ဆာလဖာအခြေခံထားသည့် all-solid-state ဘက်ထရီများသည် ၎င်းတို့၏ သာလွန်ဘေးကင်းမှုစွမ်းဆောင်ရည်ကြောင့် လက်ရှိ လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများကို အစားထိုးရန် မျှော်လင့်ထားသည်။ သို့သော်လည်း All-solid-state ဘက်ထရီ slurry ၏ ပြင်ဆင်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင်၊ ဆားရည်၊ binder နှင့် sulphide electrolyte တို့တွင် သဟဇာတမဖြစ်နိုင်သော polarity များရှိနေသောကြောင့် လက်ရှိတွင် အကြီးစားထုတ်လုပ်မှုကို ရရှိရန် နည်းလမ်းမရှိပါ။ လက်ရှိတွင်၊ All-solid-state ဘက်ထရီဆိုင်ရာ သုတေသနကို ဓာတ်ခွဲခန်းစကေးပေါ်တွင် အဓိကအားဖြင့် လုပ်ဆောင်နေပြီး ဘက်ထရီ၏ ထုထည်ပမာဏမှာ အတော်လေးသေးငယ်ပါသည်။ All-solid-state ဘက်ထရီ၏ အကြီးစားထုတ်လုပ်မှုသည် လက်ရှိထုတ်လုပ်ရေးလုပ်ငန်းစဉ်ဆီသို့ ဦးတည်ဆဲဖြစ်သည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ တက်ကြွသောဒြပ်ပစ္စည်းကို slurry အဖြစ်ပြင်ဆင်ပြီးနောက် ဖုံးအုပ်ထားပြီး အခြောက်ခံကာ၊ ကုန်ကျစရိတ်သက်သာပြီး ထိရောက်မှုပိုမိုမြင့်မားနိုင်သည်။

တစ်

အခက်အခဲတွေ ကြုံရတယ်။

ထို့ကြောင့် အရည်ပျော်ရည်ကို ပံ့ပိုးရန် သင့်လျော်သော ပိုလီမာ binder နှင့် solvent ကိုရှာရန် ခက်ခဲသည်။ ဆာလဖာအခြေခံသော အစိုင်အခဲ အီလက်ထရောနစ်အများစုကို လက်ရှိကျွန်ုပ်တို့အသုံးပြုနေသော NMP ကဲ့သို့သော ဝင်ရိုးစွန်းအပျော်ရည်များတွင် ပျော်ဝင်နိုင်သည်။ ထို့ကြောင့် ပျော်ရည်၏ရွေးချယ်မှုသည် ဝင်ရိုးစွန်းမဟုတ်သော သို့မဟုတ် ပျော့ပျောင်းသောဝင်ရိုးစွန်းမှသာလျှင် ဘက်လိုက်နိုင်သည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ binder ရွေးချယ်မှုမှာလည်း တဆက်တည်း ကျဉ်းမြောင်းနေသည် – ပေါ်လီမာ၏ဝင်ရိုးစွန်းလုပ်ဆောင်မှုအုပ်စုအများစုကို အသုံးမပြုနိုင်ပါ။

ဒါက အဆိုးဆုံး ပြဿနာတော့ မဟုတ်ပါဘူး။ polarity အရ၊ ဆာလဒ်နှင့် sulfide electrolytes တို့နှင့်အတော်လေးသဟဇာတရှိသော binder များသည် စုစည်းမှုများနှင့် တက်ကြွသောအရာများနှင့် electrolytes များကြားတွင် နှောင်ကြိုးကို လျှော့ချနိုင်မည်ဖြစ်ပြီး ဘက်ထရီစွမ်းဆောင်ရည်ကို အလွန်အမင်းထိခိုက်စေသည့် လွန်ကဲလျှပ်ကူးပစ္စည်း impedance နှင့် လျင်မြန်သောစွမ်းရည်ယိုယွင်းမှုတို့ကို သံသယဖြစ်ဖွယ်ဖြစ်စေပါသည်။

