원래의 Lithiated 참조 전극: 4 개의 전극 디자인-operando 임피던스 분광학에 대 한

Summary

리튬 이온 배터리에서 기준 전극의 높은 전압에서 저하 메커니즘을 명료 하 게 귀중 한 정보를 제공 합니다. 이 문서에서는, 우리 수용 전기 화학 측정에서 얻은 데이터의 최대 정확도 보장 하기 위해 어셈블리 단계와 함께 여러 참조 전극 셀 디자인 제시.

Abstract

이 장치에서의 리튬 이온 건전지 높은 에너지 출력 동작 전압을 연장합니다. 그러나 높은 전압,, 트리거 또는 장기 성능 감퇴에 대 한 책임 여러 프로세스를 가속화할 수 있습니다. 세포 내부에 발생 하는 실제 프로세스의 복잡성을 감안할 때, 그것은 종종이 성능 저하의 근본 원인의 완전 한 이해를 달성 하기 위해 도전. 이 이러한은 배터리의 모든 전기 화학 측정 셀의 모든 부품의 결합 된 기부금 반환 됩니다 사실에서 부분에서 발생 합니다. 기준 전극의 음극과 개별적으로 찾는 것을 양극의 전기 화학 반응을 수 문제의 부분을 해결할 수 있다. 전압 범위는 음극으로 경험된에서 변형 예를 들어 변경 전체 셀에서 cyclable 리튬 이온의 수영장에서 나타낼 수 있습니다. 배터리에 많은 interphases의 구조적 진화도 모니터링할 수 있습니다, 전체 셀 임피던스 각 전극의 기여를 측정 하 여. 이러한 다양 한 정보 리튬 이온 배터리에서 진단 분석의 범위를 증폭 하 고 개별 셀 구성의 최적화에 대 한 귀중 한 입력을 제공 합니다. 이 작품에서 여러 참조 전극, 수용할 수 테스트 셀의 디자인을 소개 하 고 현재 참조 전극 어셈블리를 자세히 측정의 각 특정 형식에 대 한 적절 한 처리의 정확성을 극대화 하기 실험 결과입니다.

Introduction

리튬 이온 배터리 (라이브러리)에서 높은 에너지 밀도 대 한 수요가 제한 Li-이온 전지 성능¹기본 요소를 이해 하는 쪽으로 연구를 몰고 있다. 높은 전압 동작 계층된 전이 금속 산화물 음극, 흑연 양극 및 유기 탄산염 전해질의 새로운 세대를 포함 하는 셀의 여러 기생 반응^2,3와 연결 됩니다. 이러한 반응 중 일부는 리튬-이온 재고 소비 하 고 셀^4,5,,67의 상당한 임피던스 증가 자주 발생. 리튬-이온의 손실 또한 전극의 표면 전위의 순 이동에서 발생합니다. 참조 전극 대 전체 셀에 개별 전극에 전압 변화 모니터링 (다시)에서 수행할 수 있습니다 상업 3 전극 셀 디자인^8,9,,1011 ....

Protocol

1. 구리/주석 와이어 스트립

1. 열은 상업적으로 스트립 솔루션을 얻을.
   1. 바닥에서 약 5 mm의 깊이를 상업 산업 급료 스테인리스 비 커 (7.6 cm 직경에서 및 높이 8.5 c m)에 솔루션을 스트립 하 거 라. 뜨거운 접시에 비 커를 놓습니다. 약 5 ° C/min의 느린 속도가 열 시작 합니다.
   2. 밀접 하 게 모니터링 하는 솔루션의 온도 램프 고 필요한 난방 속도로 유지 하 핫 플레이트의가 열 속도 조정할 솔루션으로 휴대용 열전대를 담가.
2. 참조 전선 준비에 대 한 지 그에 Cu/Sn 와이어의 설정.
   1. 지 그 (4 c m, 길이 7 m)의 형태로 두꺼운 구리 와이어를 바람. 마운트 상업 Cu/Sn (또는 순수 Cu) 와이어 (지름에서 25.4 µ m), Sn의 얇은 층으로 도금과 전자 폴리우레탄 코팅 절연) 그림 1a와 같이 지 그에.
      참고:이 전선 매우 섬세 하 고 거친 처리 하는 경우 중단 될 수 있습니다.
3. 폴리머를 스트립
   1. 일단 스트립 솔루션의 온도 열전대에 약 85 ° C 읽습니다, 솔루션을가 열 중지 하 고 솔루션에 탑재 하는 와이어 지 그를 담가.

Results

그림 2 는 1.2 M LiPF₆ (FEC)에서 개별 전극의 전압의 대표 프로필: EMC (과 w/w) 형성의 첫 번째 및 두 번째 주기 동안 전해질으로. 그림 3 후 세 형성 주기 및 주기 생활 노화 프로토콜의 끝에 셀의 EIS 스펙트럼을 보여준다. 다시 lithiate 수 개별 전극에 임피던스의 정확한 추적에 EIS 데이터 에이즈를 다시 변경 합니다.

그림 1입니다. 와이어 준비 및 셀 참조 어셈블리의 회로도 시각적 표현
(폴리머 코팅, (b) 부분 와.......

Discussion

그림 2a 는 그림 2b 동안 전체 셀의 전압 프로필 이며 2 c 3와 4.4 V 사이 전체 셀을 순환 하는 동안에 해당 하는 긍정 및 부정적인 전극 vs Li/Li⁺ 몇 전압 프로필 표시. 로 전체 셀 3와 4.4 V 사이의 검색, 긍정적인 전극 경험 3.65 V와 V 4.45 0.65 V에서 0.05 V vs사이 부정적인 전극 사이의 전압을 볼 수 있습니다. Li/Li⁺ 각각. 충전, 동안 (vs. Li/Li⁺) 잠재력을 나타내는 데 lithiation (vs. Li/Li⁺) 부정적인 전극의 긍정적인 증가 나타내는 lithiation을 감소 합니다. 부정적인 전극의 잠재력으로 첫 번째 충전에 도달 ~ 1.1 V, 기울기와 작은 잠재적인 고원의 변화가 있다. 이것은 .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Insulstrip 220	Ambion Corporation	081607-1
수산화나트륨 (23 wt%)	Ambion Corporation	1310-73-2	Insulstrip 220
푸르푸릴 알코올 (10 wt%)	Ambion Corporation	98-00-0	Insulstrip 220
NCM523	TODA America	NM4100
C-45	주식회사 팀칼
폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVdF)	Sigma Aldrich	427152
Sn over Cu wire	Kanthal	MELT # 24633	맞춤 주문
배터리 사이클러	Maccor USA	시리즈 2300
Potentiostat	Solartron 분석	1470 E