Artykuł metodologiczny

Niewodne przetwarzanie elektrod i budowa litowo-jonowych ogniw pastylkowych

21.5K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/53490

⸱

1 lutego 2016

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

W tym artykule

Podsumowanie

Niewodne przetwarzanie elektrod jest kluczowe dla budowy ogniw pastylkowych i oceny nowych chemii elektrod dla akumulatorów litowo-jonowych. Dostępny jest przewodnik krok po kroku po podstawowych praktykach potrzebnych inżynierowi elektrochemikowi pracującemu z bateriami w akademickich warunkach eksperymentalnych.

Streszczenie

Badania nad nowymi i ulepszonymi materiałami do wykorzystania w akumulatorach litowo-jonowych (LIB) wymagają eksperymentalnego odpowiednika każdej analizy obliczeniowej. Testowanie akumulatorów litowo-jonowych w środowisku akademickim przybrało kilka form, ale na najbardziej podstawowym poziomie znajduje się konstrukcja ogniw pastylkowych. W tradycyjnym przygotowaniu elektrody LIB wielofazowa zawiesina składająca się z materiału aktywnego, spoiwa i dodatku przewodzącego jest wylewana na podłoże. Tarcza elektrody może być następnie wykrawana z wysuszonego arkusza i wykorzystywana do budowy ogniwa pastylkowego do oceny elektrochemicznej. Wykorzystanie potencjału materiału aktywnego w akumulatorze jest krytycznie zależne od mikrostruktury elektrody, ponieważ odpowiednie rozmieszczenie podstawowych składników ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia optymalnej przewodności elektrycznej, porowatości i krętości, tak aby zoptymalizować interakcję elektrochemiczną i transportową. Etapy przetwarzania, począwszy od połączenia suchego proszku, mieszania na mokro i suszenia, mogą mieć krytyczny wpływ na wielofazowe interakcje, które wpływają na tworzenie mikrostruktury. Sondowanie elektrochemiczne wymaga budowy elektrod i ogniw pastylkowych z najwyższą starannością i precyzją. Niniejszy artykuł ma na celu przedstawienie przewodnika krok po kroku dotyczącego przetwarzania elektrod niewodnych i budowy ogniw pastylkowych do akumulatorów litowo-jonowych w środowisku akademickim i z naciskiem na rozszyfrowanie wpływu suszenia i kalandrowania.

Wprowadzenie

Baterie litowo-jonowe stanowią obiecujące źródło spełniające coraz większe wymagania urządzeń do magazynowania energii1-4. Poprawa zdolności LIB nie tylko poprawiłaby efektywny zasięg pojazdów elektrycznych5,6, ale także poprawiłaby ich cykl życia poprzez zmniejszenie głębokości rozładowania, co z kolei zwiększyłoby rentowność LIB do stosowania w zastosowaniach związanych z magazynowaniem energiiw sieci 7.

Pierwotnie używane do aparatów słuchowych w latach siedemdziesiątych8, dziś są powszechnie używane do rozwoju i oceny nowych i istniejących materiałów elektrodowych. Jako jedne z najmniejszych form baterii, ogniwa te stanowią prosty i skuteczny sposób tworzenia baterii w środowisku badań akademickich. Typowy akumulator litowo-jonowy składa się z katody, anody, kolektorów prądu i porowatego separatora, który zapobiega zwarciu anody i katody. Podczas pracy akumulatora litowo-jonowego jony i elektrony są ruchome. Podczas wyładowania jony przemieszczają się z elektrody ujemnej (anody) przez porowaty separator do elektrody dodatniej lub katody. W międzyczasie elektrony przemieszczają się przez kolektor prądu, przez obwód zewnętrzny, ostatecznie rekombinując z jonami po stronie katody. Aby zmniejszyć wszelkie opory związane z przenoszeniem jonów i elektronów, komponenty muszą być odpowiednio zorientowane - odległość, jaką pokonują jony, powinna być zminimalizowana. Typowo składowe te są połączone w konfigurację "kanapkową". Baterie stosowane w pojazdach elektrycznych, telefonach komórkowych i elektronice użytkowej składają się z dużych kanapek, które są spiralnie nawinięte lub złożone, w zależności od kształtu baterii. Tego typu ogniwa mogą być bardzo trudne do wyprodukowania na małą skalę bez ponoszenia wysokich kosztów. Jednak w komórce na monety znajduje się tylko jedna kanapka. Chociaż do wytworzenia elektrod w ogniwach pastylkowych nadal niezbędny jest specjalistyczny sprzęt, same ogniwa można szybko zmontować ręcznie i uszczelnić w kontrolowanym środowisku.

