Name: 건설과 리튬 이온 배터리의 동전 전지의 테스트 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-08-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 23 s
Description: 배우세요 리튬 이온 배터리 동전 전지의 제조 및 전기화학적 테스트 방법을. 글러브박스에서 전극을 조립하고 크림핑하여 밀봉한 후 충방전 용량과 속도 특성을 평가합니다.

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우리는 기꺼이 그없이 부여 아래, 미국 국립 과학 재단의 소재 연구 부문에서 도자기 프로그램에서 지원을 인정합니다. DMR-1006515 (프로그램 매니저 박사 Lynnette D. Madsen).

1. 작업 전극의 작성 <ol><li> ~ 6 wt의 혼합물을 준비합니다. N-메틸-2-pyrrolidone (NMP)의 % polyvinylidene 불소 (PVDF) 바인더. </li><li> 80 wt 씩이나. % 활물질 (이 경우에는 LiCoO 2) 및 10 wt. 그때 % C 블랙 (아세틸렌, 99.9 + %)과 1 분 소용돌이에서 그들을 섞는다. </li><li> 바인더 10 wt를 구성하는 NMP-바인더 혼합과 같은 추가합니다. 혼합물의 총 무게의 %. </li><li> 작은 유리관과 약 30 분 최대 rpm으로 소용돌이 믹서의 혼합에 상기 혼합물을 전송합니다. 5mm 직경의 두 지르코니아 공은 좋은 혼합을위한 매체로 사용할 수 있습니다. 필요한 경우 필요한 일관성의 슬러리를 얻기 위해 더 많은 NMP를 추가합니다. </li><li> 유리 플레이트에 대한 현재의 수집기 (일반적으로, 양극의 음극과 구리에 대한 알루미늄)의 금속 호일을 퍼뜨린다. 아세톤을 사용하여 박막과 유리 판 사이에 기포가 없는지 확인합니다. 트랙과 방어력을 형성 마스킹 테이프의 두 레이어를 사용하여코팅되는 지역을 오프라인. </li><li> 스테인레스 스틸 주걱을 사용하여 금속 호일에 슬러리를 적용하고 면도날을 사용하여 트랙에 균일하게 슬러리 분산. </li><li> ~ 90-120에서 공기 또는 진공 상태에서 코팅 건조 ° C에서 약 2~8시간에 대한 (어느 사용된 재료와 바인더에 의존 조정해야합니다.) </li><li> 이 강판 (그리고 코팅을 보호하는 방법은 두 무게 논문) 및 유압 프레스를 사용하여 ~ 3천파운드의 하중 하에서 언론 사이에 코팅된 금속 호일을 놓습니다. </li><li> 직경 8 mm의 디스크 (선호 글러브 박스 내부)에 말린 코팅된 금속 호일 버려. cathodes를 저울질하고 글러브 박스에 전송하기 전에 포장해주세요. </li><li> 직경에 8 mm의 디스크에 같은 소재의 uncoated 금속 호일을 주먹으로 이러한 디스크를 달다. </li></ol> 2. 전해질의 작성 <ol><li> Nalgene bottl에 전해질은 감광성의이기 때문에, (DEC이 경우 : DMC EC에서 1M LiPF 6) 전해질을 저장할전자는 알루미늄 호일로 감쌌다. </li></ol> 3. 카운터 전극의 작성 (이 경우에는 리튬 포일) <ol><li> 반짝 이는 은빛 표면이 (아르곤 글러브 박스 내부)가 나타날 때까지 나일론 브러시 / 스테인레스 스틸 메스를 사용하여 리튬 포일의 표면을 청소합니다. </li><li> 의 ½ 인치 직경 (아르곤 글러브 박스 내부) 디스크로 리튬 포일 버려. </li></ol> 4. 코인 셀 조립 <ol><li> 그림 2는 코인 셀 어셈블리의 구조를 보여줍니다. </li><li> 직경으로 사용할 구분 기호 19 mm의 디스크에 펀치 Celgard는 C480 세포막. </li><li> 글러브 박스 (아르곤과 교환기 다섯번이나 홍조 이후)에 코인 셀 케이스 (CR2032), 온천 및 스페이서 (MTI 사에서 구입), 구분 및 근무 전극을 전송합니다. </li><li> 글러브 박스에서 동전 전지를 조립. </li><li> 세포 컵에 전해질의 두 방울을 넣고 그 위에 작업 전극을 배치. 또 세 개 추가전해질과 그들 사이 전해질 두 방울의 가진 두 개 구분 기호를 중 드랍스. 