Áhrif NMP styrks á afköst LFP rafhlöðunnar

Litíum járnfosfat (LiFePO4)bakskaut rafskaut efniolíu-undirstaða slurry notar venjulegaN-metýlpýrrólídón (NMP), dímetýlsúlfoxíð og dímetýlformamíð sem leysiefni, sem hafa vandamál eins og erfiða endurheimt leysiefna, mikið magn af notkun og umhverfismengun. LiFePO4 jákvætt rafskautsefni vatnsmiðað slurry notar afjónað vatn sem leysi, sem er umhverfisvænt og ódýrt, en vatnsbundið bindiefni jákvæða rafskautsblaðið hefur vandamál eins og lélegan sveigjanleika, veikt viðloðun virkra efna og léleg rafefnafræðileg frammistaða. Í þessari grein voru jákvæð rafskautsblöð með mismunandi NMP viðbótarmagni unnin til að rannsaka áhrif NMP á frammistöðu jákvæðra rafskautsplata sem eru unnin meðvatnsbundið bindiefni LA132.

Tilraun

Vatnskennda bindiefnið LA132, ofurleiðandi kolsvart, afjónað vatn og LiFePO4 var útbúið í grugglausn í massahlutfallinu 2,5:2,5:50:40. Fjórum skömmtum af slurry var bætt við með 0, 1%, 2% og 3% NMP, númeruð A, B, C og D. Kalandering jákvæða rafskautsins. Þurrkun jákvæða rafskautsins við 100 gráður í lofttæmi í 24 klst til að fjarlægja vatn og NMP, og jákvæða rafskautið með 95% virku efnisinnihaldi var útbúið. Skerið það í 20 mm þvermál diska. Settu saman CR2016 myntfrumu með litíum málmplötu neikvæðu rafskauti, 1 mól/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (rúmmálshlutfall 1:1:1) raflausn, örgjúpa pólýprópýlenskilju, í þurru argon gasfyllt hanskabox.

Fyrst skaltu beygja A, B, C og D rafskautsplöturnar 180 gráður og prófaðu síðan viðloðun rafskautsplatanna á togprófunarvél. Gerðu síðan hörkupróf á rafskautsplötunum á hörkuprófara (þvermál skaftstanganna er 1, 2, 3, 4, 6, 8 og 10 mm, í sömu röð) og athugaðu hvort það séu sprungur á yfirborðinu af rafskautsplötunum eftir vindun. Hleðslu- og afhleðslustraumþéttleiki rafhlöðunnar er 0,1C og prófspennan er 2,5 ~ 3,5V.

Úrslit og umræður

Mynd 1 er prófunarmynd af viðloðun LiFePO4 rafskautsins við 180 gráðu beygju. Það má sjá á mynd 1 að viðloðun rafskautsins batnar verulega vegna þess að NMP er bætt við og bæting á viðloðun rafskautsins er í réttu hlutfalli við magn NMP sem bætt er við. Viðloðun er tegund van der Waals krafts, sem fer eftir samspili sameinda.

Í framleiðsluferli LiFePO4 rafskautsplata munu rafskautsblöðin óhjákvæmilega komast í snertingu við súrefni í loftinu. Meðan á hitunarferlinu stendur hvarfast upphituðu rafskautsblöðin við súrefni og mynda súr hópa. Sýru hóparnir skortir rafeindir og munu mynda veik millisameindavetnistengi við (-CN) í vatnskennda bindiefninu. Það mun breyta tíkótrópíu slurrys, draga úr vökva og valda ójafnri slurry húðun. Eftir að NMP hefur verið bætt við mun það hlutleysa súru hópana á rafskautsblöðunum. Það getur dregið úr tapi rafeinda á yfirborði rafskautsplatanna, komið í veg fyrir að slurry sé tístróp og aukið viðloðun milli bindiefnisins og straumsafnarans. Jákvæða rafskautslausnin dreifist jafnt og vökvavirknin er bætt og þar með bætt nýtingarhlutfall slurrysins og rafskautsplatanna. Þess vegna getur viðbót við rafeindaríkan leysiefni NMP bætt afköst rafhlöðunnar.

