Ny bateria miorina amin’ny solifara rehetra dia antenaina hanolo ny bateria lithium-ion ankehitriny noho ny fahombiazan’ny fiarovana azy ireo. Na izany aza, amin’ny fanomanana ny slurry bateria solid-state, dia misy polarities tsy mifanaraka amin’ny solvent, binder ary sulphide electrolyte, ka tsy misy fomba hahatratrarana ny famokarana lehibe amin’izao fotoana izao. Amin’izao fotoana izao, ny fikarohana momba ny bateria solid-state dia atao indrindra amin’ny ambaratonga laboratoara, ary kely ny habetsaky ny bateria. Ny famokarana lehibe amin’ny batterie solid-state rehetra dia mbola mankany amin’ny dingana famokarana efa misy, izany hoe, ny akora mavitrika dia voaomana ho slurry ary avy eo voasarona sy maina, izay mety hanana vidiny ambany kokoa sy fahombiazana ambony kokoa.

iray

Fahasahiranana natrehina

Noho izany, sarotra ny mahita binder polymère mety sy solvent hanohanana ny vahaolana ranoka. Ny ankamaroan’ny elektrôlôta matanjaka miorina amin’ny solifara dia azo levona amin’ny solvents polar, toy ny NMP izay ampiasaintsika ankehitriny. Noho izany, ny safidy ny solvent dia mety ho mitongilana amin’ny non-polar na somary malemy polarity ny solvent, izay midika fa ny safidy ny binder dia tery ihany koa – ny ankamaroan’ny polar miasa vondrona ny polymer tsy azo ampiasaina!

Tsy io no olana ratsy indrindra. Raha resaka polarity, ny binders izay mifanentana amin’ny solvents sy ny elektrôlôta sulfide dia hitarika amin’ny fihenan’ny fifamatorana eo amin’ny aggregate sy ny akora mavitrika ary ny electrolytes, izay tsy isalasalana fa hitarika amin’ny tsy fahampian’ny electrode mahery vaika sy ny fahapotehan’ny fahafaha-manao haingana, izay tena manimba ny fahombiazan’ny bateria.

Mba hahafeno ireo fepetra voalaza etsy ambony ireo, dia azo atao ny mifidy ireo akora telo lehibe (binder, solvent, electrolyte), afa-tsy ny solvent polar tsy polar na malemy, toy ny para-(P) xylene, toluene, n-hexane, anisole, sns ., mampiasa malemy polar polymer binder, toy ny butadiene fingotra (BR), styrene butadiene fingotra (SBR), SEBS, polyvinyl klôro (PVC), nitrile fingotra (NBR), silicone fingotra sy ny ethyl cellulose, mba hihaona ny ilaina fampisehoana .

roa

In situ polar – rafitra fiovam-po tsy polar

Ao amin’ity lahatsoratra ity, misy karazana binder vaovao, izay afaka manova ny polarity ny electrode mandritra ny machining amin’ny alalan’ny fiarovana-de-protection simika. Ny vondrona miasa polar amin’ity binder ity dia arovan’ny vondrona tsy polar tert-butyl, izay miantoka fa ny binder dia azo ampifandraisina amin’ny electrolyte sulfide (amin’ity tranga ity LPSCl) mandritra ny fanomanana ny paty electrode. Avy eo amin’ny alalan’ny hafanana fitsaboana, izany hoe ny fanamainana ny electrode, ny tert-butyl vondrona miasa ny polymer binder dia mety ho mafana fisarahana, mba hahatratrarana ny tanjona fiarovana, ary farany mahazo ny polar binder. Jereo ny sary A.

Ny sary

BR (butadiene rubber) dia nofantenana ho polymer binder ho an’ny sulfide-solid-state bateria amin’ny fampitahana ny toetra mekanika sy elektrômika amin’ny electrode. Ho fanampin’ny fanatsarana ny toetra mekanika sy elektrôkimika amin’ny bateria mivaingana rehetra, ity fikarohana ity dia manokatra fomba fiasa vaovao amin’ny famolavolana binder polymer, izay fomba fiarovana-de-protection-simika mba hitazonana ny electrodes amin’ny toe-javatra mety sy irina amin’ny dingana samihafa amin’ny famokarana electrode.

