Интизор меравад, ки батареяҳои пурраи ҳолати сахти сулфур асосёфта батареяҳои ҷории литий-иониро бо сабаби иҷрои аълои бехатарии худ иваз кунанд. Бо вуҷуди ин, дар раванди тайёр кардани шламҳои батареяи ҳамаҷониба дар байни ҳалкунанда, пайвасткунанда ва сульфид қутбҳои номувофиқ мавҷуданд, бинобар ин, дар айни замон роҳи ба даст овардани истеҳсоли миқёси калон вуҷуд надорад. Дар айни замой тадкикот дар бораи аккумулятори пуриктидор асосан дар микьёси лабораторй гузаронда мешавад ва хачми аккумулятор нисбатан хурд аст. Истеҳсоли васеъмиқёси батареяи ҳамаҷонибаи сахт ҳоло ҳам ба раванди истеҳсоли мавҷуда равона карда шудааст, яъне моддаи фаъол ба шлам тайёр карда, сипас пӯшонида ва хушк карда мешавад, ки метавонад арзиши камтар ва самаранокии баланд дошта бошад.

як

Мушкилотҳое, ки дучор шуданд

Аз ин рӯ, пайдо кардани пайвандкунандаи мувофиқ ва ҳалкунандаи полимерӣ барои дастгирии маҳлули моеъ душвор аст. Аксарияти электролитҳои сахти сулфурро дар ҳалкунандаҳои қутбӣ, ба монанди NMP, ки мо ҳоло истифода мебарем, гудохтан мумкин аст. Ҳамин тариқ, интихоби ҳалкунанда метавонад танҳо ба қутбияти ғайриқутбӣ ё нисбатан сусти ҳалкунанда вобаста бошад, яъне интихоби пайвандкунанда низ мутаносибан танг аст – аксари гурӯҳҳои қутбии функсионалии полимерро истифода бурдан мумкин нест!

Ин бадтарин мушкилот нест. Дар робита ба қутбӣ, пайвасткунакҳое, ки бо ҳалкунандаҳо ва электролитҳои сулфидӣ нисбатан мувофиқанд, боиси коҳиши алоқаи байни агрегатҳо ва моддаҳои фаъол ва электролитҳо мешаванд, ки бешубҳа ба муқовимати шадиди электродҳо ва таназзули иқтидори зуд оварда мерасонад, ки ба кори батарея хеле зараровар аст.

Барои қонеъ кардани талаботи дар боло зикршуда, се моддаи асосиро (байнкунанда, ҳалкунанда, электролит) интихоб кардан мумкин аст, танҳо ҳалкунандаҳои қутбӣ ё суст, ба монанди пара-(P) ксилол, толуол, n-гексан, анизол ва ғайра. ., бо истифода аз пайвасткунандаи полимери қутбӣ, ба монанди резини бутадиен (BR), резинаи бутадиен (SBR), SEBS, хлориди поливинилӣ (PVC), резини нитрилӣ (NBR), резини силикон ва селлюлозаи этилӣ, бо мақсади қонеъ кардани иҷрои зарурӣ .

ду

In situ қутбӣ – схемаи табдили ғайриқутбӣ

Дар ин мақола як навъи нави пайвандкунанда ҷорӣ карда шудааст, ки метавонад бо ёрии химияи муҳофизатӣ-муҳофизаткунӣ қутбияти электродро ҳангоми коркард тағйир диҳад. Гурӯҳҳои функсионалии қутбии ин пайвандкунанда аз ҷониби гурӯҳҳои функсионалии терт-бутилӣ муҳофизат карда мешаванд, ки ҳангоми тайёр кардани хамираи электрод пайвасткунакро бо электролитҳои сулфид (дар ин ҳолат LPSCl) мувофиқат кардан мумкин аст. Сипас тавассути коркарди гармӣ, яъне раванди хушкшавии электрод, гурӯҳи функсионалии терт-бутилӣ аз пайвандгари полимерӣ метавонад тақсимоти гармӣ шавад, то ба ҳадафи муҳофизат ноил шавад ва дар ниҳоят пайвандгари қутбӣ ба даст орад. Ба расми А нигаред.

Дар расм

BR (каучук бутадиен) ҳамчун пайвасткунандаи полимерӣ барои батареяи сулфиди ҳама ҳолати сахт бо роҳи муқоисаи хосиятҳои механикӣ ва электрохимиявии электрод интихоб карда шуд. Илова ба баланд бардоштани хосиятҳои механикӣ ва электрохимиявии батареяҳои ҳама ҳолати сахт, ин тадқиқот як равиши навро ба тарҳрезии пайвандгари полимерӣ мекушояд, ки як равиши муҳофизатӣ-ҳифзӣ-химиявӣ барои нигоҳ доштани электродҳо дар ҳолати мувофиқ ва дилхоҳ дар ҳолати зарурӣ мебошад. марҳилаҳои гуногуни истеҳсоли электродҳо.

