సల్ఫర్-ఆధారిత ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు ప్రస్తుత లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీలను వాటి అత్యుత్తమ భద్రతా పనితీరు కారణంగా భర్తీ చేయాలని భావిస్తున్నారు. అయినప్పటికీ, ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ స్లర్రీ తయారీ ప్రక్రియలో, ద్రావకం, బైండర్ మరియు సల్ఫైడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌ల మధ్య అననుకూల ధ్రువణాలు ఉన్నాయి, కాబట్టి ప్రస్తుతం పెద్ద ఎత్తున ఉత్పత్తిని సాధించడానికి మార్గం లేదు. ప్రస్తుతం, ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీపై పరిశోధన ప్రధానంగా ప్రయోగశాల స్థాయిలో నిర్వహించబడుతుంది మరియు బ్యాటరీ పరిమాణం చాలా తక్కువగా ఉంది. ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ యొక్క పెద్ద-స్థాయి ఉత్పత్తి ఇప్పటికీ ఇప్పటికే ఉన్న ఉత్పత్తి ప్రక్రియలో ఉంది, అంటే, క్రియాశీల పదార్ధం స్లర్రీగా తయారు చేయబడుతుంది మరియు తరువాత పూత మరియు ఎండబెట్టబడుతుంది, ఇది తక్కువ ఖర్చు మరియు అధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

ఒక

ఇబ్బందులు ఎదుర్కొన్నారు

అందువల్ల, ద్రవ ద్రావణానికి మద్దతు ఇవ్వడానికి తగిన పాలిమర్ బైండర్ మరియు ద్రావకాన్ని కనుగొనడం కష్టం. చాలా సల్ఫర్ ఆధారిత ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లను మనం ప్రస్తుతం ఉపయోగిస్తున్న NMP వంటి ధ్రువ ద్రావకాలలో కరిగించవచ్చు. కాబట్టి ద్రావకం యొక్క ఎంపిక ద్రావకం యొక్క ధ్రువ రహిత లేదా సాపేక్షంగా బలహీనమైన ధ్రువణతతో మాత్రమే పక్షపాతంతో ఉంటుంది, అంటే బైండర్ ఎంపిక కూడా తదనుగుణంగా ఇరుకైనది – పాలిమర్ యొక్క చాలా ధ్రువ క్రియాత్మక సమూహాలు ఉపయోగించబడవు!

ఇది చెత్త సమస్య కాదు. ధ్రువణత పరంగా, ద్రావకాలు మరియు సల్ఫైడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో సాపేక్షంగా అనుకూలంగా ఉండే బైండర్‌లు కంకరలు మరియు క్రియాశీల పదార్థాలు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌ల మధ్య బంధాన్ని తగ్గించడానికి దారి తీస్తాయి, ఇది నిస్సందేహంగా తీవ్ర ఎలక్ట్రోడ్ ఇంపెడెన్స్ మరియు వేగవంతమైన కెపాసిటీ క్షీణతకు దారి తీస్తుంది, ఇది బ్యాటరీ పనితీరుకు చాలా హానికరం.

పై అవసరాలను తీర్చడానికి, మూడు ప్రధాన పదార్ధాలను (బైండర్, ద్రావకం, ఎలక్ట్రోలైట్) ఎంచుకోవచ్చు, పారా-(పి) జిలీన్, టోలున్, ఎన్-హెక్సేన్, అనిసోల్ మొదలైన ధ్రువ రహిత లేదా బలహీన ధ్రువ ద్రావకాలు మాత్రమే. ., బలహీనమైన పోలార్ పాలిమర్ బైండర్‌ని ఉపయోగించడం, బ్యుటాడిన్ రబ్బర్ (BR), స్టైరీన్ బ్యూటాడిన్ రబ్బర్ (SBR), SEBS, పాలీ వినైల్ క్లోరైడ్ (PVC), నైట్రిల్ రబ్బర్ (NBR), సిలికాన్ రబ్బర్ మరియు ఇథైల్ సెల్యులోజ్ వంటివి, అవసరమైన పనితీరును అందిస్తాయి. .

