Solid-State-Graft Copolymer Elektrolyte für Lithium-Batterie-Anwendungen

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, feste Polymer-Lithium-Batterien zu bauen. Verwenden Sie zunächst einen Polymerisationsansatz mit freien Radikalen, um ein Pfropfpolymer zu synthetisieren, und beschichten Sie dann die Kathode mit Lithiumpulvern. Fahren Sie fort, das feste Polymer sowohl auf der Kathode als auch auf der Lithium-Metall-Anode zu beschichten.

Bauen Sie nun Kathode und Anode zu einer vollen Zelle zusammen. Der Leitfähigkeitstest wird verwendet, um zu zeigen, dass das feste Polymer als Elektrolyt fungieren kann. Die Idee zu dieser Methode hatten wir zuerst, weil wir die Benetzung zwischen den Kathodenpartikeln und dem Polymerelektrolyten verbessern wollten.

Und wir haben dies getan, indem wir das Polymer auch als Kathodenbindemittel verwendet haben, um die Kathodenmischung zu synthetisieren. Kugelmahlen Sie Lithium-Eisenphosphat-Pulver mit Ruß und lösen Sie das Gemisch in der Pfropf-Copolymer-Elektrolytlösung bei einem Gewichtsverhältnis von fünf zu eins zu eins auf, erhitzen Sie die Aufschlämmung auf 80 Grad Celsius mit geöffneter Kappe unter ständigem Rühren. Dann beschallen und magnetisch die Aufschlämmung umrühren, um eine ordnungsgemäße Durchmischung zu gewährleisten.

Schabeln Sie nun die Gülle mit einem Beladungsfaktor von 10 Milligramm pro Quadratzentimeter auf die Alufolie. Trocknen Sie die Komposit-Kathode über Nacht in einem Vakuumschrank bei 80 Grad Celsius, um Tetra-Hydro- und Feuchtigkeitsreste zu entfernen. Transportieren Sie die Komposit-Kathode in ein mit Argon gefülltes Handschuhfach zu einem hochpräzisen Elektrodenschneider-Stanzer, 1,4 Zentimeter große, quadratische kleine Scheiben.

Geben Sie dann gegossene reine GCE-Lösung auf die Elektrodenscheiben, um die Elektrolytschicht zu bilden. Erhitzen Sie die abschließenden Kathodenelektrolytscheiben auf einer Heizplatte im Handschuhfach mit einem Taupunkt von 80 Grad Celsius, um den THF zu verdampfen. Montieren Sie nun mit einem manuellen Schließwerkzeug die CR 2 0 3 2 Knopfzellen zusammen mit GCE-beschichteten metallischen Lithiumscheiben in gleicher Größe.

Um die Leistung zu vergleichen, bauen Sie einen zweiten Satz Zellen zusammen, der aus den gleichen Lithium-Eisenphosphat-Pulvern und der gleichen Lithium-Metall-Anode besteht. Verwenden Sie jedoch A-P-V-D-F-Bindemittelharz, A-P-V-D-F-Separator und einen flüssigen Elektrolyten aus einem molaren Lithiumhexafluorphosphat in einem EC-zu-DMC-Verhältnis von eins. Führen Sie nun die Zyklustests bei Umgebungstemperatur mit einem 32-Kanal-Batterietester Mac 4, 000 durch.

Batterien auf Lithiumbasis haben höhere Energiedichten als Blei-Säure-, Nickel-, Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien. Eine vollständige Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einer Kathode und Anode, einem Elektrolyten und einem Separator. Der Elektrolyt beeinflusst die Gesamtleistungsfähigkeit aufgrund der Impedanz, sowohl durch den Elektrolyten selbst als auch an den Elektrodenelektrolytgrenzflächen.

In diesem Beispiel wurden die beiden Monomere POEM und PDMS verwendet, um ein Pfropfcopolymer mit einem endgültigen Molekulargewicht von 500.000 Gramm pro Mol zu synthetisieren. Die Knopfzelle wurde so zusammengebaut, wie in diesem Schema dargestellt, das graue Partikel aus Lithium-Eisenphosphat, schwarze Partikel aus Kohlenstoff, blaue Spaghetti, GCE und eine Anode aus Lithiummetall zeigt. Anders als in Flüssigkeit muss der Transport von Ionen entlang von Polymerketten zwei Aktivierungsbarrieren überwinden.

Die Rettung der Ionen durch die koordinierenden EO-Einheiten hat unsere höchste Abhängigkeit und die segmentale Bewegung des Polymers hat eine VLE-Tomangeier-Abhängigkeit. Diese Daten der Zellzyklusleistung bei Raumtemperatur zeigen die Lade- und Entladeprofile von Zellen mit konventionellem flüssigem Elektrolyt bei 15 Milliampere pro Gramm und Pfropf-Copolymer-Elektrolytbindemittel bei 10 Milliampere pro Gramm. Erwartungsgemäß sind die Entladespannungsprofile der festen Polymerzellen bei unterschiedlichen Entladeströmen temperaturabhängig.

Die Entladespannungsprofile können als Funktionen einer bestimmten Kapazität dargestellt werden. Beachten Sie, dass bei höheren Temperaturen eine bessere Leistung erzielt wird. Die Energiedichten bei unterschiedlichen Leistungsdichten können als Ragone-Diagramm für Polymer- und Flüssigelektrolytbatterien dargestellt werden.

Beachten Sie, dass die Festpolymerbatterien bei hohen Temperaturen sicher arbeiten Nach diesem Verfahren. Andere Methoden wie Countering und Partikelgrößenanalyse können verwendet werden, um zusätzliche Fragen wie den Poros-Osteo der Kathoden und den Einfluss der Partikelgröße auf die gesamte Batterievariabilität zu beantworten.