຫມໍ້ໄຟແມ່ນຂ້ອນຂ້າງນ້ອຍ. ການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງແບດເຕີລີ່ທັງຫມົດແຂງແມ່ນຍັງໄປສູ່ຂະບວນການຜະລິດທີ່ມີຢູ່ແລ້ວ, ນັ້ນແມ່ນ, ທາດសកម្មໄດ້ຖືກກະກຽມເຂົ້າໄປໃນ slurry ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນເຄືອບແລະຕາກໃຫ້ແຫ້ງ, ຊຶ່ງສາມາດມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາແລະປະສິດທິພາບສູງ.

ຫນຶ່ງ

ຄວາມ​ຫຍຸ້ງ​ຍາກ​ປະ​ເຊີນ​ຫນ້າ​

ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນການຍາກທີ່ຈະຊອກຫາ binder polymer ທີ່ເຫມາະສົມແລະ solvent ເພື່ອສະຫນັບສະຫນູນການແກ້ໄຂຂອງແຫຼວ. electrolytes ແຂງທີ່ມີຊູນຟູຣິກສ່ວນໃຫຍ່ສາມາດລະລາຍຢູ່ໃນສານລະລາຍຂົ້ວໂລກເຊັ່ນ NMP ທີ່ພວກເຮົາໃຊ້ໃນປັດຈຸບັນ. ດັ່ງນັ້ນທາງເລືອກຂອງສານລະລາຍສາມາດມີຄວາມລໍາອຽງພຽງແຕ່ກັບຂົ້ວທີ່ບໍ່ມີຂົ້ວຫຼືຂ້ອນຂ້າງອ່ອນຂອງຕົວລະລາຍ, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າທາງເລືອກຂອງຕົວຍຶດແມ່ນແຄບທີ່ສອດຄ້ອງກັນ – ກຸ່ມທີ່ເຮັດວຽກຂອງໂພລີເມີສ່ວນຫຼາຍບໍ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້!

ນີ້ບໍ່ແມ່ນບັນຫາທີ່ຮ້າຍແຮງທີ່ສຸດ. ໃນແງ່ຂອງຂົ້ວ, binders ທີ່ຂ້ອນຂ້າງເຂົ້າກັນໄດ້ກັບສານລະລາຍແລະ sulfide electrolytes ຈະນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຜູກພັນລະຫວ່າງການລວບລວມແລະສານທີ່ຫ້າວຫັນແລະ electrolytes, ແນ່ນອນວ່າຈະນໍາໄປສູ່ການ impedance electrode ທີ່ສຸດແລະການທໍາລາຍຄວາມອາດສາມາດໄວ, ເຊິ່ງເປັນອັນຕະລາຍທີ່ສຸດຕໍ່ປະສິດທິພາບຫມໍ້ໄຟ.

ເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂ້າງເທິງ, ສາມສານຕົ້ນຕໍ (binder, solvent, electrolyte) ສາມາດເລືອກໄດ້, ມີພຽງແຕ່ສານລະລາຍຂົ້ວໂລກທີ່ບໍ່ມີຂົ້ວຫຼືອ່ອນແອ, ເຊັ່ນ para-(P) xylene, toluene, n-hexane, anisole, ແລະອື່ນໆ. ., ການນໍາໃຊ້ binder polymer polar ອ່ອນແອ, ເຊັ່ນ: ຢາງ butadiene (BR), ຢາງ styrene butadiene (SBR), SEBS, polyvinyl chloride (PVC), ຢາງ nitrile (NBR), ຢາງຊິລິໂຄນແລະ ethyl cellulose, ເພື່ອຕອບສະຫນອງປະສິດທິພາບທີ່ກໍານົດໄວ້. .