거기에 리튬 카운터 전극을 배치하기 전에 전해질의 두 더 많은 방울을 추가합니다. 리튬 디스크에 두 스테인레스 스틸 스페이서와 스프링을 놓습니다. </li><li> 전지 뚜껑과 컴팩트한 crimping 기계 (MTI 사에서 구입)를 사용 크림프 3-4 회 사용하여 세포를 닫습니다. </li><li> 세포를 조립 후, 플라스틱 핀셋을 (단락 방지하기 위하여)를 사용하여 완성된 셀을 처리할 수 있습니다. </li><li> 종이 냅킨을 사용하여 세포의 측면에서 누출되는 과도한 전해액를 청소합니다. </li><li> 세포는 테스트가 준비하고 글러브 박스 밖으로 이동하실 수 있습니다. </li></ol> 5. 코인 셀 테스트 <ol><li> 최대한 준비로 한 시간 만이라도 개방 회로 전압 (OCV) 모드에서 배터리 시험기에 연결된 동전 전지 보관하십시오. </li><li> 전극을 작업에 사용되는 활성 물질을 기반으로 셀을 테스트 전압 윈도우를 정의합니다. </li><li> 계산아래와 같이 계산을 사용하여 셀에 대한 oretical 용량. </li></ol> 현재 수집기 = W EO와 전극 디스크의 무게 동일 직경의 uncoated 현재 컬렉터 디스크의 무게 = W CC 전극 재료, W EM의 무게에 의해 주어진다 <img alt="등식 1" src="/files/ftp_upload/4104/4104eq1.jpg" /> 전극, W 앰 활물질의 무게에 의해 주어집니다 <img alt="등식이" src="/files/ftp_upload/4104/4104eq2.jpg" /> 전극 디스크, C ED에 대한 이론적인 용량에 의해 주어진다 <img alt="등식 3" src="/files/ftp_upload/4104/4104eq3.jpg" /> C는 이론의입니다활성 물질의 pecific 용량. <ol start="4"><li> C-속도 필요한에서 충전 방전 사이클로 코인 셀을 테스트합니다. </li></ol> 6. 대표 결과 예를 들어, 코인 셀은 작업 전극 활물질로 LiCoO 2를 사용하여 건설되었습니다. 건설 후, 세포는 C / 5 비율로 테스트되었습니다. 취득 프로필이 그림 3에 표시됩니다. 전압 창문이 동전 전지 3 내지 4.3 V로 설정되었습니다. 용량은 첫 번째 충전 사이클을위한 155 mAh / g와 첫 번째 방전 사이클 140 mAh / g이었다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/4104/4104fig1.jpg" /> 코인 셀 건설 절차의 그림 1. 플로우 차트. 첫째, 작업 전극은 활성 재료의 분말에서 준비가되어 있습니다. 그런 다음 카운터 전극은 깨끗한 리튬 포일에서 준비되고 구분은 이미 찍었다고합니다. 마지막으로, 세포가아르곤 글러브 박스 내에 조립. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/4104/4104fig2.jpg" /> 그림 2.들은 코인 셀 케이스 내부에 배치되는 순서대로 모든 구성 요소를 보여주는 코인 셀 조립 프로세스의 도식. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/4104/4104fig3.jpg" /> 3. 대표 결과가 LiCoO 2와 리튬 포일 전극 카운터를 사용한 작업 전극을 사용하여 만들어진 동전 전지에서 얻은 그림. 줄거리는 C / 5 비율로 부과하고 배출되었다 코인 전지에 대한 첫 번째 요금이 최초의 방전 곡선을 보여줍니다. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/4104/4104fig4.jpg" /> 그림 4는. 좋고 나쁜 코팅의 비교는 그들은 건조 후에. 금이 코팅은 일반적으로 과도한 NMP을 가지고 있으며, 다공성 코팅은 일반적으로의의 결과 슬러리의 결과부족 NMP 있습니다 lurry. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/4104/4104fig5.jpg" /> 그림 5. 취소 방해하는 세포와 함께 잘 곱슬 곱슬하게지지는 코인 셀 및 심한 곱슬머리 코인 셀의 비교. 일반적으로 심하게 곱슬 곱슬하게지지는 코인 셀은 수분과 반응 후 리튬 포일의 붓기로 인해 주위에 몇 시간 후 열기를 나눕니다.

