Method Article

리튬 이온 코인 셀의 비수 전극 가공 및 건설

DOI:

10.3791/53490

⸱

February 1st, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, Texas A&M University, 2Department of Chemistry and Biochemistry, Texas State University

In This Article

Summary

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비수성 전극 처리는 코인 셀 구성 및 리튬 이온 배터리에 대한 새로운 전극 화학 평가의 핵심입니다. 학술적 실험 환경에서 배터리로 작업하는 전기 화학 엔지니어로서 필요한 기본 관행에 대한 단계별 가이드가 제공됩니다.

Abstract

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리튬 이온 배터리(LIB)에 활용될 새롭고 개선된 재료에 대한 연구는 모든 컴퓨터 분석에 대응하는 실험적 요소를 필요로 합니다. 학술 환경에서 리튬 이온 배터리 테스트는 여러 가지 형태를 취해 왔지만 가장 기본적인 수준에는 코인 셀 구조가 있습니다. 전통적인 LIB 전극 준비에서는 활물질, 바인더 및 전도성 첨가제로 구성된 다상 슬러리가 기판에 캐스팅됩니다. 그런 다음 건조된 시트에서 전극 디스크를 펀칭하여 전기화학적 평가를 위한 코인 셀 구성에 사용할 수 있습니다. 배터리에서 활물질 전위의 활용은 전극의 미세 구조에 크게 의존하는데, 이는 주요 구성 요소의 적절한 분포가 최적의 전기 전도성, 다공성 및 비틀림을 보장하는 데 중요하기 때문에 전기화학적 및 수송 상호 작용이 최적화되기 때문입니다. 건조 분말, 습식 혼합 및 건조의 조합에 이르는 가공 단계는 모두 미세 구조 형성에 영향을 미치는 다상 상호 작용에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 전기화학적 프로빙은 전극과 코인 셀을 최대한의 주의와 정밀도로 구성해야 합니다. 이 백서는 학술 환경에서 리튬 이온 배터리의 비수성 전극 처리 및 코인 셀 구성에 대한 단계별 가이드를 제공하고 건조 및 캘린더링의 영향을 해독하는 데 중점을 두는 것을 목표로 합니다.

Introduction

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리튬 이온 전지는 에너지 저장 장치 1-4의 계속 증가하는 요구를 충족시키기 유망한 소스를 나타낸다. LIBS의 용량의 향상은 전기 차량 -5,6-의 유효 범위를 개선 할뿐만 아니라, 결과적으로 격자 에너지 저장 응용 프로그램 (7)에 사용 LIBS의 생존 능력을 증가 방전의 깊이를 감소시켜 그 수명을 향상하지 않을 것이다.

원래 1970 년대 8 보청기 사용, 동전 세포는 오늘 일반적으로 신규 및 기존 전극 재료의 개발과 평가에 사용됩니다. 배터리 작은 폼팩터의 하나로서, 이러한 세포 학술 연구 환경에서 배터리를 생성하는 간단하고 효과적인 방법을 나타낸다. 일반적인 리튬 이온 배터리는 양극, 음극, 집 전체, 및 양극과 음극의 단락을 방지하는 다공질 세퍼레이터로 구성되어있다. 리튬 이온 전지의 작동 중에, IONS과 전자는 모바일이다. 방전시, 이온은 다공질 세퍼레이터를 통해 음극 (양극)으로부터 및 양극 또는 음극으로 이동한다. 한편, 전자는 최종적으로 캐소드 측에 이온과 재결합, 외부 회로를 통해, 전류 집 전체를 통해 이동한다. 이온 및 전자 전달과 관련된 저항을 감소시키기 위해, 구성 요소는 적절하게 배향 될 필요 - 거리 이온의 이동이 최소화되어야한다....

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Protocol

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이 프로토콜에 사용되는 용매, 시약, 또는 건조 분말 중 하나를 사용하는 경우에는주의가 필요합니다. 모든 MSDS 시트를 읽고 적절한 안전 조치를 취할. 표준 안전 장비는 장갑, 보호 안경 및 실험실 코트를 포함한다.

1. 음극 준비

주 : 음극 제조 공정의 개략도가도 1에 제시되어있다.

figure-protocol-1
음극을 만들 수있는 ETSL에 사용되는 단계의 그림 1. 도식 개요. 주요 과정은 동전 세포에 전극 시트와 통합의 건조하여 청소 알루미늄 기판 상에 준비 및 전극 슬러리의 캐스팅이 포함되어 있습니다. 여기를 클릭하십시오 큰 VE를보기이 그림의 rsion.

  1. 알....

