Batré sadaya-solid-state dumasar-sulfur diperkirakeun ngagentos batré litium-ion ayeuna kusabab kinerja kaamanan anu unggul. Sanajan kitu, dina prosés persiapan slurry batré sagala-kaayaan padet, aya polarities sauyunan diantara pangleyur, binder sarta éléktrolit sulfida, jadi teu aya deui jalan pikeun ngahontal produksi badag skala ayeuna. Ayeuna, panalungtikan ngeunaan batré sadaya-solid-state utamana dilaksanakeun dina skala laboratorium, sarta volume batréna relatif leutik. Produksi badag-skala batré kaayaan padet masih nuju kana prosés produksi aya, nyaeta, zat aktif disiapkeun kana slurry lajeng coated tur garing, nu bisa boga ongkos handap sarta efisiensi luhur.

hiji

Kasusah disanghareupan

Ku alatan éta, hese neangan binder polimér cocog jeung pangleyur pikeun ngarojong solusi cair. Kalolobaan éléktrolit padet basis walirang bisa leyur dina pangleyur polar, kayaning NMP ayeuna kami nganggo. Jadi pilihan pangleyur ngan bisa bias kana non-polar atawa rélatif lemah polaritasna pangleyur, nu hartina pilihan binder ogé correspondingly sempit – lolobana gugus fungsi polar polimér teu bisa dipaké!

Ieu sanes masalah awon. Dina watesan polaritasna, binders anu rélatif cocog jeung pangleyur jeung éléktrolit sulfida bakal ngakibatkeun ngurangan beungkeut antara agrégat jeung zat aktif jeung éléktrolit, nu undoubtedly bakal ngakibatkeun impedansi éléktroda ekstrim jeung buruk kapasitas gancang, nu pisan ngarugikeun kinerja batré.

Dina raraga minuhan sarat di luhur, tilu zat utama (binder, pangleyur, éléktrolit) bisa dipilih, ngan pangleyur polar non-polar atawa lemah, kayaning para-(P) xylene, toluene, n-hexane, anisole, jsb ., ngagunakeun lemah polar binder polimér, Sapertos karét butadiena (BR), karét styrene butadiene (SBR), SEBS, polyvinyl chloride (PVC), karét nitrile (NBR), karét silikon jeung étil selulosa, guna minuhan kinerja diperlukeun .

dua

In situ polar-non-polar skéma konversi

Dina makalah ieu, hiji tipe anyar tina binder diwanohkeun, nu bisa ngarobah polaritasna éléktroda salila machining ku cara maké panyalindungan-de-perlindungan kimia. Gugus fungsi polar tina binder ieu ditangtayungan ku gugus fungsi tert-butil non-polar, mastikeun yén binder bisa cocog jeung éléktrolit sulfida (dina hal ieu LPSCl) salila persiapan némpelkeun éléktroda. Lajeng ngaliwatan perlakuan panas, nyaéta prosés drying éléktroda, gugus fungsi tert-butil tina map polimér bisa pamisah termal, pikeun ngahontal tujuan panyalindungan, sarta tungtungna meunang map polar. Tingali Gambar A.

Gambarna

BR (karét butadiena) dipilih salaku binder polimér pikeun batré sulfida sadaya-kaayaan padet ku ngabandingkeun sipat mékanis jeung éléktrokimia éléktroda. Salian ningkatkeun sipat mékanis sareng éléktrokimia tina batré sadaya-kaayaan padet, ieu panalungtikan muka pendekatan anyar pikeun desain binder polimér, nyaéta pendekatan panyalindungan-de-perlindungan-kimiawi pikeun ngajaga éléktroda dina kaayaan anu pas sareng dipikahoyong. tahapan béda tina manufaktur éléktroda.