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</ol>

관심의 어떠한 충돌 선언 없습니다.

우리의 경험에서 작업 전극의 준비에서 가장 중요한 단계는 일관성과 함께 좋은 slurries하고 있습니다. 부족한 NMP는 다공성 코팅을 초래할 수있는 반면 다른 이름으로 그림 4와 같이, 슬러리의 과잉 NMP는 금이 코팅이 발생할 수 있습니다. 여기에 제시된 작품에서 직경이 20mm입니다 CR2032 코인 셀 케이스가 사용됩니다. 이것은 전극의 크기가 그에 따라 변화되어야 어디에 다양한 크기의 코인 셀 케이스는, 사용할 수 있다고 지적한다. 셀 조립하는 동안 사용되는 스페이서의 해당 숫자가 리튬 포일 전극과 셀의 높이의 두께에 따라 달라집니다. 이 숫자는 충분히 가까이 모여 세포를 얻기 위해 다양한 수 있습니다. 세포가 조립되고 나면, 그들은 꽉 도장을받을 곱슬머리입니다. 그것은 리튬 전극과 전해액이 모두 습기에 민감한 때문에 세포가 잘 유괴하는 것이 중요합니다. 그림 5는 badl의 비교를 보여줍니다취소 방해하는 세포와 함께 y를 방해하는 세포와 잘 유괴하는 세포...

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td></tr><tr><td> 폴리 (vinylidene 불화물) </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> 182,702 </td></tr><tr><td> 1 - 메틸-2-pyrrolidinone, 99.5 % </td><td> 알파 Aesar </td><td> 31,903 </td></tr><tr><td> LiCoO 2 </td><td> 알파 Aesar </td><td> 42,090 </td></tr><tr><td> 카본 블랙, 아세틸렌, 99.9 이상의 % </td><td> 알파 Aesar </td><td> 39,724 </td></tr><tr><td> LiPF EC 6 : DMC : 12 월 </td><td> MTI 주식 회사 </td><td> EQ - 지금 갈께요 - LiPF6 </td></tr><tr><td> Celgard 분리기 </td><td> Celgard </td><td> C480 </td></tr><tr><td> 아날로그 소용돌이 믹서 </td><td> VWR </td><td> 58816-121 </td></tr><tr><td> 진공 오븐 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 진공펌프 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 유압 프레스 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 코인 셀 케이스 </td><td> MTI 주식 회사 </td><td> EQ-CR2032-CASE-304 </td></tr><tr><td> 봄 및 스페이서 </td><td> MTI 주식 회사 </td><td> EQ-CR20SprSpa-304 </td></tr><tr><td> 글러브 박스 </td><td> mBraun </td><td> UNILAB </td></tr><tr><td> 배터리 시험기 </td><td> Arbin 인 스트 루먼트 </td><td> BT2143 </td></tr></tbody></table>

