NMP kontsentratsiooni mõju LFP aku jõudlusele – Tööstusuudised

Liitiumraudfosfaat (LiFePO4)katoodelektroodi materjalkasutatakse tavaliselt õlipõhist lägaN-metüülpürrolidoon (NMP), dimetüülsulfoksiid ja dimetüülformamiid lahustitena, millel on probleeme, nagu raske lahusti taaskasutamine, suur kasutus ja keskkonnareostus. LiFePO4 positiivse elektroodi materjali veepõhises lobris kasutatakse lahustina deioniseeritud vett, mis on keskkonnasõbralik ja odav, kuid veepõhise sideaine positiivse elektroodi lehel on probleeme, nagu halb painduvus, aktiivmaterjalide nõrk adhesioon ja halb elektrokeemiline jõudlus. Selles artiklis valmistati ette erinevate NMP lisamise kogustega positiivsete elektroodide lehed, et uurida NMP mõju positiivsete elektroodide lehtedele, mis on valmistatudveepõhine sideaine LA132.

Katsetage

Vesipõhine sideaine LA132, ülijuhtiv tahm, deioniseeritud vesi ja LiFePO4 valmistati lobriks massisuhtega 2,5:2,5:50:40. Lisati neli portsjonit suspensiooni 0, 1%, 2% ja 3% NMP-ga, nummerdatud A, B, C ja D. Positiivse elektroodi kalandrimine. Positiivse elektroodi kuivatamine 100 kraadi juures vaakumis 24 tundi vee ja NMP eemaldamiseks ning valmistati positiivne elektrood aktiivse materjali sisaldusega 95%. Lõika see 20 mm läbimõõduga ketasteks. Monteerige CR2016 mündielement koos liitiummetallist leht-negatiivse elektroodiga, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (mahusuhe 1:1:1) elektrolüüt, mikropoorse polüpropüleenseparaator, kuivas argoongaasiga täidetud kindalaekas.

Esmalt painutage A-, B-, C- ja D-elektroodilehti 180 kraadi ja seejärel katsetage elektroodilehtede nakkuvust tõmbekatse masinaga. Seejärel tehke elektroodilehtedele sitkuse testeriga (võlli varraste läbimõõdud on vastavalt 1, 2, 3, 4, 6, 8 ja 10 mm) ja jälgige, kas pinnal on pragusid. elektroodilehtedest pärast mähimist. Aku laadimise ja tühjenemise testi voolutihedus on 0,1 C ja katsepinge on 2,5–3,5 V.

Tulemused ja arutelu

Joonisel 1 on kujutatud LiFePO4 elektroodi adhesiooni testdiagramm 180-kraadise painde korral. Jooniselt 1 on näha, et elektroodi adhesioon paraneb oluliselt tänu NMP lisamisele ning elektroodi adhesiooni paranemine on võrdeline lisatud NMP kogusega. Adhesioon on teatud tüüpi van der Waalsi jõud, mis sõltub molekulide vahelisest interaktsioonist.

Figure 1 Relationship between adhesion and NMP addition

LiFePO4 elektroodilehtede tootmisprotsessi käigus puutuvad elektroodilehed vältimatult kokku õhus oleva hapnikuga. Kuumutamisprotsessi ajal reageerivad kuumutatud elektroodilehed hapnikuga, moodustades happelisi rühmi. Happelistel rühmadel puuduvad elektronid ja nad moodustavad vesipõhises sideaines (-CN) nõrgad molekulidevahelised vesiniksidemed. See muudab läga tiksotroopiat, vähendab voolavust ja põhjustab läga ebaühtlast kattekihti. Pärast NMP lisamist neutraliseerib see elektroodilehtedel olevad happelised rühmad. See võib vähendada elektronide kadu elektroodide lehtede pinnal, vältida suspensiooni tiksotroopsust ja suurendada sideaine ja voolukollektori vahelist haardumist. Positiivse elektroodi suspensioon on ühtlaselt hajutatud ja voolavus paraneb, parandades seeläbi lobri ja elektroodilehtede kasutusmäära. Seetõttu võib elektronirikka lahusti NMP lisamine parandada aku jõudlust.

Tabelis 1 on toodud nelja tüüpi elektroodilehtede painduvustesti tulemused. Vaadeldes joonist 1, võib leida, et pinnapraod tekkisid, kui 6 mm läbimõõduga mähisnõel testis positiivset elektroodi A ja kui testiti 1 mm läbimõõduga mähisnõela, ei olnud elektroodidel B~D pinnapragusid. Näha on, et kõige kehvem painduvus on puhta vee baasil positiivse elektroodi leht, mis on valmistamisel altid pragunemisele, purunemisele ja rebenemisele. NMP lisamine võib parandada elektroodilehe paindlikkust ja suurendada elektroodilehe kasutusmäära. LA132 sideaine lateksiosakesed on tugevad polaarsed polümeerid, millel on tugevad molekulidevahelised jõud ja halb keerdumisvõime ning elektroodilehte on lihtne murda. NMP lisamisega suureneb sideaine LA132 lateksiosakeste läbimõõt, suureneb keerdumisvõime, väheneb molekulaarse ahela pöörlemisvõime ja suureneb elektroodilehe paindlikkus.

