Vpliv koncentracije NMP na delovanje LFP baterije

Litijev železov fosfat (LiFePO4)material katodne elektrodeobičajno uporablja gnojevka na osnovi oljaN-metilpirolidon (NMP), dimetil sulfoksid in dimetilformamid kot topila, ki imajo težave, kot so težko pridobivanje topil, velika uporaba in onesnaževanje okolja. Gnojnica na vodni osnovi iz materiala pozitivne elektrode LiFePO4 uporablja deionizirano vodo kot topilo, kar je okolju prijazno in poceni, vendar ima plošča pozitivne elektrode z vezivom na vodni osnovi težave, kot so slaba prožnost, šibek oprijem aktivnih materialov in slaba elektrokemična učinkovitost. V tem prispevku so bile pripravljene plošče pozitivnih elektrod z različnimi dodanimi količinami NMP, da bi preučili učinek NMP na učinkovitost plošč pozitivnih elektrod, pripravljenih zvezivo na vodni osnovi LA132.

Eksperimentirajte

Iz vodnega veziva LA132, superprevodnih saj, deionizirane vode in LiFePO4 smo pripravili goščo v masnem razmerju 2,5:2,5:50:40. Dodali smo štiri obroke gošče z 0, 1 %, 2 % in 3 % NMP, oštevilčene z A, B, C in D. Kalandriranje pozitivne elektrode. Sušenje pozitivne elektrode pri 100 stopinjah v vakuumu 24 ur za odstranitev vode in NMP, pripravljena je bila pozitivna elektroda z vsebnostjo aktivnega materiala 95%. Narežemo ga na kolute premera 20 mm. Sestavite gumbasto celico CR2016 z negativno elektrodo iz litijeve pločevine, elektrolitom 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (volumensko razmerje 1:1:1), mikroporoznim polipropilenskim separatorjem, v predalu za rokavice, napolnjenem s suhim argonom.

Najprej upognite plošče elektrod A, B, C in D za 180 stopinj, nato pa preizkusite oprijem plošč elektrod na napravi za natezno testiranje. Nato opravite preizkus žilavosti plošč elektrod na testerju žilavosti (premeri grednih palic so 1, 2, 3, 4, 6, 8 oziroma 10 mm) in opazujte, ali so na površini razpoke. plošč elektrod po navijanju. Gostota preskusnega toka polnjenja in praznjenja baterije je 0,1 C, preskusna napetost pa 2,5 ~ 3,5 V.

Rezultati in razprava

Slika 1 je testni diagram oprijema elektrode LiFePO4 pri upogibanju za 180 stopinj. Iz slike 1 je razvidno, da se oprijem elektrode zaradi dodatka NMP bistveno izboljša, izboljšanje oprijema elektrode pa je sorazmerno s količino dodanega NMP. Adhezija je vrsta van der Waalsove sile, ki je odvisna od interakcije med molekulami.

Med proizvodnim procesom LiFePO4 elektrodnih plošč bodo elektrodne plošče neizogibno prišle v stik s kisikom v zraku. Med postopkom segrevanja segrete plošče elektrod reagirajo s kisikom in tvorijo kisle skupine. Kisle skupine nimajo elektronov in bodo tvorile šibke medmolekularne vodikove vezi z (-CN) v vodnem vezivu. Spremenilo bo tiksotropijo gnojevke, zmanjšalo fluidnost in povzročilo neenakomeren premaz gnojevke. Po dodajanju NMP bo nevtraliziral kisle skupine na ploščah elektrod. Lahko zmanjša izgubo elektronov na površini plošč elektrod, prepreči tiksotropijo gošče in poveča oprijem med vezivom in zbiralnikom toka. Gnojišče pozitivne elektrode je enakomerno razpršeno in fluidnost je izboljšana, s čimer se izboljša stopnja izkoriščenosti gošče in plošč elektrod. Zato lahko dodatek z elektroni bogatega topila NMP izboljša delovanje baterije.