రెండు

సిటు పోలార్ – నాన్-పోలార్ కన్వర్షన్ స్కీమ్

ఈ కాగితంలో, కొత్త రకం బైండర్ పరిచయం చేయబడింది, ఇది ప్రొటెక్షన్-డి-ప్రొటెక్షన్ కెమిస్ట్రీ ద్వారా మ్యాచింగ్ సమయంలో ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ధ్రువణతను మార్చగలదు. ఈ బైండర్ యొక్క ధ్రువ క్రియాత్మక సమూహాలు నాన్-పోలార్ టెర్ట్-బ్యూటిల్ ఫంక్షనల్ గ్రూపులచే రక్షించబడతాయి, ఎలక్ట్రోడ్ పేస్ట్ తయారీ సమయంలో బైండర్ సల్ఫైడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ (ఈ సందర్భంలో LPSCl)తో సరిపోలుతుందని నిర్ధారిస్తుంది. అప్పుడు హీట్ ట్రీట్‌మెంట్ ద్వారా, అవి ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఎండబెట్టడం ప్రక్రియ, పాలిమర్ బైండర్ యొక్క టెర్ట్-బ్యూటిల్ ఫంక్షనల్ గ్రూప్ థర్మల్ స్ప్లిట్ కావచ్చు, రక్షణ ప్రయోజనం సాధించడానికి, చివరకు పోలార్ బైండర్‌ను పొందవచ్చు. మూర్తి A చూడండి.

బొమ్మ

ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క యాంత్రిక మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ లక్షణాలను పోల్చడం ద్వారా సల్ఫైడ్ ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ కోసం BR (బ్యూటాడిన్ రబ్బరు) పాలిమర్ బైండర్‌గా ఎంపిక చేయబడింది. ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల యొక్క మెకానికల్ మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ లక్షణాలను మెరుగుపరచడంతో పాటు, ఈ పరిశోధన పాలిమర్ బైండర్ డిజైన్‌కు కొత్త విధానాన్ని తెరుస్తుంది, ఇది ఎలక్ట్రోడ్‌లను తగిన మరియు కావలసిన స్థితిలో ఉంచడానికి రక్షణ-డి-ప్రొటెక్షన్-కెమికల్ విధానం. ఎలక్ట్రోడ్ తయారీ యొక్క వివిధ దశలు.

అప్పుడు, పాలిటెర్ట్-బ్యూటిలాక్రిలేట్ (TBA) మరియు దాని బ్లాక్ కోపాలిమర్, పాలిటెర్ట్-బ్యూటిలాక్రిలేట్ – బి-పాలీ 1, 4-బ్యూటాడిన్ (TBA-B-BR), దీని కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ ఫంక్షనల్ గ్రూపులు థర్మోలైజ్డ్ T-బ్యూటిల్ గ్రూప్ ద్వారా రక్షించబడతాయి, ప్రయోగం. వాస్తవానికి, TBA అనేది PAA యొక్క పూర్వగామి, ఇది సాధారణంగా ప్రస్తుత లిథియం అయాన్ బ్యాటరీలలో ఉపయోగించబడుతుంది, అయితే దాని ధ్రువణత అసమతుల్యత కారణంగా సల్ఫైడ్-ఆధారిత ఆల్-సాలిడ్ లిథియం బ్యాటరీలలో ఉపయోగించబడదు. PAA యొక్క బలమైన ధ్రువణత సల్ఫైడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో హింసాత్మకంగా ప్రతిస్పందిస్తుంది, కానీ T-బ్యూటిల్ యొక్క రక్షిత కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ ఫంక్షనల్ గ్రూప్‌తో, PAA యొక్క ధ్రువణత తగ్గించబడుతుంది, ఇది ధ్రువ రహిత లేదా బలహీన ధ్రువ ద్రావకాలలో కరిగిపోయేలా చేస్తుంది. హీట్ ట్రీట్‌మెంట్ తర్వాత, t-బ్యూటైల్ ఈస్టర్ సమూహం ఐసోబుటీన్‌ను విడుదల చేయడానికి కుళ్ళిపోతుంది, ఫలితంగా కార్బాక్సిలిక్ యాసిడ్ ఏర్పడుతుంది, ఇది మూర్తి Bలో చూపబడింది. రెండు పాలిమర్ డిప్రొటెక్టెడ్ యొక్క ఉత్పత్తులు (డిప్రొటెక్టెడ్) TBA మరియు (డిప్రొటెక్టెడ్) TBA- ద్వారా సూచించబడతాయి. B-BR.