건설과 리튬 이온 배터리의 동전 전지의 테스트

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

고객은 항상 더 많은 용량과 더 이상 수명을 요구하는 곳이 충전지 리튬 이온 배터리는, 전자의 다양한 애플 리케이션이 있습니다. 리튬 이온 배터리는 전기 및 하이브리드 차량 1 또는 심지어 전기 그리드 안정화 시스템 2에서 사용되는 것으로 간주되었습니다. 이러한 모든 응용 프로그램은 10-13, 코팅이나 표면 개조 14-17과 소설 바인더 18 nanostructuring, 9 도핑, 새로운 재료 3,8 포함한 전지 재료 3-7의 연구 개발에서 극적인 증가를 시뮬레이트. 따라서, 물리 학자, 화학자 및 재료 과학자의 증가는 최근이 지역에 많은 모험을했습니다. 코인 전지는 광범위하게 새로운 배터리 재료를 테스트하기 위해 연구 실험실에서 사용되는, 심지어는 연구 개발 대상 대규모 높은 전력 응용되는, 작은 동전 전지는 자주의 용량 및 속도 기능을 테스트하는 데 사용됩니다초기 단계의 새로운 소재. 2010 년에, 우리는 표면 흡착 및 배터리 자료에 disordering (교부금 안돼. DMR-1006515)을 조사하는 연구 프로젝트를 후원하는 국립 과학 재단 (NSF)을 시작했다. 이 프로젝트의 초기 단계에서 우리는 다른 대학 (잦은 전화, 이메일 교류와 두 사이트 방문을 통해) 다른 연구자의 많은 도움없이는 달성될 수없는 동전 전지, 조립 및 시험 기술을 배우기 위해 노력했습니다. 따라서, 우리는 그것이 텍스트와 비디오 모두에 의해,이 분야에서 다른 새로운 연구자 도움이 될 것입니다 동전 전지를 조립하고 시험 프로토콜을 문서화하는 유익하다고 느낍니다. 이러한 노력은 우리의 NSF 프로젝트의 &quot;광범위한 영향&quot;활동을 대표하고, 또한 학생들을 교육하고 격려하는 데 도움이 될 것입니다. 이 비디오 기사에서 우리는, LiCoO 2 작업 전극, 리튬 카운터 전극과 CR2032 코인 셀 조립 프로토콜을 문서화그리고 (대부분 일반적으로 사용되는) polyvinylidene 불소 (PVDF) 바인더. 새로운 학습자가 쉽게 프로토콜을 반복 확보하기 위해 구체적이고 최대한 명시적로 프로토콜을 유지. 그러나 구체적인 연구 개발 업무에 많은 매개 변수가 변경될 수있다 여기에 채택된 점에 유의하는 것이 중요합니다. 첫째, 하나는 다양한 크기의 동전 전지를 만들고 리튬 이외의 카운터 전극에 대한 작업 전극을 테스트할 수 있습니다. 둘째, C 검정과 바인더의 금액은 종종 연구의 특정 목적에 맞게 변화되는 작업 전극에 추가, 예 : C 블랙 또는 불활성 분말의 다량은 &quot;본질적인&quot;성능을 테스트하는 작업 전극에 추가된 음극 재료 14. 셋째, 더 바인더는 (PVDF 이외)도 개발 및 18을 사용했습니다. 마지막으로, 전해질 (대신 LiPF 6) 다른 종류도 사용할 수 있으며, 실제로 특정 고전압 전극 소재는 특수 electrol의 사용을 필요로합니다ytes 7.

리튬 이온 배터리의 동전 전지를 구성하고 테스트하는 프로토콜이 설명되어 있습니다. , 작업 전극을 만드는 카운터 전극을 준비, 글러브 박스 안에 셀을 조립하고 세포를 테스트의 구체적인 절차가 제공됩니다.

충전식 리튬 이온 배터리는 전자 제품 분야에서 널리 응용되고 있으며, 소비자들은 항상 더 높은 용량과 더 긴 수명을 요구합니다. 리튬 이온...