Сипас, политерт-бутилакрилат (TBA) ва блок-сополимери он, политерт-бутилакрилат – b-поли 1, 4-бутадиен (TBA-B-BR), ки гурӯҳҳои функсионалии кислотаи карбоксилӣ бо гурӯҳи термолизшудаи Т-бутил ҳифз шудаанд, интихоб карда шуданд. тачриба. Дарвоқеъ, TBA пешгузаштаи PAA мебошад, ки одатан дар батареяҳои литий-ионии ҷорӣ истифода мешавад, аммо аз сабаби номувофиқатии қутбӣ дар батареяҳои литийи сахти сулфид истифода намешавад. Қутбияти қавии PAA метавонад бо электролитҳои сулфид ба таври шадид реаксия кунад, аммо бо гурӯҳи функсионалии муҳофизатии кислотаи карбоксилии Т-бутил, қутбияти PAA метавонад кам карда шавад, ки он имкон медиҳад дар ҳалкунандаҳои ғайриқутбӣ ё суст қутбӣ ҳал шавад. Пас аз коркарди гармӣ, гурӯҳи t-butyl ester барои ҷудо кардани изобутин таҷзия мешавад, ки дар натиҷа кислотаи карбоксилӣ ба вуҷуд меояд, тавре ки дар расми B нишон дода шудааст. Маҳсулоти ду полимери муҳофизатшуда аз ҷониби TBA ва (беҳифзшуда) TBA- муаррифӣ карда мешаванд. B-BR.

Дар расм

Ниҳоят, пайвандгари ба монанди paA метавонад бо NCM хуб пайваст шавад, дар ҳоле ки тамоми раванд дар ҷои худ сурат мегирад. Маълум аст, ки ин бори аввал аст, ки схемаи табдили қутбӣ дар ҷои ҷойгиршуда дар батареяи литийи дорои ҳолати сахт истифода мешавад.

Дар мавриди ҳарорати коркарди гармӣ, дар 120 ℃ талафоти ошкори масса мушоҳида нашудааст, дар ҳоле ки массаи мувофиқи гурӯҳи бутил пас аз 15 соат дар 160 ℃ гум шудааст. Ин нишон медиҳад, ки ҳарорати муайяне вуҷуд дорад, ки дар он бутил хориҷ карда мешавад (дар истеҳсоли воқеӣ ин вақти ҳарорат хеле тӯлонӣ аст, оё ҳарорати мувофиқтар ё шароити беҳтар барои баланд бардоштани самаранокии истеҳсолот ба таҳқиқот ва муҳокимаи минбаъда ниёз дорад). Натиҷаҳои Ft-ir маводи пеш аз ва баъд аз муҳофизат низ нишон доданд, ки электролитҳои сахт ба раванди аз муҳофизат халал намерасонанд. Плёнкаи илтиёмӣ пеш аз ва баъд аз муҳофизат кардан бо часпак сохта шуда буд ва натиҷа нишон дод, ки илтиёмчӣ пас аз муҳофизат кардан бо коллектори моеъ часпидаи қавитар дорад. Барои санҷидани мутобиқати пайвасткунанда ва электролит пеш аз ва баъд аз муҳофизат, таҳлили XRD ва Раман гузаронида шуд ва натиҷаҳо нишон доданд, ки электролитҳои сахти LPSCl бо пайвандгари санҷидашуда мувофиқати хуб доранд.

Баъдан, як батареяи пурраи ҳолати сахтро созед ва бубинед, ки он чӣ гуна кор мекунад. Бо истифода аз NCM711 74.5%/ LPSCL21.5% /SP2%/ пайвандгари 2%, қувваи кандакории варақи сутун нишон медиҳад, ки қувваи кандашавӣ ҳангоми истифодабарии пайвандкунандаи tBA-B-BR бузургтарин аст (тавре ки дар расми 1 нишон дода шудааст). Дар ҳамин ҳол, вақти кандакорӣ ба қувваи кандашавӣ низ таъсир мерасонад. Лавҳаи электроди муҳофизатшудаи TBA ноустувор аст ва шикастанаш осон аст, аз ин рӯ TBA-B-BR бо чандирии хуб ва қувваи баланди пӯст ҳамчун пайвандкунандаи асосӣ барои санҷиши кори батарея интихоб карда мешавад.

Расми 1. Қувваи пӯст бо пайвандакҳои гуногун

Худи пайвандкунанда изолятсияи ионӣ мебошад. Бо максади омухтани таъсири илова кардани пайвасткунанда ба гузаронии ионхо ду гурух тачриба гузаронда шуд, ки дар як гурух 97.5% электролит +2.5% пайвасткунанда ва гурухи дигар дорои пайвандкунанда нест. Муайян карда шуд, ки ноќилияти ионї бидуни пайвандкунанда 4.8×10-3 SCM-1 ва гузаронї бо пайвасткунанда низ 10-3 тартиби бузург буд. Устувории электрохимиявии TBA-B-BR тавассути санҷиши CV исбот карда шуд.

