Effetto della concentrazione di NMP sulle prestazioni della batteria LFP

Litio ferro fosfato (LiFePO4) catodo il materiale dell'elettrodo l'impasto liquido a base di olio utilizza solitamente N-metilpirrolidone (NMP), dimetilsolfossido e dimetilformammide come solventi, che presentano problemi del genere come difficile recupero dei solventi, grandi quantità di utilizzo e inquinamento ambientale. Il liquame a base d'acqua del materiale dell'elettrodo positivo LiFePO4 utilizza acqua deionizzata come solvente, che è ecologico ed economico, ma a base d'acqua il foglio dell'elettrodo positivo legante presenta problemi come scarsa flessibilità, debolezza adesione dei materiali attivi e scarse prestazioni elettrochimiche. In questo carta, fogli di elettrodi positivi con diverse quantità di aggiunta di NMP erano preparato a studiare l'effetto dell'NMP sulle prestazioni dell'elettrodo positivo fogli preparati con legante all'acqua LA132.

Esperimento

Il legante acquoso LA132, superconduttore nerofumo, acqua deionizzata e LiFePO4 sono stati preparati in un impasto liquido in massa rapporto di 2,5:2,5:50:40. Sono state aggiunte quattro porzioni di impasto liquido con 0, 1%, 2% e 3% NMP, numerati A, B, C e D. Calandratura dell'elettrodo positivo. Asciugare il elettrodo positivo a 100°C sotto vuoto per 24 ore rimuovere acqua e NMP e l'elettrodo positivo con un materiale attivo è stato preparato un contenuto del 95%. Tagliatelo in dischi di diametro 20mm. Assemblare CR2016 cella a bottone con elettrodo negativo in lamiera di litio, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (rapporto in volume 1:1:1) elettrolita, separatore microporoso in polipropilene, in gas argon secco vano portaoggetti pieno.

Per prima cosa piegare gli elettrodi A, B, C e D fogli di 180 gradi, quindi testare l'adesione dei fogli degli elettrodi su a macchina per prove di trazione. Quindi, eseguire un test di resistenza sui fogli degli elettrodi su un tenacità (i diametri delle aste dell'albero sono 1, 2, 3, 4, 6, 8, e 10 mm rispettivamente) e osservare se sono presenti crepe sulla superficie degli elettrodi dopo l'avvolgimento. Il test di carica e scarica della batteria la densità di corrente è 0,1°C e la tensione di prova è 2,5~3,5 V.

Risultati e discussione

La Figura 1 è un diagramma di prova dell'adesione dell'elettrodo LiFePO4 con una flessione di 180°. Può essere si vede dalla Figura 1 che l'adesione dell'elettrodo è notevolmente migliorata grazie all'aggiunta di NMP e al miglioramento dell'adesione del elettrodo è proporzionale alla quantità di NMP aggiunta. L'adesione è un tipo di furgone forza di Waals, che dipende dall'interazione tra le molecole.

Durante il processo di produzione di LiFePO4 fogli di elettrodi, i fogli di elettrodi entreranno inevitabilmente in contatto ossigeno nell'aria. Durante il processo di riscaldamento, i fogli degli elettrodi vengono riscaldati reagiscono con l'ossigeno formando gruppi acidi. I gruppi acidi mancano di elettroni e formerà deboli legami idrogeno intermolecolari con (-CN) nel legante acquoso. Cambierà la tixotropia dell'impasto liquido, ridurrà la fluidità e causerà irregolarità rivestimento in liquame. Dopo aver aggiunto NMP, neutralizzerà i gruppi acidi sull'elettrodo fogli. Può ridurre la perdita di elettroni sulla superficie dell'elettrodo fogli, impediscono la tissotropia del liquame e aumentano l'adesione tra il legante e il raccoglitore di corrente. L'impasto dell'elettrodo positivo è uniforme disperso e la fluidità viene migliorata, migliorando così il tasso di utilizzo dell'impasto liquido e dei fogli di elettrodi. Pertanto, l'aggiunta di Il solvente ricco di elettroni NMP può migliorare le prestazioni della batteria.