အထက်ဖော်ပြပါ လိုအပ်ချက်များနှင့် ကိုက်ညီစေရန်အတွက် အဓိကဒြပ်စင်သုံးမျိုး (binder၊ solvent၊ electrolyte)၊ para-(P) xylene၊ toluene၊ n-hexane၊ anisole ကဲ့သို့သော ဝင်ရိုးစွန်းမဟုတ်သော သို့မဟုတ် အားနည်းသော ဝင်ရိုးစွန်းအပျော်ရည်များကိုသာ ရွေးချယ်နိုင်သည်။ အားနည်းသော ဝင်ရိုးစွန်းပေါ်လီမာ binder၊ butadiene rubber (BR)၊ styrene butadiene rubber (SBR)၊ SEBS၊ polyvinyl chloride (PVC)၊ nitrile rubber (NBR)၊ silicone rubber နှင့် ethyl cellulose ကဲ့သို့သော လိုအပ်သော စွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြည့်မီစေရန်၊ .

နှစ်

နေရာဝင်ရိုးစွန်းတွင် – ဝင်ရိုးစွန်းမဟုတ်သော ပြောင်းလဲခြင်းအစီအစဉ်

ဤစာတမ်းတွင်၊ အကာအကွယ်-ကာကွယ်မှု ဓာတုဗေဒနည်းဖြင့် စက်ပစ္စည်းပြုလုပ်နေစဉ်အတွင်း လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ ဝင်ရိုးစွန်းကို ပြောင်းလဲနိုင်သည့် binder အမျိုးအစားအသစ်ကို မိတ်ဆက်ပေးခဲ့သည်။ ဤ binder ၏ ဝင်ရိုးစွန်းလုပ်ဆောင်မှုအုပ်စုများကို electrode paste ၏ပြင်ဆင်မှုအတွင်း binder သည် sulfide electrolyte (ဤအခြေအနေတွင် LPSCl) နှင့် ပေါင်းစပ်နိုင်စေရန်၊ ဝင်ရိုးစွန်းမဟုတ်သော tert-butyl functional အုပ်စုများဖြင့် ကာကွယ်ထားသည်။ ထို့နောက် အပူကုသမှုအားဖြင့်၊ အမည်ရ လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ အခြောက်ခံခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်၊ ပေါ်လီမာ Binder ၏ tert-butyl functional group ကို အပူပိုင်းခွဲ၍ ကာကွယ်ရန် ရည်ရွယ်ချက်ကို အောင်မြင်စေရန်၊ နောက်ဆုံးတွင် ပိုလာ Binder ကို ရရှိမည်ဖြစ်သည်။ ပုံ A ကိုကြည့်ပါ။

ရုပ်ပုံလွှာ

BR (butadiene ရော်ဘာ) အား လျှပ်ကူးပစ္စည်း၏ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာနှင့် လျှပ်စစ်ဓာတုဂုဏ်သတ္တိများကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်းဖြင့် sulfide all-solid-state ဘက်ထရီအတွက် ပေါ်လီမာ binder အဖြစ် ရွေးချယ်ခဲ့သည်။ အစိုင်အခဲ-စတိတ်ဘက်ထရီအားလုံး၏ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာနှင့် လျှပ်စစ်ဓာတုဂုဏ်သတ္တိများကို တိုးမြှင့်ပေးသည့်အပြင်၊ ဤသုတေသနပြုချက်သည် လျှပ်ကူးပစ္စည်းများကို သင့်လျော်ပြီး အလိုရှိသော အခြေအနေတွင် ထိန်းသိမ်းထားရန် အကာအကွယ်-de-protection-chemical ချဉ်းကပ်မှုဖြစ်သည့် ပေါ်လီမာဘင်ဒါဒီဇိုင်းအတွက် ချဉ်းကပ်မှုအသစ်ကို ဖွင့်လှစ်ပေးပါသည်။ လျှပ်ကူးပစ္စည်းထုတ်လုပ်ခြင်း၏အဆင့်များ။

