Kesan Kepekatan NMP Terhadap Prestasi Bateri LFP

Litium besi fosfat (LiFePO4)bahan elektrod katodbuburan berasaskan minyak biasanya menggunakanN-methylpyrrolidone (NMP), dimetil sulfoksida dan dimetilformamida sebagai pelarut, yang mempunyai masalah seperti pemulihan pelarut yang sukar, jumlah penggunaan yang besar dan pencemaran alam sekitar. Bahan elektrod positif LiFePO4 buburan berasaskan air menggunakan air ternyahion sebagai pelarut, yang mesra alam dan kos rendah, tetapi lembaran elektrod positif pengikat berasaskan air mempunyai masalah seperti fleksibiliti yang lemah, lekatan bahan aktif yang lemah dan prestasi elektrokimia yang lemah. Dalam makalah ini, kepingan elektrod positif dengan jumlah penambahan NMP yang berbeza telah disediakan untuk mengkaji kesan NMP ke atas prestasi kepingan elektrod positif yang disediakan denganpengikat berasaskan air LA132.

Eksperimen

Pengikat akueus LA132, superkonduktor karbon hitam, air ternyahion dan LiFePO4 telah disediakan ke dalam buburan pada nisbah jisim 2.5:2.5:50:40. Empat bahagian buburan telah ditambah dengan 0, 1%, 2% dan 3% NMP, bernombor A, B, C dan D. Calendering elektrod positif. Mengeringkan elektrod positif pada 100 darjah dalam vakum selama 24 jam untuk mengeluarkan air dan NMP, dan elektrod positif dengan kandungan bahan aktif sebanyak 95% telah disediakan. Potong ke dalam cakera berdiameter 20mm. Pasang sel syiling CR2016 dengan elektrod negatif kepingan logam litium, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (nisbah volum 1:1:1) elektrolit, pemisah polipropilena mikroliang, dalam kotak sarung tangan berisi gas argon kering.

Mula-mula, bengkokkan helaian elektrod A, B, C dan D 180 darjah, dan kemudian uji lekatan kepingan elektrod pada mesin ujian tegangan. Kemudian, lakukan ujian keliatan pada kepingan elektrod pada penguji keliatan (diameter rod aci ialah 1, 2, 3, 4, 6, 8 dan 10 mm, masing-masing), dan perhatikan sama ada terdapat keretakan pada permukaan kepingan elektrod selepas penggulungan. Ketumpatan semasa ujian cas dan nyahcas bateri ialah 0.1C, dan voltan ujian ialah 2.5~3.5V.

Keputusan dan Perbincangan

Rajah 1 ialah gambar rajah ujian lekatan elektrod LiFePO4 pada lenturan 180 darjah. Ia boleh dilihat daripada Rajah 1 bahawa lekatan elektrod bertambah baik dengan ketara disebabkan oleh penambahan NMP, dan peningkatan lekatan elektrod adalah berkadar dengan jumlah NMP yang ditambah. Lekatan ialah sejenis daya van der Waals, yang bergantung kepada interaksi antara molekul.

Semasa proses pengeluaran kepingan elektrod LiFePO4, kepingan elektrod pasti akan bersentuhan dengan oksigen di udara. Semasa proses pemanasan, kepingan elektrod yang dipanaskan bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk kumpulan berasid. Kumpulan berasid kekurangan elektron dan akan membentuk ikatan hidrogen antara molekul yang lemah dengan (-CN) dalam pengikat akueus. Ia akan mengubah thixotropy buburan, mengurangkan kecairan, dan menyebabkan salutan buburan tidak sekata. Selepas menambah NMP, ia akan meneutralkan kumpulan berasid pada kepingan elektrod. Ia boleh mengurangkan kehilangan elektron pada permukaan helaian elektrod, menghalang buburan daripada thixotropy, dan meningkatkan lekatan antara pengikat dan pengumpul semasa. Buburan elektrod positif tersebar sama rata dan kecairan dipertingkatkan, dengan itu meningkatkan kadar penggunaan buburan dan kepingan elektrod. Oleh itu, penambahan NMP pelarut yang kaya dengan elektron boleh meningkatkan prestasi bateri.