బొమ్మ

చివరగా, paA-వంటి బైండర్ NCMతో బాగా బంధించగలదు, అయితే మొత్తం ప్రక్రియ సిటులో జరుగుతుంది. ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం బ్యాటరీలో ఇన్ సిటు పోలారిటీ కన్వర్షన్ స్కీమ్‌ని ఉపయోగించడం ఇదే మొదటిసారి అని అర్థం చేసుకోవచ్చు.

హీట్ ట్రీట్‌మెంట్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత విషయానికొస్తే, 120℃ వద్ద స్పష్టమైన ద్రవ్యరాశి నష్టం కనిపించలేదు, అయితే సంబంధిత బ్యూటైల్ సమూహం 15గం తర్వాత 160℃ వద్ద కోల్పోయింది. బ్యూటైల్‌ను తొలగించగల నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత ఉందని ఇది సూచిస్తుంది (వాస్తవ ఉత్పత్తిలో, ఈ ఉష్ణోగ్రత సమయం చాలా పొడవుగా ఉంది, ఉత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి మరింత సరైన ఉష్ణోగ్రత లేదా పరిస్థితి ఉందా అనేది మరింత పరిశోధన మరియు చర్చ అవసరం). డిప్రొటెక్షన్‌కు ముందు మరియు తర్వాత పదార్థాల Ft-ir ఫలితాలు కూడా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ డిప్రొటెక్షన్ ప్రక్రియలో జోక్యం చేసుకోలేదని చూపించాయి. అంటుకునే ఫిల్మ్ డిప్రొటెక్షన్‌కు ముందు మరియు తరువాత అంటుకునే పదార్థంతో తయారు చేయబడింది మరియు ఫలితంగా డిప్రొటెక్షన్ తర్వాత అంటుకునే ద్రవం కలెక్టర్‌తో బలమైన సంశ్లేషణ ఉందని తేలింది. డిప్రొటెక్షన్‌కు ముందు మరియు తర్వాత బైండర్ మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క అనుకూలతను పరీక్షించడానికి, XRD మరియు రామన్ విశ్లేషణలు జరిగాయి మరియు LPSCl ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ పరీక్షించిన బైండర్‌తో మంచి అనుకూలతను కలిగి ఉందని ఫలితాలు చూపించాయి.

తర్వాత, ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీని తయారు చేసి, అది ఎలా పని చేస్తుందో చూడండి. NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ బైండర్ 2% ఉపయోగించి, పోల్ షీట్ యొక్క స్ట్రిప్పింగ్ స్ట్రెంగ్త్ బైండర్ tBA-B-BRని ఉపయోగించినప్పుడు స్ట్రిప్పింగ్ బలం అతిపెద్దదని చూపిస్తుంది (మూర్తి 1లో చూపిన విధంగా). ఇంతలో, స్ట్రిప్పింగ్ సమయం కూడా స్ట్రిప్పింగ్ బలంపై ప్రభావం చూపుతుంది. డిప్రొటెక్టెడ్ TBA ఎలక్ట్రోడ్ షీట్ పెళుసుగా మరియు సులభంగా ఫ్రాక్చర్ అవుతుంది, కాబట్టి బ్యాటరీ పనితీరును పరీక్షించడానికి మంచి ఫ్లెక్సిబిలిటీ మరియు అధిక పీల్ స్ట్రెంగ్త్‌తో TBA-B-BR ప్రధాన బైండర్‌గా ఎంపిక చేయబడింది.

మూర్తి 1. వివిధ బైండర్లతో పీల్ బలం

బైండర్ స్వయంగా అయానిక్ ఇన్సులేటింగ్. అయానిక్ వాహకతపై బైండర్ జోడింపు ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి, రెండు సమూహాల ప్రయోగాలు నిర్వహించబడ్డాయి, ఒక సమూహం 97.5% ఎలక్ట్రోలైట్ +2.5% బైండర్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు మరొక సమూహం బైండర్‌ను కలిగి ఉండదు. బైండర్ లేకుండా అయానిక్ వాహకత 4.8×10-3 SCM-1 అని మరియు బైండర్‌తో వాహకత కూడా 10-3 ఆర్డర్ ఆఫ్ మాగ్నిట్యూడ్ అని కనుగొనబడింది. TBA-B-BR యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ స్థిరత్వం CV పరీక్ష ద్వారా నిరూపించబడింది.

మూడు

సగం బ్యాటరీ మరియు పూర్తి బ్యాటరీ పనితీరు

అనేక తులనాత్మక పరీక్షలు డిప్రొటెక్టెడ్ బైండర్ మెరుగైన సంశ్లేషణను కలిగి ఉన్నాయని మరియు లిథియం అయాన్ల వలసపై ప్రభావం చూపదని చూపిస్తుంది. ఎలెక్ట్రోకెమికల్ లక్షణాలను పరీక్షించడానికి వివిధ బైండర్ తయారు చేసిన హాఫ్ సెల్‌ను ఉపయోగించి, వివిధ ప్రయోగాత్మక సగం సెల్‌ను వరుసగా పాజిటివ్ బైండర్‌తో కలిపి, ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క బైండర్ లేదు మరియు Li – సింగిల్ ఫ్యాక్టర్ ప్రయోగాల ఎలక్ట్రోడ్‌లో, ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లో బైండర్‌తో కలపకుండా, యానోడ్ బైండర్‌పై విభిన్న ప్రభావం ఉందని నిరూపించడానికి. దీని ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు ఫలితాలు క్రింది చిత్రంలో చూపబడ్డాయి:

బొమ్మ

పై చిత్రంలో: a. సానుకూల ఉపరితలం యొక్క సాంద్రత 8mg/cm2 అయినప్పుడు వివిధ బైండర్‌ల యొక్క సగం-కణ చక్రం పనితీరు మరియు B అనేది ధనాత్మక ఉపరితలం యొక్క సాంద్రత 16mg/cm2 అయినప్పుడు వివిధ బైండర్‌ల యొక్క సగం-కణ చక్ర పనితీరు. ఇతర బైండర్‌ల కంటే TBA-B-BR గణనీయంగా మెరుగైన బ్యాటరీ సైకిల్ పనితీరును కలిగి ఉందని పై ఫలితాల నుండి చూడవచ్చు మరియు సైకిల్ రేఖాచిత్రాన్ని పీల్ స్ట్రెంగ్త్ రేఖాచిత్రంతో పోల్చారు, ఇది ధ్రువాల యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలు ఒక పాత్ర పోషిస్తుందని చూపిస్తుంది. చక్రం పనితీరు యొక్క పనితీరులో ముఖ్యమైన పాత్ర.

బొమ్మ

ఎడమవైపు బొమ్మ చక్రానికి ముందు NCM711/ Li-IN సగం సెల్ యొక్క EISని చూపుతుంది మరియు కుడి బొమ్మ 0.1 వారాల పాటు 50c చక్రం లేకుండా సగం సెల్ యొక్క EISని చూపుతుంది. (డిప్రొటెక్టెడ్) TBA-B-BR మరియు BR బైండర్‌లను ఉపయోగించి సగం సెల్ యొక్క EIS. దీనిని EIS రేఖాచిత్రం నుండి ఈ క్రింది విధంగా ముగించవచ్చు:

1. ఎన్ని చక్రాలు ఉన్నా, ప్రతి బ్యాటరీ యొక్క ఎలక్ట్రోలైట్ లేయర్ RSE దాదాపు 10 ω cm2 ఉంటుంది, ఇది ఎలక్ట్రోలైట్ LPSCl యొక్క స్వాభావిక వాల్యూమ్ రెసిస్టెన్స్‌ని సూచిస్తుంది 2. చక్రం సమయంలో ఛార్జ్ ట్రాన్స్‌ఫర్ ఇంపెడెన్స్ (RCT) పెరిగింది, అయితే RCT పెరుగుదల tBA-B-BR బైండర్‌ని ఉపయోగించడం కంటే BR బైండర్ గణనీయంగా ఎక్కువగా ఉంది. BR బైండర్‌ను ఉపయోగించే క్రియాశీల పదార్ధాల మధ్య బంధం చాలా బలంగా లేదని మరియు చక్రంలో వదులుగా ఉందని చూడవచ్చు.

బొమ్మ

వివిధ రాష్ట్రాల్లోని పోల్ స్లైస్‌ల క్రాస్-సెక్షన్‌ని పరిశీలించడానికి SEM ఉపయోగించబడింది మరియు ఫలితాలు పై చిత్రంలో చూపబడ్డాయి: a. Tba-b-br ప్రసరణకు ముందు (డిప్రొటెక్షన్); B. ప్రసరణ BR ముందు; C. TBA-B-BR 25 వారాల తర్వాత (డిప్రొటెక్షన్); D. 25 వారాల తర్వాత BR;

అన్ని ఎలక్ట్రోడ్‌ల ముందు సైకిల్ క్రియాశీలక కణాల మధ్య సన్నిహిత సంబంధాన్ని గమనించవచ్చు, చిన్న రంధ్రాలను మాత్రమే చూడగలదు, కానీ 25 వారాల చక్రం తర్వాత, స్పష్టమైన మార్పును చూడవచ్చు, c (టేకాఫ్) అసోసియేట్‌లలో ఉపయోగించబడుతుంది – b – BR చాలా కణాల యొక్క సానుకూల చర్య. లేదా పగుళ్లు లేవు, మరియు BR బైండర్ కణాల ఎలక్ట్రోడ్ కార్యాచరణను ఉపయోగించి మధ్యలో చాలా పగుళ్లు ఉన్నాయి, D యొక్క పసుపు ప్రాంతంలో చూపిన విధంగా, అదనంగా, ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు NCM కణాలు మరింత తీవ్రంగా వేరు చేయబడతాయి, ఇవి బ్యాటరీకి ముఖ్యమైన కారణాలు పనితీరు క్షీణత.

బొమ్మ

చివరగా, మొత్తం బ్యాటరీ పనితీరు ధృవీకరించబడింది. సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ NCM711/ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ గ్రాఫైట్ మొదటి చక్రంలో 153mAh/gకి చేరుకుంటుంది మరియు 85.5 చక్రాల తర్వాత 45%ని నిర్వహించగలదు.

నాలుగు

సంక్షిప్త సారాంశం

ముగింపులో, ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం బ్యాటరీలలో, అధిక ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరును పొందడానికి క్రియాశీల పదార్ధాల మధ్య ఘన పరిచయం, అధిక యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు ఇంటర్‌ఫేస్ స్థిరత్వం చాలా ముఖ్యమైనవి.