ထို့နောက်၊ polytert-butylacrylate (TBA) နှင့် ၎င်း၏ ပိတ်ဆို့ပိုလီမာ၊ polytert-butylacrylate – b-poly 1၊ 4-butadiene (TBA-B-BR)၊ စမ်းသပ်မှု။ အမှန်မှာ၊ TBA သည် လက်ရှိ လစ်သီယမ်အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများတွင် အသုံးများသော PAA ၏ ရှေ့ပြေးဖြစ်ပြီး၊ သို့သော် ၎င်း၏ဝင်ရိုးစွန်းမညီမှုကြောင့် ဆာလဖိုက်-အခြေပြုထားသည့် လီသီယမ်ဘက်ထရီများတွင် အသုံးမပြုနိုင်ပါ။ PAA ၏ပြင်းထန်သောဝင်ရိုးစွန်းသည် sulfide electrolytes နှင့်ပြင်းထန်စွာတုံ့ပြန်နိုင်သော်လည်း T-butyl ၏ကာကွယ်မှုရှိသော carboxylic acid ၏လုပ်ဆောင်မှုအုပ်စုဖြင့် PAA ၏ဝင်ရိုးစွန်းကိုလျှော့ချနိုင်ပြီး၎င်းကိုဝင်ရိုးစွန်းမဟုတ်သောသို့မဟုတ်အားနည်းသောဝင်ရိုးစွန်းပျော်ရည်များတွင်ပျော်ဝင်စေသည်။ အပူကုသမှုပြီးနောက်၊ t-butyl ester အုပ်စုသည် ပြိုကွဲသွားကာ isobutene ကိုထုတ်လွှတ်ကာ ပုံ B တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း carboxylic acid ကိုဖြစ်ပေါ်စေသည်။ ပေါ်လီမာနှစ်ခုကိုကာကွယ်ခြင်းမပြုဘဲထုတ်ကုန်များကို (ကာကွယ်ထားသည်) TBA နှင့် (အကာအကွယ်မဲ့) TBA- B-BR

ရုပ်ပုံလွှာ

နောက်ဆုံးတွင်၊ paA-like binder သည် NCM နှင့် ကောင်းမွန်စွာ ချိတ်ဆက်နိုင်ပြီး၊ လုပ်ငန်းစဉ်တစ်ခုလုံးသည် အခြေအနေတွင် ရှိနေပါသည်။ All-solid-state လီသီယမ်ဘက်ထရီတွင် တည်ရှိသော polarity conversion scheme ကို ပထမဆုံးအကြိမ် အသုံးပြုခြင်းဖြစ်သည်ကို နားလည်ပါသည်။

အပူကုသမှု၏အပူချိန်အတွက် 120 ℃ တွင် သိသာထင်ရှားသောအစုလိုက်အပြုံလိုက်ဆုံးရှုံးမှုကိုမတွေ့ရှိရဘဲ သက်ဆိုင်ရာ butyl အုပ်စု၏ဒြပ်ထုသည် 15 နာရီ 160 ဒီဂရီတွင် ပျောက်ဆုံးသွားပါသည်။ ၎င်းသည် butyl ကို ဖယ်ရှားနိုင်သည့် အချို့သော အပူချိန်ရှိကြောင်း ညွှန်ပြသည် (အမှန်တကယ် ထုတ်လုပ်မှုတွင်၊ ဤ အပူချိန် အချိန်သည် ရှည်လွန်းသည်၊ ထုတ်လုပ်မှု စွမ်းဆောင်ရည် မြှင့်တင်ရန် ပိုမိုသင့်လျော်သော အပူချိန် သို့မဟုတ် အခြေအနေ ရှိမရှိ၊ ထုတ်လုပ်မှု စွမ်းဆောင်ရည် မြှင့်တင်ရန် နောက်ထပ် သုတေသနနှင့် ဆွေးနွေးရန် လိုအပ်သည်)။ Ft-ir သည် အကာအကွယ်မပြုလုပ်မီနှင့် အပြီးတွင် ပစ္စည်းများ၏ ရလဒ်များသည် အစိုင်အခဲ electrolyte သည် deprotection လုပ်ငန်းစဉ်ကို အနှောင့်အယှက်မပေးကြောင်း ပြသခဲ့သည်။ ကော်ဖလင်ကို မကာကွယ်မီနှင့် အပြီးတွင် ကော်ဖြင့် ပြုလုပ်ထားကာ အကာအကွယ်ပြုပြီးနောက် ကပ်ခွာသည် အရည်စုဆောင်းသူနှင့် ပိုမိုအားကောင်းသော ကပ်တွယ်မှုရှိကြောင်း ပြသခဲ့သည်။ အကာအကွယ်မပြုလုပ်မီနှင့် အကာအကွယ်မပြုလုပ်မီနှင့် အီလက်ထရောနစ်၏ လိုက်ဖက်ညီမှုကို စမ်းသပ်ရန်အတွက် XRD နှင့် Raman ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုကို ပြုလုပ်ခဲ့ပြီး ရလဒ်များက LPSCl အစိုင်အခဲ အီလက်ထရောနစ်သည် စမ်းသပ်ထားသော binder နှင့် ကောင်းမွန်သော လိုက်ဖက်မှုရှိသည်ကို ပြသခဲ့သည်။

