Niet-waterige elektrodebewerking is essentieel voor de constructie van muntbatterijen en de evaluatie van nieuwe elektrodechemieën voor lithium-ionbatterijen. Er wordt een stapsgewijze handleiding gegeven voor de basispraktijken die nodig zijn als elektrochemisch ingenieur die in een academische experimentele omgeving met batterijen werkt.
Methodenartikel
Niet-waterige elektrode Verwerking en constructie van Lithium-ion Coin Cells
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Onderzoek naar nieuwe en verbeterde materialen die in lithium-ionbatterijen (LIB) moeten worden gebruikt, vereist een experimenteel equivalent voor elke computationele analyse. Het testen van lithium-ionbatterijen in een academische omgeving heeft verschillende vormen aangenomen, maar op het meest basale niveau ligt de muntcelconstructie. Bij de traditionele LIB-elektrodevoorbereiding wordt een meerfasige suspensie, bestaande uit actief materiaal, bindmiddel en geleidend additief, uitgestort op een substraat. Vervolgens kan een elektrode-schijf uit de gedroogde laag worden geponst en gebruikt bij de constructie van een muntcel voor elektrochemische evaluatie. Het gebruik van het potentieel van het actieve materiaal in een batterij is cruciaal afhankelijk van de microstructuur van de elektrode, aangezien een geschikte verdeling van de primaire componenten cruciaal is om optimale elektrische geleidbaarheid, porositeit en kronkeling te waarborgen, zodat elektrochemische en transportinteractie wordt geoptimaliseerd. Verwerkingsstappen variërend van de combinatie van droog poeder, nat mengen en drogen, kunnen allemaal de interacties van meerdere fasen beïnvloeden die de microstructuurvorming beïnvloeden. Elektrochemisch onderzoek vereist de constructie van elektroden en muntcellen met de grootste zorgvuldigheid en precisie. Dit artikel beoogt een stap-voor-stap handleiding te bieden voor niet-waterige elektrodebewerking en muntcelconstructie voor lithium-ionbatterijen binnen een academische omgeving, met nadruk op het ontcijferen van de invloed van drogen en kalanderen.
Inleiding
Lithium-ion batterijen een veelbelovende bron aan de steeds toenemende eisen van energiereservoirs 1-4 vervullen. Verbetering van de capaciteit van LIBs zou niet alleen het effectieve bereik van elektrische voertuigen 5,6, maar ook hun levensduur verbeteren door de ontlading, die op zijn beurt de levensvatbaarheid van LIBs voor gebruik in energieopslagtechniek toepassingen 7.
Oorspronkelijk voor gehoorapparaten in 1970 8 worden knoopcellen tegenwoordig algemeen gebruikt in de ontwikkeling en evaluatie van nieuwe en bestaande elektrodematerialen. Als een van de kleinste vormfactoren voor batterij....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Voorzichtigheid is geboden bij het gebruik van een van de oplosmiddelen, reagentia, of droge poeders gebruikt in dit protocol. Lees alle MSDS bladen en passende veiligheidsmaatregelen te treffen. Standaard veiligheidsuitrusting omvat handschoenen, een veiligheidsbril en een laboratoriumjas.
1. Cathode Voorbereiding
Opmerking: Het schematisch overzicht van de kathode fabricageproces is weergegeven in figuur 1.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Een goed gegoten elektrode plaat moet uniform verschijnen in uiterlijk van het oppervlak en goed houden aan de huidige inzamelaar. Typisch schilferen van de elektrodeplaat wordt veroorzaakt door slechte etsen van het substraat of met weinig NMP in de eerste mengtrap. Alternatief kan teveel NMP het vel veroorzaken een hogere poreusheid, wat niet wenselijk is weergegeven. Tenslotte kan een derde patroon worden waargenomen op het elektrodeoppervlak, waarbij pooling blijkt plaats te vinden. .......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Het optimaliseren van de natte mengtrappen zijn cruciaal voor de suspensie viscositeit en coating vermogen, die van invloed op de uniformiteit en adhesie van de elektrode. Hier een high-shear mixing methode wordt gebruikt, waarbij het oplosmiddel, additieven, bindmiddel en actieve materiaal worden gemengd met gebruikmaking van de kinetische bewegingen van de glazen bollen in de flesjes. Dit mengtechniek biedt het voordeel van veel snellere mengtijden in vergelijking met een magnetische roerder methode. Afgezien van deze.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk wordt financieel ondersteund door de Texas A & M University faculteit onderzoek initiatie subsidie (Mukherjee) en Texas State University start-up financiering (Rhodes).
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1) | Targray | PLB-H1 | |
| CNERGY Super C-65 | Timcal | ||
| Polyvinylidene Difluoride (PVDF) | Kynar | Flex 2801 | |
| 1-Methyl-2-pyrrolidinone anhydrous, 99.5% NMP | Sigma-Aldrich | 328634 | |
| 1.0 M LiPF6 in EC/DEC (1:1 op volume) | BASF | 50316366 | |
| Celgard 2500 Separator | MTI | EQ-bsf-0025-60C | 25 μm dik; Polypropyleen |
| Aluminiumfolie | MTI | EQ-bcaf-15u-280 | |
| Litiumlint | Sigma Aldrich | 320080 | 0,75 mm dik |
| 2-Propanol, ACS-reagens, ≥99,5% | Sigma Aldrich | 190764 | |
| Aceton, ACS-reagens, ≥99,5% | Sigma Aldrich | 179124 | |
| Roestvrijstalen CR2032-muntcelkit | Pred Materials | behuizing, dop en PP-pakking | |
| Roestvrijstalen Spacer | Pred Materials | 15,5 mm diameter x 0,5 mm dik | |
| Roestvrijstalen golfveer | Pred Materials | 15 mm diameter x 1,4 mm hoogte | |
| Analytische weegschaal | Ohaus | Adventurer AX | |
| Agaatmolen en stamper | VWR | 89037-492 | 5 inch diameter |
| Tube Drive | IKA | 3645000 | |
| 20 ml roerbuis | IKA | 3703000 | |
| Glazen bollen | McMaster-Carr | 8996K25 | 6 mm diameter |
| Automatische filmapplicateur | Elcometer | K4340M10- | |
| Doctor Blade | Elcometer | K0003580M005 | |
| Matenset | Mayhew | 66000 | |
| Vacuumoven | MTI | ||
| Vacuumpomp | MTI | ||
| Laboratoriumpers | MTI | YLJ-12 | |
| Hydraulische klemmachine | MTI | MSK-110 | |
| Handschoenenkast | MBraun | LABstar | |
| Batterijcyclus | Arbin Instruments | BT2000 | |
| Potentiostaat/Galvanostaat/EIS | Biologic | VMP3 |
Referenties
- 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).
- Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen