Un protocole de construire et de tester les cellules de pièces de monnaie de batteries lithium-ion est décrite. Les procédures spécifiques de fabrication d'une électrode de travail, la préparation d'un contre-électrode, l'assemblage d'une cellule à l'intérieur une boîte à gants et la cellule test sont présentées.
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Article de méthode
Construction et d'essai des Piles de batteries lithium-ion
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les batteries rechargeables lithium-ion ont de larges applications dans l'électronique, où les clients exigent toujours plus de capacité et une plus longue vie. Les batteries au lithium-ion ont aussi été considérés pour être utilisé dans les véhicules électriques et hybrides 1 ou même de systèmes électriques de stabilisation de la grille 2. Toutes ces applications de simuler une augmentation spectaculaire dans la recherche et le développement de matériaux pour batteries 3-7, y compris de nouveaux matériaux 3,8, le dopage 9, 10-13, nanostructuration des revêtements ou des modifications de surfaces 14-17 et nouveaux liants 18. Par conséquent, un nombre croissant de physiciens, chimistes et spécialistes des matériaux ont récemment aventurés dans ce domaine. Piles sont largement utilisés dans les laboratoires de recherche pour tester les matériaux de la nouvelle batterie, même pour la recherche et le développement que les applications cibles à grande échelle et de forte puissance, cellules petite pièce de monnaie sont souvent utilisés pour tester les capacités et les moyens de tauxnouveaux matériaux dans la phase initiale.
En 2010, nous avons commencé la National Science Foundation (NSF) a parrainé des projets de recherche pour étudier la surface d'adsorption et de désordre dans les matériaux pour batteries (subvention n. DMR-1006515). Dans la phase initiale de ce projet, nous avons eu du mal à apprendre les techniques de montage et de tester les cellules de pièces de monnaie, qui ne peuvent pas être obtenus sans l'aide de nombreux chercheurs d'autres universités dans d'autres (par le biais des appels fréquents, les échanges par courrier électronique et deux visites de sites). Ainsi, nous pensons qu'il est bénéfique pour documenter, à la fois par texte et vidéo, un protocole d'assemblage et de test d'une cellule pièce de monnaie, ce qui aidera d'autres nouveaux chercheurs dans ce domaine. Cet effort représente le «impact plus large des« activités de notre projet NSF, et il sera également aider à éduquer et inspirer les élèves.
Dans cet article, vidéo, nous documenter un protocole d'assembler une cellule bouton CR2032 avec un LiCoO 2 électrode de travail, une contre-électrode Li,et (l essentiellement couramment utilisé) fluorure de polyvinylidène (PVDF) servant de liant. Afin d'assurer de nouveaux apprenants à répéter facilement le protocole, nous gardons le protocole le plus précis et explicite que nous le pouvons. Cependant, il est important de noter que dans la recherche spécifique et le travail de développement, de nombreux paramètres adoptée ici peut être modifiée. Tout d'abord, on peut rendre les cellules de pièces de monnaie de différentes tailles et de tester l'électrode de travail contre une contre-électrode autre que Li. Deuxièmement, les montants de C en noir et liant ajouté dans les électrodes de travail sont souvent modifiées en fonction de l'usage particulier de la recherche, par exemple, de grandes quantités de C noir ou même poudre inerte ont été ajoutés à l'électrode de travail pour tester le «intrinsèque» des performances de 14 matériaux de cathode. Troisièmement, les liants mieux (autre que PVDF) ont également mis au point et utilisé 18. Enfin, d'autres types d'électrolytes (au lieu de LiPF 6) peut également être utilisé, en fait, certains matériaux d'électrodes à haute tension, il faudra les utilisations de electrol spécialeytes 7.
Protocole
1. Préparation d'une électrode de travail
- Préparer un mélange de ~ 6 en poids. % De fluorure de polyvinylidène (PVDF) liant dans de la N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP).
- Peser 80 poids. % De matière active (LiCoO 2, dans ce cas) et 10 en poids. % C noir (acétylène, 99,9% +), puis les mélanger dans un tourbillon pendant 1 min.
- Ajouter NMP-liant mélange de telle sorte que le liant constitue 10 en poids. % Du poids total du mélange.
- Transférer le mélange ci-dessus dans un petit flacon de verre et mélanger dans le mélangeur vortex au régime maximal pendant environ 30 min. Deux billes de zircone de 5 mm de diamètre peut ê....
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Discussion
Dans notre expérience, l'étape la plus critique dans la préparation de l'électrode de travail est prise boues bonnes relations avec la cohérence. Comme le montre la figure 4, l'excès de NMP dans la suspension peut résulter d'un revêtement fissuré, tout insuffisante NMP peut entraîner un revêtement poreux. Dans le travail présenté ici, CR2032 pile bouton cas qui sont 20 mm de diamètre sont utilisés. Il convient de noter que les cas de cellules de pièces de monnaie de tailles différentes p.......
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Déclarations de divulgation
Pas de conflits d'intérêt déclarés.
Remerciements
Nous tenons à souligner l'appui du programme dans la division Céramiques de recherche sur les matériaux de l'US National Science Foundation, en vertu de la concession no. DMR-1006515 (gestionnaire de programme, le Dr D. Madsen Lynnette).
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Nom du réactif | Entreprise | Numéro de catalogue | |
| Poly (fluorure de vinylidène) | Sigma-Aldrich | 182702 | |
| 1-méthyl-2-pyrrolidinone, 99,5% | Alfa Aesar | 31903 | |
| LiCoO 2 | Alfa Aesar | 42090 | |
| Le noir de carbone, l'acétylène, + 99,9% | Alfa Aesar | 39724 | |
| LiPF 6 en CE: DMC: DEC | MTI Corporation | EQ-Be-LiPF6 | |
| Séparateur Celgard | Celgard | C480 | |
| Console de mixage Vortex analogique | VWR | 58816-121 | |
| Étuve à vide | |||
| Videpomper | |||
| Presse hydraulique | |||
| Cas Pile bouton | MTI Corporation | EQ-CR2032-CASE-304 | |
| Le printemps et l'entretoise | MTI Corporation | EQ-CR20SprSpa-304 | |
| Boîte à gants | MBraun | UNILAB | |
| Testeur de batterie | Arbin Instruments | BT2143 |
Références
- Cairns, E. J., Albertus, P. Batteries for Electric and Hybrid-Electric Vehicles. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 1, 299-320 (2010).
- Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. -M. Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices. Sc....
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Réimpressions et autorisations