ສອງ

ໃນ​ສະ​ຖານ​ທີ່ polar – ໂຄງ​ການ​ການ​ປ່ຽນ​ແປງ​ທີ່​ບໍ່​ແມ່ນ​ຂົ້ວ​ໂລກ​

ໃນເອກະສານນີ້, ປະເພດໃຫມ່ຂອງ binder ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີ, ເຊິ່ງສາມາດປ່ຽນ polarity ຂອງ electrode ໃນລະຫວ່າງການເຄື່ອງຈັກໂດຍວິທີການຂອງສານເຄມີປ້ອງກັນ – ປ້ອງກັນ. ກຸ່ມທີ່ເຮັດວຽກເປັນຂົ້ວຂອງ binder ນີ້ຖືກປົກປ້ອງໂດຍກຸ່ມທີ່ເຮັດວຽກທີ່ບໍ່ແມ່ນຂົ້ວໂລກ tert-butyl, ຮັບປະກັນວ່າ binder ສາມາດຖືກຈັບຄູ່ກັບ electrolyte sulfide (ໃນກໍລະນີນີ້ LPSCl) ໃນລະຫວ່າງການກະກຽມຂອງ electrode paste. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ໂດຍຜ່ານການປິ່ນປົວຄວາມຮ້ອນ, ຄືຂະບວນການເວລາແຫ້ງຂອງ electrode, ກຸ່ມປະຕິບັດຫນ້າ tert-butyl ຂອງ binder polymer ສາມາດແຍກຄວາມຮ້ອນ, ເພື່ອບັນລຸຈຸດປະສົງຂອງການປົກປ້ອງ, ແລະສຸດທ້າຍໄດ້ຮັບ binder Polar. ເບິ່ງຮູບ A.

ຮູບ​ພາບ

BR (ຢາງພາລາ butadiene) ຖືກເລືອກເປັນຕົວຜູກໂພລີເມີສໍາລັບແບດເຕີລີ່ sulfide all-solid-state ໂດຍການປຽບທຽບຄຸນສົມບັດກົນຈັກແລະໄຟຟ້າຂອງ electrode. ນອກເຫນືອໄປຈາກການເສີມຂະຫຍາຍຄຸນສົມບັດກົນຈັກແລະ electrochemical ຂອງແບດເຕີລີ່ທີ່ແຂງທັງຫມົດ, ການຄົ້ນຄວ້ານີ້ເປີດວິທີການໃຫມ່ໃນການອອກແບບຕົວຍຶດຂອງໂພລີເມີ, ເຊິ່ງເປັນວິທີການປ້ອງກັນ – ປ້ອງກັນ – ເຄມີເພື່ອຮັກສາ electrodes ຢູ່ໃນສະພາບທີ່ເຫມາະສົມແລະຕ້ອງການ. ຂັ້ນຕອນທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງການຜະລິດ electrode.

ຫຼັງຈາກນັ້ນ, polytert-butylacrylate (TBA) ແລະ block copolymer ຂອງມັນ, polytert-butylacrylate – b-poly 1, 4-butadiene (TBA-B-BR), ເຊິ່ງກຸ່ມທີ່ທໍາງານຂອງອາຊິດ carboxylic ຖືກປົກປ້ອງໂດຍກຸ່ມ T-butyl ທີ່ມີຄວາມຮ້ອນ, ໄດ້ຖືກຄັດເລືອກໃນ. ການທົດລອງ. ໃນຄວາມເປັນຈິງ, TBA ແມ່ນຄາຣະວາຂອງ PAA, ເຊິ່ງຖືກນໍາໃຊ້ທົ່ວໄປໃນຫມໍ້ໄຟ lithium ion ໃນປະຈຸບັນ, ແຕ່ບໍ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ໃນຫມໍ້ໄຟ lithium ທີ່ແຂງທັງຫມົດທີ່ອີງໃສ່ sulfide ເນື່ອງຈາກຄວາມຜິດຂອງຂົ້ວຂອງມັນ. Polarity ທີ່ເຂັ້ມແຂງຂອງ PAA ສາມາດປະຕິກິລິຍາຮຸນແຮງກັບ electrolytes sulfide, ແຕ່ດ້ວຍກຸ່ມທີ່ເຮັດວຽກຂອງອາຊິດ carboxylic ປ້ອງກັນຂອງ T-butyl, polarity ຂອງ PAA ສາມາດຫຼຸດລົງ, ເຮັດໃຫ້ມັນລະລາຍຢູ່ໃນສານລະລາຍທີ່ບໍ່ມີຂົ້ວຫຼືອ່ອນແອ. ຫຼັງຈາກການປິ່ນປົວຄວາມຮ້ອນ, ກຸ່ມ t-butyl ester ແມ່ນ decomposed ເພື່ອປ່ອຍ isobutene, ເຮັດໃຫ້ເກີດການສ້າງຕັ້ງຂອງອາຊິດ carboxylic, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ B. ຜະລິດຕະພັນຂອງສອງໂພລີເມີ deprotected ແມ່ນເປັນຕົວແທນໂດຍ (deprotected) TBA ແລະ (deprotected) TBA-. B-BR.