Tabel 1 Elektroodide paindlikkuse ja NMP lisamise koguse vaheline seos
Ei.	D10	D8	D6	D4	D3	D2	D1
A	Ei	Paindlik	Paindlik	Paindlik	Paindlik	Paindlik	Paindlik
B	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei
C	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei
D	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei	Ei

Tabelis 2 on näidatud elektroodilehe elektrokeemilise jõudluse testi tulemused. Esimese tühjenemise erivõimsuse, laadimise ja tühjenemise efektiivsuse, tühjenemise mediaanpinge ja konstantse voolu suhte väärtused on põhimõtteliselt samad. See näitab, et NMP lisamine ei mõjuta positiivse elektroodi lehe positiivse elektroodi aktiivse materjali tühjenemisvõimet ega laengu- ja tühjenemisomadusi.

Tabel 2 Elektroodi elektrokeemilised omadused
Ei.	Esimese tühjenemise erimaht /(mAh·g-1)	Laadimise ja tühjendamise efektiivsus /%	Tühjenemise keskmine pinge /V	Püsivoolu suhe /%
A	157.0	97.90	3.384	99.3
B	157.1	98.10	3.386	99.4
C	156.9	98.00	3.385	99.4
D	157.0	97.90	3.385	99.3

Figure 2 Relationship between constant current ratio and NMP addition amount

Joonistel 2 kuni 4 on näidatud suhe konstantse voolu suhte, kiiruse tühjenemise erivõimsuse, tühjenemise mediaanpinge ja nelja elektroodilehe NMP lisamise koguse vahel.

Jooniselt 2 on näha, et samadel katsetingimustel on nelja aku laadimiskonstantse voolu suhted kõik üle 98,2%. Joonistelt 3 ja 4 on näha, et sama elektroodilehe tühjenemise erivõimsus ja mediaanpinge vähenevad koos tühjenemiskiiruse suurenemisega.

Figure 3 Relationship between discharge specific capacity and NMP addition amount

Elektroodide A ja B tühjendusvõimsus ja keskmine pinge on erinevatel tühjenemiskiirustel põhimõtteliselt samad. Kui tühjenemiskiirus suureneb, suureneb järk-järgult elektroodide C ja D keskmine pinge ja tühjendusvõime. On näha, et kui NMP lisamine ei ületa 1%, ei mõjuta see aku tühjenemise kiirust. Kui NMP lisatakse kontsentratsioonis üle 1%, mõjutab NMP positiivse elektroodi tühjendusvõimsust ja keskpinget.

Figure 4 Relationship between median voltage and NMP addition amount

Joonisel 5 on näidatud nelja tüüpi akude tsükli jõudluskõverad. Jälgides joonist 5, võib leida, et laadimis- ja tühjenemistsükli alguses on elektroodilehtede A ja elektroodilehtede B mahtuvuse vähenemise trendid sarnased ning elektroodilehtede C ja elektroodilehtede D mahtuvuse vähenemise trendid on sarnased. , samas kui elektroodilehtede C ja elektroodilehtede D lagunemiskiirused on suuremad. Tsükli jätkudes kiireneb elektroodilehtede A, C ja D lagunemine ning elektroodilehe B lagunemiskiirus jääb põhimõtteliselt muutumatuks. Lõplik aku mahutavuse säilivusmäär on elektroodileht D＜C＜A＜B. See näitab, et kui lisatud NMP kogus on alla 1%, on kasulik parandada aku tsükliomadusi ja kui lisatud NMP kogus on suurem kui 1%, mõjutab see aku tsükliomadusi.

Figure 5 Cycle curves of batteries with different NMP addition amounts

Järeldus

Positiivse elektroodi lehe adhesiooni saab parandada NMP lisamisega ja nakkumine suureneb järk-järgult koos lisatud NMP koguse suurenemisega. Pärast NMP lisamist neutraliseeritakse elektroodi happelised rühmad, mis võib vähendada elektronide kadu elektroodi pinnal, takistada suspensiooni tiksotroopsust, suurendada sideaine ja voolukollektori adhesiooni, muuta positiivse elektroodi suspensioon ühtlaselt hajutatud. ja parandada voolavust, parandades seeläbi lobri ja elektroodi kasutamist. Kui lisatud NMP kogus on alla 1%, ei mõjuta see aku tühjenemise kiirust ja võib parandada aku tsükliomadusi. Kui aga lisatud NMP kogus on suurem kui 1%, mõjutab NMP positiivse elektroodi tühjenemisvõimsust ja mediaanpinget ning vähendab aku tsükliomadusi.