Avy eo, ny polytert-butylacrylate (TBA) sy ny copolymer block, polytert-butylacrylate – b-poly 1, 4-butadiene (TBA-B-BR), izay ny vondrona miasa asidra karboksilika dia arovana amin’ny vondrona T-butyl thermolyzed, ny fanandramana. Raha ny marina, ny TBA no mpialoha lalana an’ny PAA, izay matetika ampiasaina amin’ny batteries lithium ion amin’izao fotoana izao, saingy tsy azo ampiasaina amin’ny batteries lithium solid-solida mifototra amin’ny sulfide noho ny tsy fitovian’ny polarity. Ny polarity matanjaka amin’ny PAA dia mety hihetsika mahery vaika amin’ny electrolytes sulfide, fa miaraka amin’ny vondrona miasa amin’ny T-butyl asidra carboxylic fiarovana, dia mety hihena ny polarity ny PAA, ka mamela azy handrava amin’ny solvents tsy polar na malemy. Aorian’ny fitsaboana hafanana, ny vondrona t-butyl ester dia potipotika hamoaka isobutene, ka miteraka asidra karboksilika, araka ny aseho amin’ny sary B. Ny vokatra avy amin’ny polymère roa tsy voaaro dia asehon’ny (deprotected) TBA sy (deprotected) TBA- B-BR.

Ny sary

Farany, ny binder toy ny paA dia afaka mifandray tsara amin’ny NCM, raha toa kosa ny dingana manontolo dia atao amin’ny toerana. Fantatra fa ity no fotoana voalohany nampiasana ny rafitra fiovam-po amin’ny polarity in situ amin’ny batterie lithium mivaingana rehetra.

Raha ny mari-pana amin’ny fitsaboana hafanana, tsy misy fatiantoka miharihary hita ao amin’ny 120 ℃, raha very ny faobe ny vondrona butyl rehefa afaka 15h amin’ny 160 ℃. Izany dia manondro fa misy mari-pana izay azo esorina ny butyl (amin’ny famokarana tena izy dia lava loatra io fotoana mari-pana io, na misy mari-pana mety kokoa na fepetra hanatsarana ny fahombiazan’ny famokarana dia mila fikarohana sy fifanakalozan-kevitra fanampiny). Ny valin’ny Ft-ir amin’ny fitaovana alohan’ny sy aorian’ny deprotection dia nampiseho ihany koa fa ny electrolyte solid dia tsy manelingelina ny fizotran’ny deprotection. Ny sarimihetsika adhesive dia natao tamin’ny adhesive talohan’ny sy taorian’ny deprotection, ary ny vokatra dia nampiseho fa ny adhesive taorian’ny deprotection nanana adhesive mafy kokoa amin’ny mpanangona ranon-javatra. Mba hitsapana ny fifanarahan’ny binder sy ny electrolyte alohan’ny sy aorian’ny deprotection, dia natao ny fanadihadiana XRD sy Raman, ary ny vokatra dia mampiseho fa ny electrolyte solid LPSCl dia mifanaraka tsara amin’ny binder voasedra.

Manaraka, manaova batterie miorim-paka tanteraka ary jereo ny fandehany. Amin’ny fampiasana NCM711 74.5% / LPSCL21.5% / SP2% / binder 2%, ny tanjaky ny tanjaky ny tsato-kazo dia mampiseho fa ny tanjaky ny fanalana no lehibe indrindra rehefa ampiasaina ny binder tBA-B-BR (araka ny aseho amin’ny sary 1). Mandritra izany fotoana izany, ny fotoana fanalana dia misy fiantraikany amin’ny tanjaky ny fanalana. Ny takelaka electrode TBA deprotected dia marefo sy mora vaky, ka ny TBA-B-BR miaraka amin’ny flexibility tsara sy ny tanjaky ny peel avo dia nofantenana ho fatorana lehibe hitsapana ny fahombiazan’ny bateria.

Sary 1. Peel hery amin’ny samy hafa binders

Ny binder mihitsy dia ionic insulating. Mba handinihana ny fiantraikan’ny fampidirana binder amin’ny conductivity ionic, dia nisy vondrona fanandramana roa natao, vondrona iray misy 97.5% electrolyte + 2.5% binder ary ny vondrona hafa tsy misy binder. Hita fa ny conductivity ionic tsy misy binder dia 4.8 × 10-3 SCM-1, ary ny conductivity miaraka amin’ny binder dia 10-3 ihany koa. Ny fahamarinan’ny electrochemical TBA-B-BR dia voaporofo tamin’ny fitsapana CV.