이 절차의 전반적인 목적은 실험실 연구를 위한 하프 코인 셀(half coin cell)을 제작하고 테스트하는 것입니다. 먼저 작업 전극, 상대 전극 및 기타 셀 구성 요소를 준비합니다. 그런 다음 글로브 박스 내에서 코인 셀을 세심하게 조립하고 크림핑(crimping)으로 밀봉합니다.마지막으로, 코인 셀의 전기화학적 테스트를 수행하여 충·방전 용량, 율속 특성 및 기타 유용한 코인 셀 정보를 포함한 주요 특성을 결정합니다. 일반적으로 셀의 성능은 조립 과정에 매우 민감하므로 셀 제작이 까다롭습니다. 먼저, NMP 내에 약 8%PVDF 바인더가 포함된 NMP 바인더 혼합물을 준비합니다.다음으로, 활물질과 카본 블랙을 혼합하고 1분 동안 볼텍싱합니다. NMP 바인더 혼합물을 일부 첨가한 후, 성분들을 작은 유리 바이알로 옮깁니다. 샘플을 최대 RPM으로 약 30분 동안 볼텍싱합니다.필요한 경우, 더 효율적인 혼합을 위해 직경 5 mm의 지르코니아 볼 2개를 추가하십시오. 요구되는 점도의 슬러리를 얻을 때까지 NMP를 계속해서 추가하십시오. 다음 단계로, 유리판 위에 집전체 금속 박막을 펼치십시오.양극의 집전체로는 알루미늄을 사용하고, 음극의 집전체로는 구리를 사용합니다. 아세톤을 사용하여 호일과 유리판 사이의 기포를 모두 제거하십시오. 이제 스테인리스 스틸 스패튤라를 사용하여 코팅될 영역을 지정하도록 마스킹 테이프를 두 겹으로 부착합니다.슬러리를 금속 박막 위에 도포합니다. 사용된 재료와 바인더에 따라 면도날을 사용하여 트랙 위에 슬러리를 균일하게 펴 바릅니다. 코팅된 시료를 공기 중 또는 진공 상태에서 약 90 to 120 °C의 온도로 약 2 to 8시간 동안 건조합니다.건조된 코팅을 절단한 후, 코팅을 보호하기 위해 두 장의 칭량지와 강철판 사이에 코팅된 금속 박막을 놓습니다. 그런 다음 약 3000파운드의 하중으로 가압합니다. 이제 건조 코팅된 금속 박막에서 8mm 디스크를 펀칭합니다.다음으로, 양극의 무게를 측정합니다. 양극을 랩으로 감싸 글로브 박스에 넣습니다. 또한, 전해질이 빛에 민감하므로 동일한 재질의 코팅되지 않은 금속 박막을 8mm 직경의 디스크 형태로 펀칭하여 무게를 측정합니다.알루미늄 호일로 감싼 Nalgene 병에 넣어 Argonne 글로브 박스 내에 보관하십시오. 나일론 브러시나 스테인리스강 메스를 사용하여 리튬 호일 표면에 반짝이는 은색 표면이 나타날 때까지 세척하십시오. 그다음 리튬

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리튬 이온 배터리는 주위 온도 응용 프로그램에 적합 가연성 및 휘발성 유기 전해질을 사용합니다. 유기 전해질에 대한 안전한 대안은 솔리드 폴리머 배터리입니다. 고체 고분자 전지 따라서 이러한 깊은 석유 시추 및 하이브리드 전기 자동차와 같은 고온 응용 프로그램들을 적용하고, 높은 온도 (&gt; 120 ° C)에서 안전하게 작동합니다. 이 문서는 (a) 고분자 합성, (B) 고분자 전도 메커니즘, 그리고 (c) 고체 고분자 유기 전해질 모두 온도 사이클을 제공에 대해 설명합니다.