Wydajność baterii, niezależnie od typu, zależy od materiałów, które tworzą elektrodę dodatnią i ujemną, wyboru elektrolitu i architektury ogniwa4,9-13. Typowa elektroda LIB składa się z połączenia materiału aktywnego zawierającego Li, dodatku przewodzącego, spoiwa polimerowego i pustej przestrzeni wypełnionej elektrolitem. Obróbkę elektrod można podzielić na pięć głównych etapów: mieszanie suchego proszku, mieszanie na mokro, przygotowanie podłoża, nakładanie folii i suszenie — krok, któremu często poświęca się niewiele uwagi. Podczas produkcji elektrody przy użyciu tych etapów przetwarzania, celem końcowym jest uzyskanie jednolitej warstwy elektrody składającej się z materiału aktywnego, dodatku przewodzącego, spoiwa. Ta jednolita dystrybucja ma kluczowe znaczenie dla optymalnej wydajności bibliotek LIBs14-18.

Ten przewodnik przedstawia kroki stosowane w Texas A&M w Laboratorium Nauk o Energii i Transporcie, ETSL) oraz na Uniwersytecie Stanowym w Teksasie do produkcji ogniw pastylkowych do oceny nowych i istniejących materiałów elektrodowych. Poza podstawowymi krokami, które można znaleźć udokumentowane w wielu źródłach, uwzględniliśmy naszą własną wiedzę specjalistyczną na kluczowych etapach, zwracając uwagę na ważne szczegóły, które często są pomijane w podobnych dokumentach dotyczących metod i wielu publikacjach. Dodatkowo wyjaśnione są w nim podstawowe metody fizyczne i elektrochemiczne stosowane w naszym laboratorium (cykl galwanostatyczny i elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS)).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Należy zachować ostrożność podczas korzystania z rozpuszczalników, odczynników lub proszków stosowanych w tym protokole. Należy zapoznać się ze wszystkimi kartami charakterystyki substancji niebezpiecznych (MSDS) i podjąć odpowiednie środki bezpieczeństwa. Standardowe wyposażenie ochronne obejmuje rękawiczki, okulary ochronne oraz fartuch laboratoryjny.

1. Przygotowanie katody

Uwaga: Schematyczny przegląd procesu wytwarzania katody przedstawiono na Rysunku 1.

Schemat procesu przygotowania katody: mieszanie na sucho, odlewanie warstwy, suszenie, wycinanie do ogniwa guzikowego.
Rycina 1. Schematyczny przegląd etapów wykorzystywanych w ETSL do tworzenia katod. Główny proces obejmuje przygotowanie i odlewanie zawiesiny elektrodowej na oczyszczone podłoże aluminiowe, a następnie suszenie arkusza elektrody i wbudowanie go do ogniw guzikowych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