Tabela 1 prikazuje rezultate testa upogljivosti štirih vrst elektrodnih plošč. Če opazujemo sliko 1, lahko ugotovimo, da so se pojavile površinske razpoke, ko je navijalna igla s premerom 6 mm testirala pozitivno elektrodo A, in ko je bila testirana navijalna igla s premerom 1 mm, elektrode B~D niso imele površinskih razpok. Vidimo lahko, da ima najslabšo fleksibilnost plošča pozitivne elektrode na osnovi čiste vode, ki je med pripravo nagnjena k razpokam, lomljenju in trganju. Dodajanje NMP lahko izboljša fleksibilnost elektrodnega lista in poveča stopnjo izkoriščenosti elektrodnega lista. Delci lateksa v vezivu LA132 so močni polarni polimeri z močnimi medmolekulskimi silami in slabo sposobnostjo zvijanja, ploščo elektrode pa je enostavno zlomiti. Z dodatkom NMP se poveča premer delcev lateksa v vezivu LA132, poveča se sposobnost zvijanja, zmanjša sposobnost rotacije molekularne verige in poveča se fleksibilnost elektrodnega lista.

Tabela 2 prikazuje rezultate preskusa elektrokemične učinkovitosti plošče elektrode. Vrednosti specifične kapacitete prvega praznjenja, učinkovitosti polnjenja in praznjenja, mediane napetosti praznjenja in razmerja konstantnega toka so v bistvu enaki. To kaže, da dodatek NMP ne vpliva na kapaciteto praznjenja in značilnosti naboja in praznjenja aktivnega materiala pozitivne elektrode pločevine pozitivne elektrode.

Slike 2 do 4 prikazujejo razmerje med razmerjem konstantnega toka, specifično zmogljivostjo hitrosti praznjenja, srednjo napetostjo praznjenja in količino dodatka NMP štirih elektrodnih listov.

Na sliki 2 je razvidno, da so pod enakimi preskusnimi pogoji razmerja konstantnega polnilnega toka vseh štirih baterij nad 98,2 %. Iz slik 3 in 4 je razvidno, da specifična zmogljivost praznjenja in srednja napetost istega elektrodnega lista še naprej upadata s povečanjem hitrosti praznjenja.

Kapaciteta praznjenja in srednja napetost elektrod A in B sta v bistvu enaki pri različnih stopnjah praznjenja. Ko se hitrost praznjenja povečuje, se srednja napetost in zmogljivost praznjenja elektrod C in D postopoma povečujeta. Vidimo lahko, da ko NMP dodamo v koncentraciji, ki ni večja od 1 %, to ne bo vplivalo na zmogljivost praznjenja baterije. Ko je NMP dodan v koncentraciji več kot 1 %, bo NMP vplival na kapaciteto praznjenja in mediano napetost pozitivne elektrode.

Slika 5 prikazuje ciklične krivulje delovanja štirih tipov baterij. Z opazovanjem slike 5 je mogoče ugotoviti, da so na začetku cikla polnjenja in praznjenja trendi upadanja kapacitete elektrodnih plošč A in elektrodnih plošč B podobni ter trendi upadanja kapacitete elektrodnih plošč C in elektrodnih plošč D podobni , medtem ko so stopnje razpadanja elektrodnih listov C in elektrodnih listov D večje. Ko se cikel nadaljuje, se razpad elektrodnih listov A, C in D pospeši, stopnja razpadanja elektrodnih listov B pa ostane v bistvu nespremenjena. Končna stopnja zadrževanja kapacitete baterije je elektrodna plošča D＜C＜A＜B. To kaže, da ko je dodana količina NMP manjša od 1 %, je koristno izboljšati značilnosti cikla baterije, ko pa je dodana količina NMP večja od 1 %, bodo to vplivale na značilnosti cikla baterije.

Zaključek

Oprijem plošče pozitivne elektrode je mogoče izboljšati z dodajanjem NMP, oprijem pa se postopoma povečuje s povečanjem količine dodanega NMP. Po dodajanju NMP bodo kisle skupine na elektrodi nevtralizirane, kar lahko zmanjša izgubo elektronov na površini elektrode, prepreči tiksotropijo gošče, poveča oprijem veziva in tokovnega zbiralnika, naredi goščo pozitivne elektrode enakomerno razpršeno in izboljšati fluidnost, s čimer se izboljša izkoristek gošče in elektrode. Ko je dodana količina NMP manjša od 1 %, to ne bo vplivalo na hitrost praznjenja baterije in lahko izboljša lastnosti cikla baterije. Ko pa je dodana količina NMP večja od 1 %, bo NMP vplival na kapaciteto praznjenja in srednjo napetost pozitivne elektrode ter zmanjšal značilnosti cikla baterije.