Хүхэрт суурилсан бүх хатуу төлөвт батерейнууд нь аюулгүй байдлын өндөр үзүүлэлттэй тул одоогийн лити-ион батерейг орлох төлөвтэй байна. Гэсэн хэдий ч бүх хатуу төлөвт батерейны зутан бэлтгэх явцад уусгагч, холбогч, сульфидын электролитийн хооронд үл нийцэх туйлшралууд байдаг тул одоогоор томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлд хүрэх боломжгүй байна. Одоогийн байдлаар бүх хатуу төлөвт батерейны судалгааг голчлон лабораторийн хэмжээнд хийж байгаа бөгөөд зайны хэмжээ харьцангуй бага байна. Бүх хатуу төлөвт батерейг өргөн цар хүрээтэй үйлдвэрлэх нь одоо байгаа үйлдвэрлэлийн процесс руу чиглсээр байна, өөрөөр хэлбэл идэвхтэй бодисыг зутан болгон бэлтгэж, дараа нь бүрхэж, хатааж, өртөг багатай, өндөр үр ашигтай байх боломжтой.

Нэг

Тулгарсан бэрхшээлүүд

Тиймээс шингэн уусмалыг дэмжихийн тулд тохирох полимер холбогч ба уусгагчийг олоход хэцүү байдаг. Ихэнх хүхэрт суурилсан хатуу электролитууд нь туйлын уусгагчид, тухайлбал бидний одоо ашиглаж байгаа NMP-д уусдаг. Тиймээс уусгагчийг сонгохдоо зөвхөн уусгагчийн туйлшралгүй эсвэл харьцангуй сул туйлшралтай холбоотой байж болох бөгөөд энэ нь холбогчийг сонгох нь бас нарийн байдаг гэсэн үг юм – полимерийн туйлын функциональ бүлгүүдийн ихэнхийг ашиглах боломжгүй юм!

Энэ бол хамгийн муу асуудал биш юм. Туйлшралын хувьд уусгагч болон сульфидын электролиттэй харьцангуй нийцдэг холбогч бодисууд нь дүүргэгч ба идэвхтэй бодис, электролитийн хоорондын холбоог багасгахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь электродын хэт их эсэргүүцэл, багтаамжийг хурдан задлахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь батерейны гүйцэтгэлд маш их хор хөнөөл учруулдаг.

Дээрх шаардлагыг хангахын тулд үндсэн гурван бодисыг (холбогч, уусгагч, электролит) сонгох боломжтой бөгөөд зөвхөн пара-(P) ксилол, толуол, n-гексан, анизол гэх мэт туйлтгүй эсвэл сул туйлт уусгагчийг сонгох боломжтой. ., шаардлагатай гүйцэтгэлийг хангахын тулд бутадиен резин (BR), стирол бутадиен резин (SBR), SEBS, поливинил хлорид (PVC), нитрил резин (NBR), силикон резин, этил целлюлоз зэрэг сул туйлт полимер холбогчийг ашиглана. .

хоёр

In situ polar – туйлшралгүй хувиргах схем

Энэхүү нийтлэлд хамгаалалтын химийн аргаар боловсруулах явцад электродын туйлшралыг өөрчлөх боломжтой шинэ төрлийн холбогчийг танилцуулсан. Энэхүү биндэрийн туйлын функциональ бүлгүүд нь туйлшралгүй терт-бутил функциональ бүлгүүдээр хамгаалагдсан бөгөөд электродын зуурмаг бэлтгэх явцад холбогчийг сульфидын электролиттэй (энэ тохиолдолд LPSCl) тааруулж болно. Дараа нь дулааны боловсруулалт, тухайлбал электродын хатаах үйл явцаар дамжуулан полимер биндэрийн терт-бутил функциональ бүлгийг дулаанаар хувааж, хамгаалалтын зорилгод хүрч, эцэст нь туйлын биндэр авах боломжтой. Зураг А-г харна уу.

Зураг

Электродын механик болон цахилгаан химийн шинж чанарыг харьцуулан сульфид бүхий хатуу төлөвт батерейны полимер холбогчоор BR (бутадиен резин) сонгосон. Энэхүү судалгаа нь бүх хатуу төлөвт батерейны механик болон цахилгаан химийн шинж чанарыг сайжруулахаас гадна полимер холбогчийг боловсруулахад шинэ хандлагыг нээж өгч байгаа бөгөөд энэ нь электродыг зохих, хүссэн төлөвт байлгахад чиглэсэн хамгаалалтын-хамгаалалт-химийн арга юм. электродын үйлдвэрлэлийн янз бүрийн үе шатууд.