ຮູບ​ພາບ

ສຸດທ້າຍ, binder ຄ້າຍຄື paA ສາມາດຜູກມັດທີ່ດີກັບ NCM, ໃນຂະນະທີ່ຂະບວນການທັງຫມົດເກີດຂຶ້ນໃນສະຖານທີ່. ມັນເຂົ້າໃຈວ່ານີ້ແມ່ນຄັ້ງ ທຳ ອິດທີ່ລະບົບການປ່ຽນຂົ້ວໂລກໄດ້ຖືກ ນຳ ໃຊ້ໃນແບດເຕີຣີ້ Lithium ທີ່ແຂງທັງ ໝົດ.

ສໍາລັບອຸນຫະພູມຂອງການປິ່ນປົວຄວາມຮ້ອນ, ບໍ່ມີການສັງເກດເຫັນການສູນເສຍມະຫາຊົນທີ່ 120 ℃, ໃນຂະນະທີ່ມະຫາຊົນທີ່ສອດຄ້ອງກັນຂອງກຸ່ມ butyl ໄດ້ສູນເສຍໄປຫຼັງຈາກ 15h ຢູ່ທີ່ 160 ℃. ນີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າມີອຸນຫະພູມທີ່ແນ່ນອນທີ່ butyl ສາມາດເອົາອອກໄດ້ (ໃນການຜະລິດຕົວຈິງ, ເວລາອຸນຫະພູມນີ້ແມ່ນຍາວເກີນໄປ, ບໍ່ວ່າຈະມີອຸນຫະພູມທີ່ເຫມາະສົມກວ່າຫຼືເງື່ອນໄຂເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບການຜະລິດຕ້ອງການການຄົ້ນຄວ້າແລະການສົນທະນາຕື່ມອີກ). ຜົນໄດ້ຮັບຂອງ Ft-ir ຂອງວັດສະດຸກ່ອນແລະຫຼັງຈາກ deprotection ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ electrolyte ແຂງບໍ່ໄດ້ແຊກແຊງຂະບວນການ deprotection. ຮູບເງົາກາວໄດ້ຖືກສ້າງຂື້ນດ້ວຍກາວກ່ອນແລະຫຼັງຈາກການປ້ອງກັນ, ແລະຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າກາວຫຼັງຈາກ deprotection ມີຄວາມຍຶດຫມັ້ນທີ່ເຂັ້ມແຂງກັບຕົວເກັບນ້ໍາ. ເພື່ອທົດສອບຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ຂອງ binder ແລະ electrolyte ກ່ອນແລະຫຼັງຈາກ deprotection, ການວິເຄາະ XRD ແລະ Raman ໄດ້ຖືກປະຕິບັດ, ແລະຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ electrolyte ແຂງ LPSCl ມີຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ດີກັບຕົວຍຶດທີ່ຖືກທົດສອບ.

ຕໍ່ໄປ, ສ້າງແບດເຕີລີ່ລັດທັງຫມົດແລະເບິ່ງວ່າມັນເຮັດວຽກແນວໃດ. ການນໍາໃຊ້ NCM711 74.5% / LPSCL21.5% / SP2% / binder 2%, ຄວາມເຂັ້ມແຂງ stripping ຂອງແຜ່ນ pole ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມເຂັ້ມແຂງ stripping ແມ່ນໃຫຍ່ທີ່ສຸດໃນເວລາທີ່ binder tBA-B-BR ຖືກນໍາໃຊ້ (ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1). ໃນ​ຂະ​ນະ​ດຽວ​ກັນ​, ທີ່​ໃຊ້​ເວ​ລາ​ການ​ລອກ​ເອົາ​ຍັງ​ມີ​ຜົນ​ກະ​ທົບ​ຕໍ່​ຄວາມ​ເຂັ້ມ​ແຂງ​ຂອງ​ການ​ຖອດ​ໄດ້​. ແຜ່ນ electrode TBA ທີ່ຖືກປ້ອງກັນແມ່ນ brittle ແລະງ່າຍທີ່ຈະກະດູກຫັກ, ດັ່ງນັ້ນ TBA-B-BR ທີ່ມີຄວາມຍືດຫຍຸ່ນທີ່ດີແລະມີຄວາມເຂັ້ມແຂງປອກເປືອກສູງຖືກເລືອກເປັນຕົວຍຶດຕົ້ນຕໍເພື່ອທົດສອບປະສິດທິພາບຂອງຫມໍ້ໄຟ.