се

Нисфи батарея ва иҷрои пурраи батарея

Бисёре аз озмоишҳои муқоисавӣ нишон медиҳанд, ки бастабандии муҳофизатшуда беҳтар часпида дорад ва ба муҳоҷирати ионҳои литий таъсир намерасонад. Барои санҷидани хосиятҳои электрохимиявӣ бо истифода аз нимҳуҷайраҳои гуногуни таҷрибавӣ барои санҷидани хосиятҳои электрохимиявӣ, нимҳуҷайраҳои гуногуни таҷрибавӣ бо истифода аз пайвасткунандаи мусбат, пайвасткунандаи электролитҳои сахт ва Li – Дар электроди таҷрибаҳои як омил, бо пайвандкунанда омехта нашудаанд Дар электролитҳои сахт, исбот кунад, ки таъсири гуногун ба пайвасткунандаи анод. Натиҷаҳои фаъолияти электрохимиявии он дар расми зерин нишон дода шудаанд:

Дар расм

Дар расми боло: а. иҷрои нимҳуҷайраи пайвандакҳои гуногун ҳангоми зичии сатҳи мусбат 8мг/см2 ва В кори нимҳуҷайраи пайвандакҳои гуногун ҳангоми 16мг/см2 будани зичии сатҳи мусбат мебошад. Аз натиҷаҳои дар боло овардашуда дида мешавад, ки TBA-B-BR нисбат ба дигар пайвасткунакҳо кори сикли батареяро ба таври назаррас беҳтар кардааст ва диаграммаи сикл бо диаграммаи устувории пӯст муқоиса карда мешавад, ки нишон медиҳад, ки хосиятҳои механикии қутбҳо ба қувваи барқ ​​​​бозӣ мекунанд. дар ичрои нишондихандахои цикл роли калон мебозад.

Дар расм

Дар расми чап EIS ним ҳуҷайраи NCM711/ Li-IN пеш аз давра нишон дода шудааст ва дар расми рост EIS ним ҳуҷайра бе давраи 0.1c барои 50 ҳафта нишон дода шудааст. EIS-и нимҳуҷайра бо истифода аз (беҳифзшуда) мутаносибан пайвандгари TBA-B-BR ва BR. Онро аз диаграммаи EIS чунин хулоса кардан мумкин аст:

1. Новобаста аз чанд давра, қабати электролитии RSE ҳар як батарея тақрибан 10 ω см2 аст, ки муқовимати ҳаҷми хоси электролитҳои LPSCl -ро ифода мекунад 2. Импеданси интиқоли заряд (RCT) дар давоми давра зиёд шуд, аммо ЗИЁДИ RCT бо истифода аз Пайванди BR нисбат ба он бо истифода аз tBA-B-BR ба таври назаррас баландтар буд. Мумкин аст, ки пайванди байни моддаҳои фаъол бо истифода аз binder BR чандон қавӣ набуд ва дар давра сустшавӣ ба амал омад.

Дар расм

SEM барои мушоҳидаи буриши буридаҳои қутбҳо дар ҳолатҳои гуногун истифода мешуд ва натиҷаҳо дар расми боло нишон дода шудаанд: a. Tba-b-br пеш аз муомилот (беэътибор); Б. пеш аз муомилот БР; C. TBA-B-BR пас аз 25 ҳафта (беэътибор); D. пас аз 25 ҳафта БР;

Давраи пеш аз ҳама электродҳо метавон алоқаи зич байни заррачаҳои фаъолро мушоҳида кард, танҳо сӯрохиҳои хурдро дидан мумкин аст, аммо пас аз 25 ҳафтаи давра метавонад тағироти намоёнро бубинад, ки дар c (баровардани) ассотсиатсияҳо истифода мешавад – b – фаъолияти мусбати BR аксари зарраҳо ё набудани тарқишҳо ва бо истифода аз фаъолияти электроди зарраҳои BR пайвандкунанда дар мобайн тарқишҳои зиёде мавҷуданд, Тавре ки дар майдони зарди D нишон дода шудааст, илова бар ин, зарраҳои электролит ва NCM ҷиддитар ҷудо мешаванд, ки сабабҳои муҳими батарея мебошанд пастшавии самаранокӣ.

Дар расм

Ниҳоят, кори тамоми батарея санҷида мешавад. Электроди мусбати NCM711/ графити электроди манфӣ дар давраи аввал метавонад ба 153 мАч/г бирасад ва пас аз 85.5 давра 45% нигоҳ дорад.

чор

Хулосаи мухтасар

Хулоса, дар батареяҳои литийии ҳама ҳолати сахт, алоқаи сахти байни моддаҳои фаъол, хосиятҳои баланди механикӣ ва устувории интерфейс барои ба даст овардани нишондиҳандаҳои баланди электрохимиявӣ муҳимтарин мебошанд.