NMP koncentracijos įtaka LFP akumuliatoriaus veikimui

Ličio geležies fosfatas (LiFePO4)katodo elektrodo medžiagapaprastai naudojamos aliejaus pagrindu pagamintos srutosN-metilpirolidonas (NMP), dimetilsulfoksidas ir dimetilformamidas kaip tirpikliai, kurie turi problemų, tokių kaip sunkus tirpiklio regeneravimas, didelis naudojimas ir aplinkos tarša. LiFePO4 teigiamo elektrodo medžiagos vandens pagrindu pagamintose srutose kaip tirpiklis naudojamas dejonizuotas vanduo, kuris yra nekenksmingas aplinkai ir nebrangus, tačiau vandens pagrindo rišiklio teigiamo elektrodo lakštas turi problemų, tokių kaip prastas lankstumas, silpnas aktyvių medžiagų sukibimas ir prastos elektrocheminės savybės. Šiame darbe buvo paruošti teigiamų elektrodų lakštai su skirtingais NMP priedų kiekiais, siekiant ištirti NMP poveikį teigiamų elektrodų lakštų, paruoštų naudojantvandens pagrindo rišiklis LA132.

Eksperimentuokite

Vandeninis rišiklis LA132, superlaidi suodžiai, dejonizuotas vanduo ir LiFePO4 buvo paruošti į suspensiją masės santykiu 2,5:2,5:50:40. Keturios srutos porcijos buvo pridėtos su 0, 1%, 2% ir 3% NMP, sunumeruotos A, B, C ir D. Teigiamojo elektrodo kalandravimas. Teigiamas elektrodas džiovinamas 100 laipsnių vakuume 24 valandas, kad būtų pašalintas vanduo ir NMP, ir buvo paruoštas teigiamas elektrodas, kurio aktyviosios medžiagos kiekis yra 95%. Supjaustykite jį 20 mm skersmens diskais. Surinkite CR2016 monetų elementą su ličio metalo lakštinio neigiamu elektrodu, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (tūrio santykis 1:1:1) elektrolitu, mikroporėtu polipropileno separatoriumi, sausoje argono dujomis užpildytoje pirštinių dėžėje.

Pirmiausia sulenkite A, B, C ir D elektrodų lakštus 180 laipsnių kampu, tada patikrinkite elektrodų lakštų sukibimą tempimo bandymo mašina. Tada kietumo tikrintuvu atlikite elektrodų lakštų kietumo testą (velenų strypų skersmenys yra atitinkamai 1, 2, 3, 4, 6, 8 ir 10 mm) ir stebėkite, ar ant paviršiaus nėra įtrūkimų. elektrodų lakštų po apvijos. Akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo bandymo srovės tankis yra 0,1 C, o bandymo įtampa yra 2,5–3,5 V.

Rezultatai ir diskusija

1 paveiksle yra LiFePO4 elektrodo sukibimo 180 laipsnių kampu bandymo diagrama. Iš 1 paveikslo matyti, kad elektrodo sukibimas žymiai pagerėja pridėjus NMP, o elektrodo sukibimo pagerėjimas yra proporcingas pridėtam NMP kiekiui. Adhezija yra tam tikra van der Waals jėgos rūšis, kuri priklauso nuo molekulių sąveikos.

LiFePO4 elektrodų lakštų gamybos proceso metu elektrodų lakštai neišvengiamai susilies su deguonimi ore. Kaitinimo proceso metu įkaitinti elektrodų lakštai reaguoja su deguonimi ir susidaro rūgštinės grupės. Rūgštinėse grupėse trūksta elektronų ir jos sudarys silpnus tarpmolekulinius vandenilio ryšius su (-CN) vandeniniame rišiklyje. Tai pakeis srutų tiksotropiją, sumažins sklandumą ir sukels netolygią srutų dangą. Pridėjus NMP, jis neutralizuos rūgštines grupes ant elektrodų lakštų. Tai gali sumažinti elektronų praradimą ant elektrodų lakštų paviršiaus, užkirsti kelią srutos tiksotropijai ir padidinti sukibimą tarp rišiklio ir srovės kolektoriaus. Teigiamų elektrodų suspensija yra tolygiai paskirstoma ir pagerėja sklandumas, todėl pagerėja suspensijos ir elektrodų lakštų panaudojimo greitis. Todėl pridėjus daug elektronų turinčio tirpiklio NMP, galima pagerinti akumuliatoriaus veikimą.