ထို့နောက် all-solid-state ဘက်ထရီကို ပြုလုပ်ပြီး ၎င်းသည် မည်ကဲ့သို့ လုပ်ဆောင်သည်ကို ကြည့်ရှုပါ။ NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ binder 2% ကိုအသုံးပြုခြင်းဖြင့် binder tBA-B-BR ကိုအသုံးပြုသောအခါတွင် binder tBA-B-BR ကိုအသုံးပြုသောအခါ stripping strength သည် အကြီးဆုံးဖြစ်ကြောင်းပြသသည် (ပုံ 1 တွင်ပြထားသည့်အတိုင်း)။ ဤအတောအတွင်း၊ ထုတ်ယူချိန်သည် ထုတ်ယူခြင်း၏ အစွမ်းသတ္တိအပေါ် သက်ရောက်မှုရှိသည်။ အကာအကွယ်မဲ့ TBA လျှပ်ကူးပစ္စည်းစာရွက်သည် ကြွပ်ဆတ်ပြီး ကျိုးလွယ်သောကြောင့် ဘက်ထရီစွမ်းဆောင်ရည်ကို စမ်းသပ်ရန်အတွက် ကောင်းသောပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်နှင့် မြင့်မားသောအခွံခိုင်ခံ့သည့် TBA-B-BR ကို အဓိက binder အဖြစ် ရွေးချယ်ထားသည်။

ပုံ 1. ကွဲပြားသော binders များဖြင့် အခွံခွာခြင်း ခိုင်ခံ့ခြင်း။

binder ကိုယ်တိုင်သည် ionic insulating ဖြစ်သည်။ ionic conductivity တွင် binder ပေါင်းထည့်ခြင်း၏ အကျိုးသက်ရောက်မှုကို လေ့လာရန်အတွက် စမ်းသပ်မှုအုပ်စုနှစ်စု၊ တစ်အုပ်စုတွင် 97.5% electrolyte +2.5% binder ပါရှိပြီး အခြားအုပ်စုမှာ binder မပါဝင်ပါ။ binder မပါဘဲ ionic conductivity သည် 4.8 × 10-3 SCM-1 ဖြစ်ပြီး၊ binder နှင့် conductivity သည် 10-3 order of magnitude ဖြစ်သည် ။ TBA-B-BR ၏ electrochemical တည်ငြိမ်မှုကို CV test ဖြင့် သက်သေပြခဲ့သည်။