Tafla 1 sýnir niðurstöður sveigjanleikaprófs á fjórum tegundum rafskautsplata. Þegar horft er á mynd 1 má finna að yfirborðssprungur komu fram þegar 6 mm þvermál vindans nál prófaði jákvæða rafskautið A, og þegar 1 mm þvermál vindanálin var prófuð voru rafskautin B~D ekki með yfirborðssprungur. Það má sjá að lélegasti sveigjanleikinn er hreint vatnsbundið jákvætt rafskautsplata sem er viðkvæmt fyrir sprungum, brotum og rifnum við undirbúning. Að bæta við NMP getur bætt sveigjanleika rafskautsplötunnar og aukið nýtingarhraða rafskautsblaðsins. Latex agnirnar í LA132 bindiefninu eru sterkar skautaðar fjölliður með sterka millisameindakrafta og lélega snúningsgetu og auðvelt er að brjóta rafskautsplötuna. Með því að bæta við NMP eykst þvermál latexagnanna í LA132 bindiefninu, snúningsgetan eykst, sameindakeðjusnúningsgetan minnkar og sveigjanleiki rafskautsplötunnar eykst.

Tafla 2 sýnir niðurstöður rafefnafræðilegrar frammistöðuprófunar rafskautsblaðsins. Gildi sértækrar afkastagetu fyrir fyrstu losun, skilvirkni hleðslu og losunar, miðgildi losunarspennu og stöðugt straumhlutfall eru í grundvallaratriðum þau sömu. Þetta sýnir að viðbót NMP hefur engin áhrif á losunargetu og hleðslu- og útskriftareiginleika virka rafskautsins jákvæða rafskautsplötunnar.

Myndir 2 til 4 sýna sambandið milli stöðugs straumhlutfalls, sérstakra útskriftargetu, miðgildisspennu losunar og NMP viðbótarmagns rafskautsblaðanna fjögurra.

Af mynd 2 má sjá að við sömu prófunaraðstæður eru hleðslustraumshlutföll fjögurra rafhlaðna allar yfir 98,2%. Af myndum 3 og 4 má komast að því að sérstakur losunargeta og miðgildi rafskautsplötunnar halda áfram að rotna með aukningu á losunarhraða.

Afhleðslugeta og miðgildi rafskauta A og B eru í grundvallaratriðum þau sömu við mismunandi losunarhraða. Þegar losunarhraði eykst eykst miðgildi spennu og losunargetu rafskauta C og D smám saman. Það má sjá að þegar NMP er bætt við í styrk sem er ekki meira en 1%, mun afköst rafhlöðunnar ekki verða fyrir áhrifum. Þegar NMP er bætt við í styrk meira en 1% mun NMP hafa áhrif á losunargetu og miðgildi jákvæða rafskautsins.

Mynd 5 sýnir frammistöðuferla hringrásar af fjórum gerðum rafhlöðu. Með því að skoða mynd 5 er hægt að komast að því að í upphafi hleðslu- og afhleðslulotunnar er rýrnunarþróun rafskautablaða A og rafskautablaða B svipuð og afkastagetuþróun rafskautsplata C og rafskautsplata D svipuð. , en hrörnunarhraði rafskautsblaða C og rafskautsblaða D er stærri. Þegar hringrásin heldur áfram hraðar rotnun rafskautablaða A, C og D og rotnunarhraði rafskautsblaðs B helst í grundvallaratriðum óbreytt. Endanlegt varðveisluhlutfall rafhlöðunnar er rafskautsblað D＜C＜A＜B. Þetta sýnir að þegar magn NMP sem bætt er við er minna en 1% er gagnlegt að bæta hringrásareiginleika rafhlöðunnar og þegar magn NMP sem bætt er við er meira en 1% mun hringrásareiginleikar rafhlöðunnar hafa áhrif.

Niðurstaða

Hægt er að bæta viðloðun jákvæðu rafskautsplötunnar með því að bæta við NMP og viðloðunin eykst smám saman með aukningu á magni NMP sem bætt er við. Eftir að NMP hefur verið bætt við verða súru hóparnir á rafskautinu hlutleysaðir, sem getur dregið úr tapi rafeinda á yfirborði rafskautsins, komið í veg fyrir að slurryn frá tíkótrópíu, aukið viðloðun bindiefnisins og straumsafnarans, gert jákvæða rafskautslausnina dreifða jafnt. , og bæta vökva, þar með bæta nýtingu slurrysins og rafskautsins. Þegar magn NMP sem bætt er við er minna en 1% mun það ekki hafa áhrif á afköst rafhlöðunnar og getur bætt hringrásareiginleika rafhlöðunnar. Hins vegar, þegar magn NMP sem bætt er við er meira en 1%, mun NMP hafa áhrif á losunargetu og miðgildi jákvæða rafskautsins og draga úr hringrásareiginleikum rafhlöðunnar.