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Results

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제대로 캐스트 전극 시트는 표면 외관에 유니폼을 표시하고 제대로 집을 준수해야합니다. 일반적으로 전극 시트의 박리는 불량한 기판의 에칭, 또는 초기 혼합 단계에서 작은 NMP를 갖는 하나에 의해 발생된다. 대안으로, 너무 많은 NMP 바람직하지 않다 기공율의 높은 정도를 표시하는 시트를 일으킬 수있다. 마지막으로 세 번째 패턴은 풀링 발생 나타나는 전극 표면에 관찰 될 수있다. 방 (습도, 온도, 및 공기 이동)의 주변 환경과의 상호 작용이 문제에 대한 가장 가능성있는 원인입니다. 흄 후드 내에서 격리이 문제를 방지 할 수 있습니다. 이러한 시나리오는도 3에서 볼 수있다.

깨어진 가장자리와,도 4에 도시 한 바와 같이 코인 셀 나타나야. 세포가 제대로 기압, 노출을 밀봉되어 있지 않은 경우ospher.......

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Discussion

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습식 혼합 스테이지들의 최적화 된 영향 전극의 균일 성 및 밀착성 슬러리 점도 및 코팅 능력에 중요하다. 여기에서 고전 단 혼합 방법은 용매, 첨가제, 바인더, 및 활성 물질이 바이알 내에 존재하는 유리 볼의 움직임을 활용 한 운동을 함께 혼합되는 경우, 사용된다. 마그네틱 스터 방법에 비해,이 혼합 방법은 훨씬 더 빠른 시간 혼합의 이점을 제공한다. 점성 솔루션을 효과적으로 혼합 될이 외에도이 높은 전단 혼합 수 있으며, 물에 산탄 검으로 더 어려운 바인더를 혼합하는 데 필요한 에너지를 제공한다. 혼합, 연마 특성이 유리 불순물 전극 슬러리에 혼입시킬 수있는 바와 같이,이 효과를 최소화하도록 사용될 유리 공은 폐기되어야한다. 필요한 유리 볼의 최소량은 바이알 내의 성분의 혼합 능력에 의존한다. 그러나, 상한으로 인해 존재슬러리의 손실을 혼합하여 유리 공을 코팅. 너무 작은 슬러리 또는 너무 많은 공, 그것은 전극을 캐스팅 할 수있는 전극 슬러리를 충분히 추출 할 수 없습니다. 필요한 NMP의 량은 건조 혼합물 (21.......

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Disclosures

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저자는 공개할 것이 없습니다.

Acknowledgements

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이 작품은 재정적으로 텍사스 A & M 대학 교수 연구 개시 승인 (무 케르)와 텍사스 주립 대학 창업 자금 (로즈)에 의해 지원됩니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1)TargrayPLB-H1
CNERGY Super C-65Timcal
폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF)KynarFlex 2801
1-Methyl-2-pyrrolidinone 무수, 99.5% NMPSigma-Aldrich328634
1.0 M LiPF6 in EC/DEC (1:1 by vol)BASF
Celgard 2500 분리기MTIEQ-bsf-0025-60C25 μ m 두께; 폴리프로필렌
알루미늄 호일MTIEQ-bcaf-15u-280
리튬 리본시그마 Aldrich3200800.75mm 두께
2-프로판올, ACS 시약, ≥ 99.5%Sigma Aldrich190764
아세톤, ACS 시약, ≥ 99.5%Sigma Aldrich179124
스테인리스 스틸 CR2032 코인 셀 키트 Pred Materials케이스, 캡, PP 가스켓
스테인리스 스틸 스페이서 Pred 재료15.5 mm 지름 x 0.5  mm 두께
의 스테인레스 스틸 웨이브 스프링 Pred 재료15 mm 지름 x 1.4  mm 높이
분석 저울OhausAdventurer AX
마노 모르타르 및 유봉VWR89037-4925인치 직경
튜브 드라이브IKA3645000
20ml 교반 튜브IKA3703000
유리 공McMaster-Carr8996K256mm 직경
자동 필름 어플리케이터ElcometerK4340M10-Doctor
BladeElcometer K0003580M005
다이 세트Mayhew66000
진공 오븐MTI
진공 펌프MTI
실험실 프레스MTIYLJ-12
유압 크림퍼MTIMSK-110
글로브박스MBraunLABstar
배터리 사이클러Arbin InstrumentsBT2000
Potentiostat/Galvanostat/EISBiologicVMP3
50316366

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wagner, R., Preschitschek, N., Passerini, S., Leker, J., Winter, M. Current research trends and prospects among the various materials and designs used in lithium-based batteries. J Appl Electrochem. 43, 481-496 (2013).
  2. Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode....

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Lithium ion BatteriesElectrode PreparationCoin Cell AssemblyNon aqueous ProcessingDrying CalendaringSlurry MixingFilm CastingVacuum DryingGlove Box AssemblyElectrochemical Analysis

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