Jadual 1 menunjukkan keputusan ujian kelenturan empat jenis kepingan elektrod. Memerhatikan Rajah 1, boleh didapati bahawa retakan permukaan muncul apabila jarum belitan diameter 6mm menguji elektrod positif A, dan apabila jarum belitan diameter 1mm diuji, elektrod B~D tidak mempunyai retakan permukaan. Ia boleh dilihat bahawa fleksibiliti yang paling lemah ialah lembaran elektrod positif berasaskan air tulen, yang terdedah kepada keretakan, pecah dan koyak semasa penyediaan. Menambah NMP boleh meningkatkan fleksibiliti helaian elektrod dan meningkatkan kadar penggunaan helaian elektrod. Zarah lateks dalam pengikat LA132 adalah polimer kutub yang kuat dengan daya antara molekul yang kuat dan keupayaan memutar yang lemah, dan kepingan elektrod mudah pecah. Dengan penambahan NMP, diameter zarah lateks dalam pengikat LA132 meningkat, keupayaan berpusing meningkat, keupayaan putaran rantai molekul berkurangan, dan fleksibiliti kepingan elektrod dipertingkatkan.

Jadual 2 menunjukkan keputusan ujian prestasi elektrokimia bagi kepingan elektrod. Nilai kapasiti khusus nyahcas pertama, kecekapan cas dan nyahcas, voltan median nyahcas dan nisbah arus malar pada asasnya adalah sama. Ini menunjukkan bahawa penambahan NMP tidak mempunyai kesan ke atas kapasiti nyahcas dan ciri cas dan nyahcas bahan aktif elektrod positif lembaran elektrod positif.

Rajah 2 hingga 4 menunjukkan hubungan antara nisbah arus malar, kapasiti spesifik nyahcas kadar, voltan median nyahcas dan jumlah penambahan NMP bagi empat helaian elektrod.

Daripada Rajah 2, boleh didapati bahawa di bawah keadaan ujian yang sama, nisbah arus malar pengecasan bagi empat bateri semuanya melebihi 98.2%. Daripada Rajah 3 dan 4, boleh didapati bahawa kapasiti spesifik nyahcas dan voltan median lembaran elektrod yang sama terus mereput dengan peningkatan kadar nyahcas.

Kapasiti nyahcas dan voltan median elektrod A dan B pada asasnya adalah sama pada kadar nyahcas yang berbeza. Apabila kadar nyahcas meningkat, voltan median dan kapasiti nyahcas elektrod C dan D meningkat secara beransur-ansur. Ia dapat dilihat bahawa apabila NMP ditambah pada kepekatan tidak lebih daripada 1%, prestasi kadar nyahcas bateri tidak akan terjejas. Apabila NMP ditambah pada kepekatan lebih daripada 1%, NMP akan menjejaskan kapasiti nyahcas dan voltan median elektrod positif.

Rajah 5 menunjukkan lengkung prestasi kitaran bagi empat jenis bateri. Dengan memerhatikan Rajah 5, boleh didapati bahawa pada permulaan kitaran cas dan nyahcas, trend pereputan kapasiti kepingan elektrod A dan kepingan elektrod B adalah serupa, dan trend pereputan kapasiti kepingan elektrod C dan kepingan elektrod D adalah serupa. , manakala kadar pereputan kepingan elektrod C dan kepingan elektrod D adalah lebih besar. Apabila kitaran berterusan, pereputan kepingan elektrod A, C dan D mempercepatkan, dan kadar pereputan kepingan elektrod B kekal pada asasnya tidak berubah. Kadar pengekalan kapasiti bateri terakhir ialah kepingan elektrod D＜C＜A＜B. Ini menunjukkan bahawa apabila jumlah NMP ditambah kurang daripada 1%, adalah berfaedah untuk meningkatkan ciri kitaran bateri, dan apabila jumlah NMP ditambah lebih daripada 1%, ciri kitaran bateri akan terjejas.

Kesimpulan

Lekatan lembaran elektrod positif boleh diperbaiki dengan menambahkan NMP, dan lekatan secara beransur-ansur meningkat dengan peningkatan jumlah NMP ditambah. Selepas menambah NMP, kumpulan berasid pada elektrod akan dineutralkan, yang boleh mengurangkan kehilangan elektron pada permukaan elektrod, menghalang buburan daripada thixotropy, meningkatkan lekatan pengikat dan pengumpul semasa, membuat buburan elektrod positif tersebar sama rata , dan meningkatkan kecairan, dengan itu meningkatkan penggunaan buburan dan elektrod. Apabila jumlah NMP ditambah kurang daripada 1%, ia tidak akan menjejaskan prestasi kadar nyahcas bateri dan boleh meningkatkan ciri kitaran bateri. Walau bagaimanapun, apabila jumlah NMP ditambah lebih besar daripada 1%, NMP akan menjejaskan kapasiti nyahcas dan voltan median elektrod positif dan mengurangkan ciri kitaran bateri.