Дараа нь карбоксилын хүчлийн функциональ бүлгүүд нь термолизжүүлсэн Т-бутилийн бүлгээр хамгаалагдсан политерт-бутилакрилат (TBA) ба түүний блок сополимер, политерт-бутилакрилат – b-поли 1, 4-бутадиен (TBA-B-BR) -ийг сонгосон. туршилт. Үнэн хэрэгтээ TBA нь одоогийн литийн ион батерейнд түгээмэл хэрэглэгддэг PAA-ийн урьдал зүйл боловч туйлшрал нь таарахгүй тул сульфид дээр суурилсан бүх хатуу лити батерейнд ашиглах боломжгүй юм. PAA-ийн хүчтэй туйлшрал нь сульфидын электролитүүдтэй хүчтэй урвалд ордог боловч хамгаалалтын карбоксилын хүчлийн функциональ бүлгийн Т-бутилийн тусламжтайгаар PAA-ийн туйлшралыг бууруулж, туйлшралгүй эсвэл сул туйлт уусгагчид уусгах боломжийг олгодог. Дулааны боловсруулалтын дараа т-бутил эфирийн бүлгийг задалж изобутен ялгаруулж, үр дүнд нь карбоксилын хүчил үүсэхийг Зураг Б-д үзүүлэв. Хамгаалалтгүй болсон хоёр полимерийн бүтээгдэхүүнийг (хамгаалалтгүй) TBA болон (хамгаалалтгүй) TBA-аар төлөөлдөг. B-BR.

Зураг

Эцэст нь, paA төст холбогч нь NCM-тэй сайн холбогдож чаддаг бол бүх процесс нь газар дээр нь явагддаг. Энэ нь бүх хатуу төлөвт литийн батерейнд анх удаа in situ туйлшрал хувиргах схемийг ашигласан гэж ойлгож байна.

Дулааны боловсруулалтын температурын хувьд 120 хэмд илт массын алдагдал ажиглагдаагүй бол бутил бүлгийн харгалзах масс 15 хэмд 160 цагийн дараа алдагдана. Энэ нь бутилийг арилгаж болох тодорхой температур байгааг харуулж байна (бодит үйлдвэрлэлд энэ температурын хугацаа хэтэрхий урт байна, илүү тохиромжтой температур эсвэл үйлдвэрлэлийн үр ашгийг дээшлүүлэх нөхцөл байгаа эсэхээс үл хамааран цаашдын судалгаа, хэлэлцүүлэг шаардлагатай). Хамгаалалтын өмнөх болон дараах материалын Ft-ir үр дүн нь хатуу электролит нь хамгаалалтыг хасах үйл явцад саад болохгүйг харуулсан. Хамгаалалтаас гарахын өмнө болон дараа нь наалдамхай хальсыг цавуугаар хийсэн бөгөөд үр дүн нь хамгаалалтыг арилгасны дараа цавуу нь шингэн цуглуулагчтай илүү хүчтэй наалддаг болохыг харуулсан. Хамгаалалтгүй болгохын өмнө болон дараа нь холбогч ба электролитийн нийцтэй байдлыг шалгахын тулд XRD болон Раман шинжилгээг хийсэн бөгөөд үр дүнгээс харахад LPSCl хатуу электролит нь шалгагдсан холбогчтой сайн нийцдэг.

Дараа нь бүхэл бүтэн батерей хийж, түүний гүйцэтгэлийг харна уу. NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ холбогч 2% -ийг ашигласнаар шонгийн хуудасны хөрс хуулалтын бат бэх нь tBA-B-BR холбогчийг ашиглах үед хамгийн их хөрс хуулалтын бат бэх болохыг харуулж байна (Зураг 1-д үзүүлэв). Үүний зэрэгцээ хөрс хуулалтын хугацаа нь хөрс хуулалтын бат бөх байдалд нөлөөлдөг. Хамгаалалтгүй болсон TBA электродын хуудас нь хэврэг, хугарахад хялбар тул уян хатан чанар сайтай, хальслах чадвар сайтай TBA-B-BR-ийг батерейны ажиллагааг шалгах үндсэн холбогчоор сонгосон.

Зураг 1. Янз бүрийн холбогчоор хальслах бат бэх

Биндэр нь өөрөө ион тусгаарлагч юм. Биндэр нэмснээр ионы дамжуулалтад үзүүлэх нөлөөг судлахын тулд нэг бүлэгт 97.5% электролит +2.5% холбогч, нөгөө бүлэгт холбогч бодис агуулаагүй хоёр бүлэг туршилт хийсэн. Биндэргүй ионы дамжуулалт 4.8×10-3 SCM-1, холбогчтой дамжуулах чанар нь мөн 10-3 баллын дараалалтай болохыг тогтоожээ. TBA-B-BR-ийн цахилгаан химийн тогтвортой байдлыг CV туршилтаар нотолсон.