သုံး

ဘက်ထရီတစ်ဝက်နှင့် ဘက်ထရီအပြည့် စွမ်းဆောင်ရည်

နှိုင်းယှဉ်စမ်းသပ်မှုများစွာက အကာအကွယ်မဲ့ binder သည် ပိုမိုကောင်းမွန်သော ကပ်တွယ်မှုရှိပြီး လီသီယမ်အိုင်းယွန်းများ ရွှေ့ပြောင်းခြင်းအပေါ် သက်ရောက်မှုမရှိကြောင်း ပြသသည်။ မတူညီသော binder ဖြင့်ပြုလုပ်ထားသော half cell ကိုအသုံးပြု၍ electrochemical ဂုဏ်သတ္တိများကိုစမ်းသပ်ရန်၊ အမျိုးမျိုးသောစမ်းသပ်ဆဲတစ်ဝက်ဆဲလ်အသီးသီးကို binder the positive၊ binder မရှိသော electrolyte နှင့် Li တို့ကို ရောနှောခြင်းဖြင့် အသီးသီးသော ဓာတ်ခွဲစမ်းသပ်မှုများ၏ electrode တွင်၊ binder နှင့် ရောနှောခြင်းမရှိသော အစိုင်အခဲ electrolyte တွင်၊ anode binder အပေါ် ကွဲပြားခြားနားသော လွှမ်းမိုးမှုကို သက်သေပြရန်။ ၎င်း၏လျှပ်စစ်ဓာတုစွမ်းဆောင်မှုရလဒ်များကိုအောက်ပါပုံတွင်ပြသထားသည်။

ရုပ်ပုံလွှာ

အပေါ်ကပုံမှာ- a. အပြုသဘောဆောင်သောမျက်နှာပြင်၏သိပ်သည်းဆသည် 8mg/cm2 ရှိသောအခါတွင် မတူညီသော binder များ၏တစ်ဝက်တစ်ပျက်လည်ပတ်မှုစွမ်းဆောင်ရည်ဖြစ်ပြီး B သည် အပြုသဘောဆောင်သောမျက်နှာပြင်၏သိပ်သည်းဆသည် 16mg/cm2 ဖြစ်သောအခါ B သည် မတူညီသော binder များ၏တစ်ဝက်တစ်ပျက်လည်ပတ်မှုစွမ်းဆောင်ရည်ဖြစ်သည်။ (အကာအကွယ်မဲ့) TBA-B-BR သည် အခြား binders များထက် သိသိသာသာ ကောင်းမွန်သော ဘက်ထရီလည်ပတ်မှု စွမ်းဆောင်ရည်ကို အထက်ဖော်ပြပါ ရလဒ်များမှ တွေ့မြင်နိုင်ပြီး စက်ဝိုင်းပုံအား အခွံခိုင်ခံ့မှု ပုံကြမ်းနှင့် နှိုင်းယှဉ်ထားသည်၊ ၎င်းသည် ဝင်ရိုးစွန်းများ၏ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ဂုဏ်သတ္တိများကို ပြသပေးပါသည်။ စက်ဝန်းစွမ်းဆောင်ရည်အတွက် အရေးကြီးသော အခန်းကဏ္ဍ။

ရုပ်ပုံလွှာ

ဘယ်ဘက်ပုံသည် သံသရာမတိုင်မီ NCM711/ Li-IN တစ်ဝက်ဆဲလ်၏ EIS ကိုပြသပြီး ညာဘက်ပုံသည် 0.1 ပတ်ကြာ 50c ၏သံသရာမပါဘဲ EIS ကိုပြသသည်။ TBA-B-BR နှင့် BR binder အသီးသီးကို အသုံးပြု၍ ဆဲလ်တစ်ဝက်၏ EIS EIS ပုံကြမ်းမှ အောက်ပါအတိုင်း ကောက်ချက်ချနိုင်သည်။

1. သံသရာမည်မျှပင်ရှိစေကာမူ ဘက်ထရီတစ်ခုစီ၏ အီလက်ထရီအလွှာ RSE သည် 10 ω cm2 ဝန်းကျင်ဖြစ်ပြီး၊ ၎င်းသည် electrolyte LPSCl 2 ၏ မွေးရာပါ ထုထည်ခုခံမှုကို ကိုယ်စားပြုသည်။ လည်ပတ်နေစဉ်အတွင်း charge transfer impedance (RCT) တိုးလာသော်လည်း အသုံးပြုသည့် RCT တိုးလာခြင်း၊ BR binder သည် tBA-B-BR binder ကိုအသုံးပြုသည့်ထက် သိသိသာသာမြင့်မားသည်။ BR binder ကိုသုံး၍ တက်ကြွသော အရာဝတ္ထုများကြား ချိတ်ဆက်မှုသည် အလွန်ခိုင်မာမှုမရှိကြောင်း၊ သံသရာတွင် လျော့ရဲလာသည်ကို တွေ့မြင်နိုင်သည်။