Saterusna, polytert-butylacrylate (TBA) jeung blok copolymer na, polytert-butylacrylate – b-poly 1, 4-butadiena (TBA-B-BR), anu gugus fungsina asam karboksilat ditangtayungan ku gugus T-butil thermolyzed. percobaan. Nyatana, TBA mangrupikeun prékursor PAA, anu biasa dianggo dina batré ion litium ayeuna, tapi henteu tiasa dianggo dina batré litium padet dumasar sulfida kusabab polaritasna henteu cocog. Polaritas kuat PAA tiasa diréaksikeun pisan sareng éléktrolit sulfida, tapi kalayan gugus fungsi asam karboksilat pelindung T-butil, polaritasna PAA tiasa dikirangan, sahingga ngaleyurkeun dina pangleyur non-polar atanapi lemah polar. Sanggeus perlakuan panas, gugus t-butil éster didekomposisi pikeun ngaleupaskeun isobutene, hasilna formasi asam karboksilat, sakumaha ditémbongkeun dina Gambar B. Produk tina dua polimér deprotected digambarkeun ku (deprotected) TBA jeung (deprotected) TBA- B-BR.

Gambarna

Tungtungna, paA-kawas map bisa beungkeut ogé kalawan NCM, bari sakabeh proses lumangsung di situ. Hal ieu dipikaharti yén ieu téh kahiji kalina skéma konversi polaritasna in situ geus dipaké dina batré litium sadaya-nagara solid.

Sedengkeun pikeun suhu perlakuan panas, euweuh leungitna massa atra ieu observasi dina 120 ℃, sedengkeun massa pakait gugus butil ieu leungit sanggeus 15h dina 160 ℃. Ieu nunjukkeun yén aya suhu nu tangtu di mana butil bisa dihapus (dina produksi sabenerna, waktu suhu ieu panjang teuing, naha aya hawa leuwih luyu atawa kaayaan pikeun ngaronjatkeun efisiensi produksi perlu panalungtikan satuluyna sarta diskusi). Hasil Ft-ir bahan sateuacan sareng saatos deproteksi ogé nunjukkeun yén éléktrolit padet henteu ngaganggu prosés deproteksi. Film napel dijieun kalawan napel saméméh jeung sanggeus deprotection, sarta hasilna némbongkeun yén napel sanggeus deprotection miboga adhesion kuat jeung kolektor cairan. Pikeun nguji kasaluyuan binder sareng éléktrolit sateuacan sareng saatos deproteksi, analisis XRD sareng Raman dilaksanakeun, sareng hasil nunjukkeun yén éléktrolit padet LPSCl gaduh kasaluyuan anu hadé sareng binder anu diuji.

Teras, jieun batré sadayana-solid-state sareng tingali kumaha kinerjana. Ngagunakeun NCM711 74.5% / LPSCL21.5% / SP2% / binder 2%, kakuatan stripping lambar kutub nunjukeun yen kakuatan stripping téh pangbadagna nalika binder tBA-B-BR dipaké (sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 1). Samentara éta, waktu stripping ogé boga dampak dina kakuatan stripping. Lambaran éléktroda TBA anu dicabut nyaéta regas sareng gampang narekahan, ku kituna TBA-B-BR kalayan kalenturan anu saé sareng kakuatan mesek anu luhur dipilih salaku pangikat utama pikeun nguji kinerja batré.

Gambar 1. kakuatan mesek kalawan binders béda

Binder sorangan nyaéta insulasi ionik. Pikeun nalungtik pangaruh panambahan binder kana konduktivitas ionik, dilaksanakeun dua kelompok ékspérimén, hiji kelompok ngandung 97.5% éléktrolit +2.5% binder sareng kelompok anu sanés henteu ngandung binder. Ieu kapanggih yén konduktivitas ionik tanpa map éta 4.8 × 10-3 SCM-1, sarta konduktivitas kalawan map ogé 10-3 urutan gedena. Stabilitas éléktrokimia TBA-B-BR dibuktikeun ku uji CV.

