2013년 8월 12일
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 (> 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.
이 절차의 전반적인 목표는 고체 폴리머 리튬 배터리를 만드는 것입니다. 먼저 자유 라디칼 중합 접근법을 사용하여 이식 중합체를 합성한 다음 음극을 리튬 분말로 코팅합니다. 음극과 리튬 금속 양극 모두에 고체 폴리머를 코팅합니다.
이제 음극과 양극을 전체 셀로 조립합니다. 전도도 테스트는 고체 폴리머가 전해질로 기능할 수 있음을 보여주는 데 사용됩니다. 이 방법에 대한 아이디어는 처음 떠올랐는데, 음극 입자와 고분자 전해질 사이의 습윤을 개선하고 싶었기 때문입니다.
그리고 우리는 음극 혼합물을 합성하기 위해 폴리머를 음극 바인더로도 사용함으로써 이를 수행했습니다. 볼 밀링 리튬 철 인산염 분말을 카본 블랙으로 분쇄하고 혼합물을 이식 공중 합체 전해질 용액에 용해시키고 5 대 1 중량 비율로 슬러리를 섭씨 80도까지 가열하고 연속 교반의 하에서 열린 캡으로 슬러리를 가열합니다. 그런 다음 슬러리를 초음파 처리하고 자기적으로 저어 적절한 혼합을 보장합니다.
이제 닥터는 알루미늄 호일에 제곱 센티미터당 10밀리그램의 로딩 계수로 슬러리를 블레이드합니다. 복합 음극을 섭씨 80도의 진공 오븐에서 밤새 건조시켜 잔류 테트라 하이드로 및 수분을 제거합니다. 복합 음극을 아르곤으로 채워진 글로브 박스로 운반하여 고정밀 전극 커터 펀치, 1.4cm 제곱의 작은 디스크를 만듭니다.
그런 다음 주조된 순수 GCE 용액을 전극 디스크에 떨어뜨려 전해질층을 형성합니다. 글로브 박스 내부의 핫 플레이트에서 최종 음극 전해질 디스크를 섭씨 80도의 이슬점으로 가열하여 THF를 증발시킵니다. 이제 수동 폐쇄 도구를 사용하여 동일한 크기의 GCE 코팅 금속 리튬 디스크와 함께 CR 2 0 3 2 코인 셀을 조립합니다.
성능을 비교하려면 동일한 리튬 철 인산염 분말과 리튬 금속 양극으로 구성된 두 번째 셀 세트를 조립합니다. 그러나 A-P-V-D-F 바인더 수지, A-P-V-D-F 분리막 및 1몰 리튬 헥사 플루오로 포스페이트의 액체 전해질을 EC 대 DMC 비율 1로 사용하십시오. 이제 32채널 Mac 4, 000 배터리 테스터를 사용하여 주변 온도에서 사이클링 테스트를 수행합니다.
리튬 기반 배터리는 납산, 니켈, 카드뮴 및 니켈 금속 수소화물 배터리보다 에너지 밀도가 높습니다. 전체 리튬 이온 배터리는 음극과 양극, 전해질 및 분리막으로 구성됩니다. 전해질은 전해질 자체와 전극 전해질 계면을 통해 임피던스로 인해 전체 전력 용량에 영향을 미칩니다.
이 예에서는 POEM과 PDMS의 두 단량체를 사용하여 최종 분자량이 몰당 500, 000g인 이식 공중합체를 합성했습니다. 코인 셀은 리튬 철 인산염의 회색 입자, 탄소의 검은색 입자, 파란색 스파게티, GCE 및 리튬 금속의 양극을 보여주는 이 회로도에 표시된 대로 조립되었습니다. 액체와 달리 폴리머 사슬을 따라 이온을 운반하려면 두 가지 활성화 장벽을 극복해야 합니다.
배위 EO 단위에 의한 이온의 구원은 우리의 hest 의존성을 가지며 폴리머의 분절 운동은 VLE Toman vulture 의존성을 갖습니다. 실온에서의 세포 사이클링 성능에 대한 이러한 데이터는 그램당 15밀리암페어의 기존 액체 전해질과 그램당 10밀리암페어의 그라프트 공중합체 전해질 바인더를 사용하는 셀의 충전 및 방전 프로파일을 보여줍니다. 예상대로 고체 폴리머 셀의 방전 전압 프로파일은 서로 다른 방전 전류에서 온도에 따라 달라집니다.
방전 전압 프로파일은 특정 용량의 함수로 표시할 수 있습니다. 더 높은 온도에서는 더 나은 성능이 있습니다. 서로 다른 전력 밀도에서의 에너지 밀도는 폴리머 및 액체 전해질 배터리에 대한 ragone plot으로 제시될 수 있습니다.
참고: 고체 폴리머 배터리는 이 절차에 따라 고온에서 안전하게 작동합니다. 카운터 및 입자 크기 분석과 같은 다른 방법을 사용하여 음극의 poros osteo 및 전체 배터리 변동성에 대한 입자 크기의 영향과 같은 추가 질문에 답할 수 있습니다.
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이 기사는 전통적인 유기 전해질의 더 안전한 대안으로 작용하는 고체 폴리머 리튬 배터리의 개발에 대해 논의합니다. 주 초점은 그래프트 폴리머의 합성 및 고온 환경에서의 응용에 놓여 있습니다.
Solid-state graft copolymer electrolytes address critical safety and performance challenges in lithium battery development, particularly for high-temperature and automotive applications. By enabling stable operation above 60 °C, these materials reduce reliance on volatile organic electrolytes and complex cooling systems, supporting safer and more robust energy storage solutions. Their integration into R&D pipelines enhances predictive confidence for next-generation battery platforms and supports risk-adjusted portfolio advancement.
This solid-state electrolyte workflow bridges early material discovery, screening, and preclinical validation for lithium battery R&D.