гурван

Хагас батерей, бүрэн батерейны гүйцэтгэл

Хамгаалалтгүй холбогч нь илүү сайн наалддаг бөгөөд литийн ионуудын шилжилтэд ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй болохыг олон харьцуулсан туршилтууд харуулж байна. Өөр өөр холбогчоор хийсэн хагас эсийг ашиглан электрохимийн шинж чанарыг туршихын тулд янз бүрийн туршилтын хагас эсийг тус тус хольсон эерэг, хатуу электролитийн холбогч байхгүй ба Li – нэг хүчин зүйлийн туршилтын электрод дахь холбогчтой хольсонгүй Хатуу электролитэд, анод холбогч дээр өөр өөр нөлөө үзүүлдэг болохыг нотлох. Түүний цахилгаан химийн гүйцэтгэлийн үр дүнг доорх зурагт үзүүлэв.

Зураг

Дээрх зурагт: a. эерэг гадаргуугийн нягт 8мг/см2 байх үед өөр өөр холбогч бодисын хагас эсийн мөчлөгийн гүйцэтгэл, В нь эерэг гадаргуугийн нягт 16мг/см2 байх үед өөр өөр холбогч бодисын хагас эсийн мөчлөгийн гүйцэтгэл юм. Дээрх үр дүнгээс харахад (хамгаалалтгүй) TBA-B-BR нь бусад холбогчтой харьцуулахад батерейны мөчлөгийн гүйцэтгэл нь мэдэгдэхүйц сайн бөгөөд циклийн диаграммыг хальслах бат бэхийн диаграммтай харьцуулж үзэхэд шонгийн механик шинж чанар нь шонгийн механик шинж чанарт нөлөөлдөг болохыг харуулж байна. мөчлөгийн гүйцэтгэлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Зураг

Зүүн талын зурагт мөчлөгийн өмнөх NCM711/ Li-IN хагас эсийн EIS, баруун талд 0.1 долоо хоногийн турш 50c мөчлөггүй хагас эсийн EIS-ийг харуулж байна. TBA-B-BR болон BR холбогчийг тус тус ашигласан (хамгаалалтгүй) хагас эсийн EIS. Үүнийг EIS диаграмаас дараах байдлаар дүгнэж болно.

1. Хичнээн цикл хийснээс үл хамааран батерей бүрийн электролитийн давхарга RSE 10 ω см2 орчим байгаа нь электролитийн LPSCl-ийн эзлэхүүний эсэргүүцлийг илэрхийлнэ 2. Цэнэг дамжуулах эсэргүүцэл (RCT) нь мөчлөгийн явцад нэмэгдсэн боловч RCT-ийн ӨСӨЛТ. BR холбогч нь tBA-B-BR холбогчтой харьцуулахад хамаагүй өндөр байв. Эндээс харахад BR холбогчийг ашиглан идэвхтэй бодисуудын хоорондын холбоо тийм ч бат бөх биш, мөчлөгт сулардаг.

Зураг

Янз бүрийн төлөвт байгаа туйлын зүсмэлүүдийн хөндлөн огтлолыг ажиглахад SEM ашигласан бөгөөд үр дүнг дээрх зурагт үзүүлэв: a. Цусны эргэлтээс өмнө Tba-b-br (хамгаалалтгүй); B. эргэлтийн өмнөх BR; C. TBA-B-BR 25 долоо хоногийн дараа (хамгаалалтгүй); D. 25 долоо хоногийн дараа BR;

Бүх электродуудын өмнөх мөчлөг нь идэвхтэй хэсгүүдийн хоорондох нягт холбоог ажиглаж болно, зөвхөн жижиг нүхийг харж болно, гэхдээ 25 долоо хоногийн мөчлөгийн дараа илт өөрчлөлтийг харж болно c (хөөрөх) холбоонд ашигласан – b – BR ихэнх бөөмсийн эерэг үйл ажиллагаа. эсвэл хагарал байхгүй, мөн BR холбогч хэсгүүдийн электродын үйл ажиллагааг ашигласнаар дунд хэсэгт нь маш олон ан цав үүсдэг, D-ийн шар хэсэгт харуулсанчлан, үүнээс гадна электролит ба NCM хэсгүүд нь илүү ноцтой тусгаарлагдсан байдаг нь батерейны чухал шалтгаан болдог. гүйцэтгэлийн бууралт.

Зураг

Эцэст нь бүхэл бүтэн батерейны ажиллагааг шалгана. Эерэг электрод NCM711/ сөрөг электродын бал чулуу нь эхний мөчлөгт 153mAh/g хүрч, 85.5 циклийн дараа 45% -ийг хадгалах боломжтой.

Дөрөв

Товч хураангуй

Эцэст нь хэлэхэд, бүх хатуу төлөвт литийн батерейнд идэвхтэй бодисуудын хоорондох хатуу холбоо, өндөр механик шинж чанар, интерфейсийн тогтвортой байдал нь электрохимийн өндөр үзүүлэлтийг олж авахад хамгийн чухал зүйл юм.