ရုပ်ပုံလွှာ

SEM ကို မတူညီသောပြည်နယ်များရှိ ဝါးလုံးအချပ်များ၏ ဖြတ်ပိုင်းဖြတ်ပိုင်းကို စောင့်ကြည့်ရန် အသုံးပြုပြီး ရလဒ်များကို အထက်ပုံတွင် ပြထားသည်- a. လည်ပတ်မှုမပြုမီ Tba-b-br (ကာကွယ်မှု); B. လည်ပတ်မှုမတိုင်မီ BR; C. 25 ပတ်အကြာတွင် TBA-B-BR (ကာကွယ်မှု)၊ D. 25 ပတ်ကြာပြီးနောက် BR;

လျှပ်ကူးပစ္စည်းအားလုံးကြားတွင် အနီးကပ်ထိတွေ့မှုကို မတွေ့ရှိရမီ စက်ဝိုင်းသည် တက်ကြွသောအမှုန်အမွှားများကြားတွင် အပေါက်ငယ်များကိုသာမြင်နိုင်သော်လည်း 25 ပတ်ကြာပြီးနောက်တွင် သိသာထင်ရှားသောပြောင်းလဲမှုကိုတွေ့မြင်နိုင်သည်၊ c (take off) တွဲဖက်များတွင်အသုံးပြုသည် – b – BR အမှုန်အများစု၏ အပြုသဘောဆောင်သောလုပ်ဆောင်ချက် သို့မဟုတ် အက်ကွဲမှုမရှိခြင်း၊ BR binder အမှုန်များ၏ လျှပ်ကူးပစ္စည်း လုပ်ဆောင်ချက်ကို အသုံးပြု၍ အလယ်တွင် အက်ကြောင်းများ အများအပြား ရှိနေသည်၊ D ၏ အဝါရောင် ဧရိယာတွင် ပြထားသည့်အတိုင်း၊ ထို့အပြင်၊ ဘက်ထရီအတွက် အရေးကြီးသော အကြောင်းရင်းများဖြစ်သည့် electrolyte နှင့် NCM အမှုန်များကို ပို၍ လေးနက်စွာ ပိုင်းခြားထားသည်။ စွမ်းဆောင်ရည်ကို လျှော့ချခြင်း။

ရုပ်ပုံလွှာ

နောက်ဆုံးတွင်၊ ဘက်ထရီတစ်ခုလုံး၏စွမ်းဆောင်ရည်ကိုစစ်ဆေးပြီးဖြစ်သည်။ အပြုသဘောဆောင်သောလျှပ်ကူးပစ္စည်း NCM711/ အနုတ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းဂရပ်ဖိုက်သည် ပထမစက်ဝန်းတွင် 153mAh/g ရောက်ရှိနိုင်ပြီး 85.5 ပတ်အကြာတွင် 45% ကို ထိန်းသိမ်းထားသည်။

လေး

အကျဉ်းချုပ်

နိဂုံးချုပ်အားဖြင့်၊ အစိုင်အခဲ-အခြေအနေရှိ လီသီယမ်ဘက်ထရီအားလုံးတွင်၊ တက်ကြွသောအရာများအကြား အစိုင်အခဲထိတွေ့မှု၊ မြင့်မားသောစက်ပိုင်းဆိုင်ရာဂုဏ်သတ္တိများနှင့် အင်တာဖေ့စ်တည်ငြိမ်မှုသည် မြင့်မားသောလျှပ်စစ်ဓာတုစွမ်းဆောင်မှုရရှိရန် အရေးကြီးဆုံးဖြစ်သည်။