ຮູບທີ 1. ຄວາມແຂງແຮງຂອງປອກເປືອກດ້ວຍຕົວຍຶດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ

binder ຕົວຂອງມັນເອງແມ່ນ insulating ionic. ເພື່ອສຶກສາຜົນກະທົບຂອງການເພີ່ມສານຜູກໃນການນໍາທາດໄອອອນ, ການທົດລອງສອງກຸ່ມໄດ້ຖືກດໍາເນີນ, ກຸ່ມຫນຶ່ງມີ 97.5% electrolyte +2.5% binder ແລະອີກກຸ່ມທີ່ບໍ່ມີສານຜູກມັດ. ມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າການນໍາ ionic ໂດຍບໍ່ມີການ binder ແມ່ນ 4.8 × 10-3 SCM-1, ແລະການ conductivity ກັບ binder ແມ່ນ 10-3 ຄໍາສັ່ງຂອງ magnitude. ຄວາມຫມັ້ນຄົງທາງເຄມີຂອງ TBA-B-BR ໄດ້ຖືກພິສູດໂດຍການທົດສອບ CV.

ສາມ

ແບດເຕີຣີເຄິ່ງແລະປະສິດທິພາບຫມໍ້ໄຟເຕັມ

ການທົດສອບປຽບທຽບຈໍານວນຫຼາຍສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ binder ທີ່ຖືກປ້ອງກັນມີການຍຶດເກາະທີ່ດີກວ່າແລະບໍ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ການເຄື່ອນຍ້າຍຂອງ lithium ion. ການນໍາໃຊ້ binder ທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ເຮັດເຄິ່ງຈຸລັງເພື່ອທົດສອບຄຸນສົມບັດທາງເຄມີ, ການທົດລອງເຄິ່ງຈຸລັງຕ່າງໆຕາມລໍາດັບໂດຍການປະສົມກັບຕົວຍຶດບວກ, ບໍ່ມີສານຜູກຂອງ electrolyte ແຂງແລະ Li – ໃນ electrode ຂອງການທົດລອງປັດໄຈດຽວ, ບໍ່ປະສົມກັບສານຜູກມັດໃນ electrolyte ແຂງ, ເພື່ອພິສູດວ່າອິດທິພົນທີ່ແຕກຕ່າງກັນກ່ຽວກັບ binder anode. ຜົນໄດ້ຮັບການປະຕິບັດທາງເຄມີຂອງມັນແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້:

ຮູບ​ພາບ

ໃນຮູບຂ້າງເທິງ: ກ. ແມ່ນການປະຕິບັດວົງຈອນເຄິ່ງເຊນຂອງຕົວຍຶດທີ່ແຕກຕ່າງກັນເມື່ອຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຫນ້າບວກແມ່ນ 8mg / cm2, ແລະ B ແມ່ນການປະຕິບັດຮອບວຽນເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງຕົວຍຶດທີ່ແຕກຕ່າງກັນເມື່ອຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຫນ້າບວກແມ່ນ 16mg / cm2. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ຈາກຜົນໄດ້ຮັບຂ້າງເທິງວ່າ TBA-B-BR ມີການປະຕິບັດຮອບວຽນຂອງແບດເຕີລີ່ທີ່ດີຂຶ້ນກວ່າຕົວຍຶດອື່ນໆ, ແລະແຜນວາດຮອບວຽນໄດ້ຖືກປຽບທຽບກັບແຜນວາດຄວາມເຂັ້ມແຂງປອກເປືອກ, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄຸນສົມບັດກົນຈັກຂອງເສົາໄຟຟ້າມີຄວາມເຂັ້ມແຂງ. ບົດບາດສໍາຄັນໃນການປະຕິບັດຂອງການປະຕິບັດວົງຈອນ.