La tabella 1 mostra i risultati della test di flessibilità di quattro tipi di fogli di elettrodi. Osservando la Figura 1, è possibile si è riscontrato che sono apparse crepe superficiali quando l'ago di avvolgimento del diametro di 6 mm testato l'elettrodo positivo A e quando l'ago di avvolgimento da 1 mm di diametro era testati, gli elettrodi B~D non presentavano crepe superficiali. Si può vedere che il la flessibilità più scarsa è il foglio di elettrodi positivi a base di acqua pura, che è soggetto a crepe, rotture e lacerazioni durante la preparazione. L'aggiunta di NMP può migliorare la flessibilità del foglio dell'elettrodo e aumentare l'utilizzo velocità del foglio di elettrodo. Le particelle di lattice nel legante LA132 sono forti polimeri polari con forti forze intermolecolari e scarsa capacità di torsione, e il foglio dell'elettrodo è facile da rompere. Con l'aggiunta di NMP, il diametro di le particelle di lattice nel legante LA132 aumentano la capacità di torsione aumenta, diminuisce la capacità di rotazione della catena molecolare e diminuisce la flessibilità del foglio dell'elettrodo è migliorato.

La Tabella 2 mostra l'elettrochimico risultati dei test prestazionali del foglio di elettrodi. I valori della prima capacità specifica di scarica, carica e scarica l'efficienza, la tensione media di scarica e il rapporto di corrente costante sono fondamentalmente lo stesso. Ciò dimostra che l'aggiunta di NMP non ha alcun effetto sullo scarico capacità e caratteristiche di carica e scarica dell'elettrodo positivo materiale attivo del foglio dell'elettrodo positivo.

Le figure da 2 a 4 mostrano la relazione tra il rapporto di corrente costante, la capacità specifica di scarica, la scarica tensione media e quantità aggiunta di NMP dei quattro strati di elettrodi.

Dalla Figura 2, si può vedere che sotto le stesse condizioni di prova, i rapporti di corrente costante di carica dei quattro le batterie sono tutte superiori al 98,2%. Dalle figure 3 e 4 si rileva che capacità specifica di scarica e tensione media dello stesso foglio di elettrodi continuano a decadere con l'aumento della velocità di scarica.

La capacità di scarica e la tensione media degli elettrodi A e B sono sostanzialmente gli stessi a velocità di scarica diverse. COME aumenta la velocità di scarica, la tensione media e la capacità di scarica di gli elettrodi C e D aumentano gradualmente. Si può vedere che quando viene aggiunto NMP a una concentrazione non superiore all'1%, la prestazione del tasso di scarico del la batteria non sarà influenzata. Quando l'NMP viene aggiunto a una concentrazione superiore a 1%, l'NMP influenzerà la capacità di scarica e la tensione media dell'elettrodo positivo.

La Figura 5 mostra le curve di prestazione del ciclo dei quattro tipi di batterie. Osservando la Figura 5 si riscontra che a l'inizio del ciclo di carica e scarica, le tendenze di decadimento della capacità i fogli degli elettrodi A e i fogli degli elettrodi B sono simili e la capacità decade gli andamenti degli elettrodi C e degli elettrodi D sono simili, mentre il i tassi di decadimento dei fogli di elettrodi C e dei fogli di elettrodi D sono maggiori. Come il il ciclo continua, il decadimento degli elettrodi A, C e D accelera e il il tasso di decadimento dello strato elettrodico B rimane sostanzialmente invariato. L'ultima batteria il tasso di ritenzione della capacità è il foglio dell'elettrodo Dï¼Cï¼Aï¼B. Ciò dimostra che quando la quantità di NMP aggiunto è inferiore all'1%, è utile migliorare le caratteristiche del ciclo di la batteria e, quando la quantità di NMP aggiunta è superiore all'1%, il ciclo le caratteristiche della batteria verranno influenzate.

Conclusione

L'adesione dell'elettrodo positivo il foglio può essere migliorato aggiungendo NMP e l'adesione aumenta gradualmente l’aumento della quantità di NMP aggiunta. Dopo aver aggiunto NMP, i gruppi acidi si attivano l'elettrodo verrà neutralizzato, il che può ridurre la perdita di elettroni la superficie dell'elettrodo, previene la tissotropia dell'impasto liquido, aumenta la l'adesione del legante e del collettore di corrente, costituisce l'elettrodo positivo i liquami dispersi uniformemente e migliorano la fluidità, migliorando così il utilizzo dell'impasto liquido e dell'elettrodo. Quando la quantità di NMP aggiunta è inferiore all'1%, non influirà sulla velocità di scarica della batteria e può migliorare le caratteristiche del ciclo della batteria. Tuttavia, quando il la quantità di NMP aggiunta è superiore all'1%, l'NMP influenzerà la capacità di scarico e la tensione media dell'elettrodo positivo e riducono il ciclo caratteristiche della batteria.