telo

Batterie antsasak’adiny sy ny fahombiazan’ny bateria feno

Fitsapana fampitahana maro no mampiseho fa ny binder deprotect dia manana adhesion tsara kokoa ary tsy misy fiantraikany amin’ny fifindran’ny litium ion. Mampiasa binder isan-karazany natao antsasaky ny sela mba hizaha toetra ny electrochemical fananana, isan-karazany andrana antsasaky ny sela tsirairay avy amin’ny mifangaro amin’ny binder ny tsara, tsy misy binder ny mafy electrolyte sy Li – Ao amin’ny electrode ny singa tokana fanandramana, tsy afangaro amin’ny binder Ao amin’ny mafy electrolyte, mba hanaporofoana fa ny fiantraikany isan-karazany amin’ny anode binder. Ny valin’ny fahombiazany electrochemical dia aseho amin’ny sary etsy ambany:

Ny sary

Amin’ny sary etsy ambony: a. dia ny antsasaky ny sela tsingerin’ny binders samy hafa rehefa ny hakitroky ny tsara ambonin’ny dia 8mg/cm2, ary B dia ny antsasaky ny sela tsingerin’ny binders samy hafa rehefa ny hakitroky ny tsara ambonin’ny dia 16mg/cm2. Hita avy amin’ny valiny etsy ambony fa (tsy voaaro) ny TBA-B-BR dia manana fampandehanana tsingerin’ny bateria tsara kokoa noho ny binders hafa, ary ny diagrama tsingerina dia ampitahaina amin’ny diagrama tanjaky ny peel, izay mampiseho fa ny toetra mekanika amin’ny bao dia milalao a anjara toerana lehibe eo amin’ny fanatanterahana ny tsingerina fampisehoana.

Ny sary

Ny tarehimarika ankavia dia mampiseho ny EIS an’ny NCM711 / Li-IN antsasak’adiny alohan’ny tsingerina, ary ny tarehimarika havanana dia mampiseho ny EIS amin’ny sela antsasany tsy misy ny tsingerin’ny 0.1c mandritra ny 50 herinandro. Ny EIS an’ny sela antsasany mampiasa (tsy voaaro) TBA-B-BR sy BR binder tsirairay avy. Azo tsoahina avy amin’ny diagrama EIS izany:

1. Na firy na firy cycles, dia manodidina ny 10 ω cm2 ny sosona electrolyte RSE isaky ny bateria, izay maneho ny fanoherana ny habetsaky ny electrolyte LPSCl 2. Nitombo ny impedance transfer charge (RCT) nandritra ny tsingerina, fa ny FAMPIANARANA ny RCT mampiasa Ny binder BR dia ambony lavitra noho ny fampiasana binder tBA-B-BR. Hita fa tsy dia mafy loatra ny fifamatorana misy eo amin’ireo akora mavitrika amin’ny fampiasana BR binder, ary nisy ny famahana ny tsingerina.

Ny sary

Nampiasaina ny SEM mba hijerena ny fizaran’ny tsato-kazo amin’ny fanjakana samihafa, ary ny vokatra dia aseho amin’ny sary etsy ambony: a. Tba-b-br alohan’ny fampidiran-dra (deprotection); B. alohan’ny mivezivezy BR; C. TBA-B-BR rehefa afaka 25 herinandro (deprotection); D. aorian’ny 25 herinandro BR;

Tsikelikely alohan’ny electrodes rehetra azo jerena akaiky fifandraisana eo amin’ny poti mavitrika, tsy afaka mahita afa-tsy lavaka kely, fa rehefa afaka 25 herinandro tsingerina, dia afaka mahita ny fiovana miharihary, ampiasaina amin’ny c (manala) mpiara-miasa – b – ny asa tsara ny BR indrindra poti. na tsy misy triatra, ary ny fampiasana ny electrode hetsika ny BR binder poti dia be dia be ny triatra eo afovoany, Araka ny hita ao amin’ny faritra mavo D, ankoatra, electrolyte sy NCM poti dia misaraka matotra kokoa, izay antony lehibe ho an’ny bateria. fampihenana ny fampisehoana.

Ny sary

Farany, voamarina ny fahombiazan’ny bateria manontolo. Ny electrode tsara NCM711 / graphite electrode ratsy dia mety hahatratra 153mAh / g amin’ny tsingerina voalohany ary mitazona 85.5% aorian’ny 45 cycles.

efatra

Famintinana fohy

Ho fehin-kevitra, amin’ny batteries lithium solid-state rehetra, ny fifandraisana mafy orina eo amin’ny akora mavitrika, ny fananana mekanika avo lenta ary ny fahamarinan-toerana amin’ny interface no zava-dehibe indrindra mba hahazoana fahombiazana avo lenta.