tilu

Satengah batré sareng kinerja batré pinuh

Seueur tés komparatif nunjukkeun yén binder anu teu dilindungan gaduh adhesion anu langkung saé sareng henteu aya pangaruh kana migrasi ion litium. Ngagunakeun map béda dijieun satengah sél pikeun nguji sipat éléktrokimia, rupa-rupa ékspérimén satengah sél masing-masing ku dicampurkeun jeung binder positif, euweuh binder tina éléktrolit padet jeung Li – Dina éléktroda percobaan faktor tunggal, teu dicampurkeun jeung binder Dina éléktrolit padet, ngabuktikeun yén pangaruh béda dina map anoda. Hasil kinerja éléktrokimia na dipidangkeun dina gambar di handap ieu:

Gambarna

Dina gambar di luhur: a. nyaéta kinerja siklus satengah sél tina binders béda nalika dénsitas beungeut positif nyaéta 8mg / cm2, sarta B nyaéta kinerja siklus satengah sél binders béda nalika dénsitas beungeut positif 16mg / cm2. Ieu bisa ditempo tina hasil di luhur yén (deprotected) TBA-B-BR boga kinerja siklus batré nyata hadé ti binders séjén, sarta diagram siklus dibandingkeun jeung diagram kakuatan mesek, nu nunjukeun yen sipat mékanis tina kutub muterkeun hiji. peran penting dina kinerja kinerja siklus.

Gambarna

Gambar kénca nembongkeun EIS of NCM711 / Li-IN satengah sél saméméh siklus, sarta inohong katuhu nembongkeun EIS satengah sél tanpa siklus 0.1c salila 50 minggu. EIS satengah sél ngagunakeun (deprotected) TBA-B-BR jeung BR binder masing-masing. Bisa dicindekkeun tina diagram EIS kieu:

1. Perkara teu sabaraha siklus, lapisan éléktrolit RSE unggal batré sabudeureun 10 ω cm2, nu ngagambarkeun résistansi volume alamiah éléktrolit LPSCl 2. The impedansi mindahkeun muatan (RCT) ngaronjat salila siklus, tapi kanaékan RCT ngagunakeun BR binder nyata leuwih luhur ti éta ngagunakeun tBA-B-BR binder. Ieu bisa ditempo yén beungkeutan antara zat aktif maké BR binder teu pisan kuat, sarta aya loosening dina siklus.

Gambarna

SEM ieu dipaké pikeun niténan cross-bagian keureut kutub di nagara béda, sarta hasilna ditémbongkeun dina gambar di luhur: a. Tba-b-br saméméh sirkulasi (deprotection); B. saméméh sirkulasi BR; C. TBA-B-BR sanggeus 25 minggu (deprotection); D. sanggeus 25 minggu BR;

Daur saméméh sakabéh éléktroda bisa dititénan raket kontak antara partikel aktip, ngan bisa ningali liang leutik, tapi sanggeus 25 minggu siklus, bisa ningali parobahan atra, dipaké dina c (take off) associates – b – aktivitas positif tina BR paling partikel. atawa euweuh retakan, sarta ngagunakeun aktivitas éléktroda partikel BR binder aya loba retakan di tengahna, Ditémbongkeun saperti dina aréa konéng D, sajaba, éléktrolit sarta partikel NCM anu leuwih serius dipisahkeun, nu alesan penting pikeun batré. atenuasi kinerja.

Gambarna

Tungtungna, kinerja sakabeh batré diverifikasi. Éléktroda positif NCM711 / grafit éléktroda négatip tiasa ngahontal 153mAh / g dina siklus kahiji sareng ngajaga 85.5% saatos 45 siklus.

opat

Ringkesan ringkes

Dina kacindekan, dina batré litium sadaya-nagara padet, kontak padet antara zat aktip, sipat mékanis anu luhur sareng stabilitas antarmuka anu paling penting pikeun kéngingkeun kinerja éléktrokimia anu luhur.