1 lentelėje pateikti keturių tipų elektrodų lakštų lankstumo bandymo rezultatai. Stebint 1 pav., galima pastebėti, kad 6mm skersmens apvijimo adata patikrinus teigiamą elektrodą A atsirado paviršiaus įtrūkimų, o 1mm skersmens apvijančią adatą, elektroduose B~D paviršiaus įtrūkimų nebuvo. Matyti, kad prasčiausias lankstumas yra gryno vandens pagrindo teigiamo elektrodo lakštas, kuris ruošiant gali įtrūkti, lūžti ir plyšti. NMP pridėjimas gali pagerinti elektrodo lakšto lankstumą ir padidinti elektrodo lakšto panaudojimo greitį. LA132 rišiklio latekso dalelės yra stiprūs poliniai polimerai, turintys stiprias tarpmolekulines jėgas ir prastą sukimosi gebėjimą, o elektrodo lakštą lengva sulaužyti. Pridėjus NMP, padidėja LA132 rišiklio latekso dalelių skersmuo, padidėja sukimosi gebėjimas, sumažėja molekulinės grandinės sukimosi galimybė ir padidėja elektrodo lakšto lankstumas.

2 lentelėje pateikti elektrodo lakšto elektrocheminio veikimo bandymo rezultatai. Pirmosios iškrovos specifinės talpos, įkrovimo ir iškrovimo efektyvumo, iškrovos vidutinės įtampos ir pastovios srovės santykio reikšmės iš esmės yra vienodos. Tai rodo, kad NMP pridėjimas neturi įtakos teigiamo elektrodo lakšto teigiamo elektrodo aktyviosios medžiagos iškrovos pajėgumui ir įkrovimo bei iškrovimo charakteristikoms.

2–4 paveiksluose parodytas ryšys tarp pastovios srovės santykio, spartos iškrovos specifinės talpos, iškrovos vidutinės įtampos ir keturių elektrodų lakštų pridėto NMP kiekio.

Iš 2 paveikslo matyti, kad tomis pačiomis bandymo sąlygomis keturių baterijų įkrovimo pastovios srovės santykis yra didesnis nei 98,2%. Iš 3 ir 4 paveikslų galima pastebėti, kad to paties elektrodo lakšto specifinė iškrovos talpa ir vidutinė įtampa toliau mažėja didėjant iškrovos greičiui.

Elektrodų A ir B iškrovos talpa ir vidutinė įtampa iš esmės yra vienodi esant skirtingam iškrovimo greičiui. Didėjant iškrovos greičiui, palaipsniui didėja elektrodų C ir D vidutinė įtampa ir iškrovos talpa. Galima pastebėti, kad pridėjus NMP ne daugiau kaip 1%, akumuliatoriaus iškrovimo greitis nebus paveiktas. Kai NMP pridedama daugiau nei 1%, NMP paveiks teigiamo elektrodo iškrovos pajėgumą ir vidutinę įtampą.

5 paveiksle parodytos keturių tipų baterijų ciklo veikimo kreivės. Stebint 5 paveikslą, galima pastebėti, kad įkrovimo ir iškrovimo ciklo pradžioje elektrodų lakštų A ir elektrodų lakštų B talpos mažėjimo tendencijos yra panašios, o elektrodų lakštų C ir elektrodų lakštų D talpos mažėjimo tendencijos yra panašios. , tuo tarpu elektrodų lakštų C ir elektrodų lakštų D skilimo greitis yra didesnis. Tęsiant ciklą, elektrodų lakštų A, C ir D skilimas pagreitėja, o elektrodo lakšto B skilimo greitis iš esmės nesikeičia. Galutinis akumuliatoriaus talpos išlaikymo koeficientas yra elektrodo lapas D＜C＜A＜B. Tai rodo, kad kai pridedamas NMP kiekis yra mažesnis nei 1%, naudinga pagerinti akumuliatoriaus ciklo charakteristikas, o kai pridedamas NMP kiekis yra didesnis nei 1%, tai turės įtakos akumuliatoriaus ciklo charakteristikoms.

Išvada

Teigiamo elektrodo lakšto sukibimas gali būti pagerintas pridedant NMP, o sukibimas palaipsniui didėja didėjant pridedamo NMP kiekiui. Pridėjus NMP, rūgštinės grupės ant elektrodo bus neutralizuojamos, o tai gali sumažinti elektronų praradimą ant elektrodo paviršiaus, užkirsti kelią suspensijai nuo tiksotropijos, padidinti rišiklio ir srovės kolektoriaus sukibimą, teigiamo elektrodo suspensijos pasiskirstymą tolygiai. , ir pagerinti sklandumą, taip pagerinant suspensijos ir elektrodo panaudojimą. Kai pridedamas NMP kiekis yra mažesnis nei 1%, tai neturės įtakos akumuliatoriaus iškrovimo greičiui ir gali pagerinti akumuliatoriaus ciklo charakteristikas. Tačiau, kai pridedamas NMP kiekis yra didesnis nei 1%, NMP paveiks teigiamo elektrodo iškrovimo pajėgumą ir vidutinę įtampą bei sumažins akumuliatoriaus ciklo charakteristikas.