리튬 배터리 애플리케이션을위한 고체 그래프트 공중 합체 전해질

우리는 싱크로트론 X-선 흡수 분광 (XAS) 및 X 선 회절에 리튬 이온 및 NA-이온 전지의 전극 재료의 층간 삽입 / 탈리 프로세스의 세부 사항을 조사하는 (XRD) 기술의 사용을 설명한다. 시츄 및 현지 외 실험 장치의 동작과 관련된 구조적 거동을 이해하기 위해 사용되는 두...

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전극 및 전해질의 준비를 통한 비양성자 Li-O2 배터리의 전기화학 테스트를 위한 프로토콜과 자주 사용되는 특성화 방법에 대한 소개가 여기에 나와 있습니다.

비 양성 자성 리튬 O의 전기 시험 프로토콜 및 특성<sub&gt; 2</sub&gt; 배터리

여기에서는 포스포늄 기반 이온 액체 및 리튬 비스(트리플루오로메탄) 설폰아미드 염 전해질을 준비하고 불연성 및 고온 기능 리튬 이온 코인 셀 배터리를 조립하기 위한 프로토콜을 설명합니다.

이온 성 액체 기반 전해질의 합성 리튬 이온 배터리의 조립 및 고온에서의 성능 측정

집중 된 이온 살을 사용 하 여 화학적 활성 LiPON 기반 고체 리튬-이온 nanobatteries의 제조에 대 한 프로토콜 제공 됩니다.

집중 된 이온 빔 제작 현장에서 테스트 LiPON 기반 고체 리튬-이온 Nanobatteries

3 전극 셀은 리튬-이온 배터리의 전기 화학 공부에 유용 합니다. 이러한 전기 설치 현상을 음극 및 양극 분리 하 여 독립적으로 검사와 관련 된 수 있습니다. 여기, 선물이 리튬 도금 분석에 중점을 함께 건설 하 고 3-전극 코인 셀의 사용에 대 한 가이드.

3 전극 동전 전지 준비 및 Electrodeposition 리튬-이온 배터리에 대 한 분석

여기, 우리는 제조 및 현장에서 전송 전자 현미경 관찰, 전극 재료 및 전기 화학 배터리 셀 테스트 합성 함께 그래 액체 셀의 준비에 대 한 프로토콜을 제시.

그래 액체 셀 리튬-이온 배터리 재료의 관찰에 대 한 준비

이 작업은 열 폭주 (TR)를 겪고있는 리튬 이온 배터리 음극 및 양극 재료의 반응 역학을 결정하는 것을 목표로합니다. 동시 열 분석 (STA) / 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광계 / 가스 크로마토 그래피 질량 분석법 (GC-MS)을 사용하여 열 이벤트를 밝히고 방출 된 가스를 감지했습니다.

리튬 이온 배터리의 분해 메커니즘의 식별 및 정량화; 열 폭주 모델링을 위한 열 흐름 시뮬레이션에 대한 입력

본 프로토콜은 빔 민감성 배터리 계면의 특성을 분석하기 위한 선량 제어 저온 주사 전자 나노빔 회절(cryo-SEND) 워크플로를 설명합니다. 이 방법은 무빙(ice-free) 저온 처리, 전자 선량 제어 및 회절 기반 이미징을 결합하여 천연 고체 전해질 계면(SEI)을 보존합니다. 본 워크플로에는 시료 준비, 저온 이송, 빔 정렬 및 데이터 획득에 관한 지침이 포함되어 있습니다.

빔 민감성 배터리 계면의 구조적 특성 분석을 위한 저온 주사 전자 나노빔 회절 워크플로우

배우세요 리튬 이온 배터리 동전 전지의 제조 및 전기화학적 테스트 방법을. 글러브박스에서 전극을 조립하고 크림핑하여 밀봉한 후 충방전 용량과 속도 특성을 평가합니다.

건설과 리튬 이온 배터리의 동전 전지의 테스트

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