ຮູບ​ພາບ

ຕົວເລກຊ້າຍສະແດງໃຫ້ເຫັນ EIS ຂອງ NCM711 / Li-IN ເຄິ່ງເຊນກ່ອນຮອບວຽນ, ແລະຮູບເບື້ອງຂວາສະແດງໃຫ້ເຫັນ EIS ຂອງເຄິ່ງເຊນໂດຍບໍ່ມີວົງຈອນຂອງ 0.1c ເປັນເວລາ 50 ອາທິດ. EIS ຂອງເຄິ່ງເຊນທີ່ໃຊ້ (ບໍ່ມີການປ້ອງກັນ) TBA-B-BR ແລະ BR binder ຕາມລໍາດັບ. ມັນສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ຈາກແຜນວາດ EIS ດັ່ງນີ້:

1. ບໍ່ວ່າມີຈັກຮອບ, ຊັ້ນ electrolyte RSE ຂອງແຕ່ລະແບດເຕີລີ່ແມ່ນປະມານ 10 ω cm2, ເຊິ່ງສະແດງເຖິງຄວາມຕ້ານທານຂອງປະລິມານຂອງ electrolyte LPSCl 2. ຄວາມຕ້ານທານການຖ່າຍທອດຄ່າໄຟຟ້າ (RCT) ເພີ່ມຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງຮອບວຽນ, ແຕ່ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ RCT ໂດຍໃຊ້. BR binder ແມ່ນສູງກວ່າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍໃຊ້ tBA-B-BR binder. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າຄວາມຜູກພັນລະຫວ່າງສານທີ່ຫ້າວຫັນໂດຍໃຊ້ BR binder ແມ່ນບໍ່ແຂງແຮງຫຼາຍ, ແລະມີການຜ່ອນຄາຍໃນວົງຈອນ.

ຮູບ​ພາບ

SEM ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສັງເກດການຂ້າມສ່ວນຂອງຕ່ອນຂົ້ວຢູ່ໃນລັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແລະຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງເທິງ: a. Tba-b-br ກ່ອນທີ່ຈະໄຫຼວຽນ (deprotection); B. ກ່ອນການໄຫຼວຽນຂອງ BR; C. TBA-B-BR ຫຼັງຈາກ 25 ອາທິດ (ການຍົກເລີກການປົກປ້ອງ); D. ຫຼັງຈາກ 25 ອາທິດ BR;

ຮອບວຽນກ່ອນທີ່ electrodes ທັງຫມົດສາມາດສັງເກດເຫັນການຕິດຕໍ່ຢ່າງໃກ້ຊິດລະຫວ່າງອະນຸພາກທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ, ພຽງແຕ່ສາມາດເບິ່ງເຫັນຮູນ້ອຍໆ, ແຕ່ຫຼັງຈາກຮອບວຽນ 25 ອາທິດ, ສາມາດເບິ່ງການປ່ຽນແປງທີ່ຊັດເຈນ, ໃຊ້ໃນ c (take off) ຮ່ວມ – b – ກິດຈະກໍາໃນທາງບວກຂອງ BR particles ຫຼາຍທີ່ສຸດ. ຫຼືບໍ່ມີຮອຍແຕກ, ແລະການນໍາໃຊ້ກິດຈະກໍາ electrode ຂອງ particles binder BR ມີຫຼາຍຮອຍແຕກຢູ່ເຄິ່ງກາງ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນພື້ນທີ່ສີເຫຼືອງຂອງ D, ນອກຈາກນັ້ນ, ອະນຸພາກ electrolyte ແລະ NCM ໄດ້ຖືກແຍກອອກຢ່າງຮຸນແຮງ, ຊຶ່ງເປັນເຫດຜົນສໍາຄັນຂອງຫມໍ້ໄຟ. ການຫຼຸດຜ່ອນປະສິດທິພາບ.

ຮູບ​ພາບ

ສຸດທ້າຍ, ການປະຕິບັດຂອງແບດເຕີລີ່ທັງຫມົດແມ່ນໄດ້ຮັບການຢັ້ງຢືນ. electrode ບວກ NCM711 / graphite electrode ລົບສາມາດບັນລຸ 153mAh / g ໃນຮອບທໍາອິດແລະຮັກສາ 85.5% ຫຼັງຈາກ 45 ຮອບວຽນ.

ສີ່

ບົດສະຫຼຸບສັ້ນໆ

ສະຫຼຸບແລ້ວ, ໃນແບດເຕີລີ່ lithium ຂອງລັດທັງຫມົດ, ການຕິດຕໍ່ແຂງລະຫວ່າງສານທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ, ຄຸນສົມບັດກົນຈັກສູງແລະຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນການໂຕ້ຕອບແມ່ນສໍາຄັນທີ່ສຸດທີ່ຈະໄດ້ຮັບການປະຕິບັດທາງເຄມີສູງ.