  1. Przygotowanie podłoża aluminiowego
    1. Wyciąć arkusz folii aluminiowej (Al) o grubości 15 µm i wymiarach 4,5" na 12" za pomocą gilotyny do papieru lub nożyczek.
    2. Spryskać powierzchnię czystej plastikowej płyty acetonem, aby folia przylgnęła do płyty, a następnie położyć arkusz folii na płycie.
    3. Spryskać powierzchnię folii obfitą ilością acetonu i rozpocząć szorowanie całej powierzchni za pomocą gąbki szorującej, wykonując małe ruchy półkoliste. Spryskać powierzchnię dodatkowym acetonem i wytrzeć pozostałości ręcznikiem papierowym.
    4. Powtórzyć kroki 1.1.2–1.1.3 dla drugiej strony, a następnie powtórzyć czynność raz jeszcze dla strony odlewniczej.
    5. Umyć trawiony arkusz Al wodą dejonizowaną (DI), zaczynając od strony odlewniczej, a następnie obrócić i powtórzyć dla drugiej strony. Ponownie wyszorować powierzchnię folii Al, jeśli woda DI wykazuje słabą zwilżalność i nie spływa z powierzchni arkusza, tworząc krople. Powtórzyć płukanie alkoholem izopropylowym.
    6. Przenieść oczyszczony arkusz Al pomiędzy dwa ręczniki papierowe i pozostawić do wyschnięcia przez około 20 min pod naciskiem pomiędzy dwiema płaskimi powierzchniami i ręcznikami papierowymi.
  2. Przygotowanie zawiesiny
    1. Dobrać masę materiału aktywnego, dodatku przewodzącego i lepiszcza na podstawie pożądanego składu arkusza elektrody. Przyjąć całkowitą masę suchego proszku 1,25 g, z czego 70% wag. stanowi tlenek litu, manganu i kobaltu, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC, materiał aktywny), 20% wag. sadza węglowa (dodatek przewodzący) i 10% polifluorek winylidenu (PVDF, lepiszcze).
    2. Odważyć 0,875 g NMC i 0,25 g sadzy węglowej, a następnie umieścić je w agatowej moździerzu z tłuczkiem. Delikatnie wymieszać materiały bez rozcierania. Po rozpoczęciu formowania się mieszaniny, mielić ręcznie w moździerzu przez 3–5 min, aż do uzyskania wizualnie jednorodnego proszku.
    3. Przenieść wymieszany proszek do jednorazowej probówki do mieszania za pomocą kawałka papieru do ważenia. Dodać do proszku 16 szklanych kulek (średnica 6 mm) oraz 5,5 ml 1-metylo-2-pirolidynonu (NMP), który jest rozpuszczalnikiem nie wodnym.
    4. Umieścić jednorazową probówkę w stacji napędowej do probówek i zablokować ją na miejscu. Włączyć napęd i powoli zwiększać prędkość do maksimum. Pozostawić zawartość do wymieszania przez 15 min.
    5. Dodać 1,25 g 10% roztworu PVDF w NMP bezpośrednio do probówki. Umieścić probówkę ponownie w napędzie i mieszać przez 8 min, stosując procedurę opisaną w punkcie 1.2.4. Jeśli probówka pozostanie nieużywana przez więcej niż 5 min przed odlewaniem (poniżej), mieszać zawartość przez dodatkowe 15 min.
  3. Odlewanie i suszenie
    1. Oczyścić metalową powierzchnię automatycznego aplikatora do filmów alkoholem izopropylowym i ręcznikiem papierowym. Upewnić się, że rakiel jest czysty i ustawiony na pożądaną wysokość odlewu (200 µm).
    2. Nanieść warstwę alkoholu izopropylowego na powierzchnię aplikatora do filmów i położyć wysuszone podłoże aluminiowe błyszczącą stroną do dołu na powierzchni. Docisnąć nadmiar alkoholu izopropylowego złożonym ręcznikiem papierowym, aż do usunięcia wszystkich zmarszczek i alkoholu. Należy uważać, aby nie rozedrzeć podłoża, mocno trzymając jeden z jego brzegów na miejscu.
    3. Wyjąć probówkę z mieszadła i otworzyć pojemnik. Wylać zawiesinę na powierzchnię podłoża w linii o długości 2–3 cali, około 1 cala od górnej krawędzi (początkowej strony odlewania) podłoża. Usunąć wszelkie szklane kulki z arkusza za pomocą czystej metalowej pęsety.
    4. Ustawić prędkość odlewania na 20 mm/sec i aktywować ramię odlewające aplikatora do filmów.
    5. Podnieść odlaną elektrodę z powierzchni aplikatora do filmów za pomocą cienkiego kawałka tektury, aby zapobiec powstawaniu zmarszczek na arkuszu.
    6. Pozostawić arkusz elektrody do wyschnięcia przez 16 hr w RT (~24 °C), a następnie suszyć w 70 °C przez ~3 hr lub do czasu wyschnięcia arkusza. Należy upewnić się, że elektroda jest odizolowana od środowiska w dygestorium lub zamkniętej komorze, aby zapobiec nierównomiernemu schnięciu.
  4. Wykrawanie elektrody katodowej
    1. Położyć wysuszony arkusz elektrody na oczyszczonym arkuszu aluminium. Użyć wycinaka do otworów o średnicy ½" i ostrożnie przyłożyć go do obszaru arkusza o jednorodnej powierzchni (krawędzie mogą wydawać się niejednorodne). Powoli nacisnąć wycinak (ręcznie) i „przetoczyć” nacisk wokół krawędzi wycinaka, aby zapewnić czyste cięcie.
    2. (Alternatywa) Wyciąć dysk elektrody za pomocą precyzyjnego wycinaka do dysków zamiast ręcznego wybijania.
    3. Zdjąć elektrodę z arkusza za pomocą oczyszczonej plastikowej pęsety i umieścić ją w opisanej fiolce, stroną powierzchni elektrody do góry. Powtórzyć czynność dwukrotnie.
    4. (Opcjonalnie) Położyć wyciętą elektrodę na powierzchni prasy laboratoryjnej. Przyłożyć nacisk około 4 MPa (optymalny nacisk będzie się różnić w zależności od użytej prasy). Powtórzyć dla pozostałych elektrod.
    5. Umieścić fiolki w piecu próżniowym i pozostawić elektrody do dalszego suszenia w 120 °C przy -0,1 MPa przez 12 hr w celu usunięcia pozostałej wilgoci. Następnie wyjąć elektrody i zważyć je z dokładnością do 0,0001 g.
    6. Otworzyć śluzę gloveboxa i położyć fiolki na tacy. Zamknąć drzwi komory i zapewnić szczelność, dociskając właz śluzy dwoma palcami.
    7. Obniżyć ciśnienie do -0,1 MPa, a następnie napełnić Argonem. Powtórzyć ten proces 1–2 razy, w zależności od próbek transportowanych do gloveboxa.

2. Arkusz anody do pełnego ogniwa

  1. Powtórz kroki z sekcji 1, stosując jednak folię miedzianą o grubości 9 µm jako podłoże zamiast folii aluminiowej. Skład arkusza można zmodyfikować w celu dostosowania go do konkretnych potrzeb.

3. Wstępny montaż ogniwa guzikowego

Uwaga: Montaż ogniw guzikowych jest przeprowadzany w środowisku obojętnym (Argon) wewnątrz komory rękawicowej. Należy zachować szczególną ostrożność, aby zminimalizować ekspozycję środowiska wewnętrznego na atmosferę zewnętrzną. Jeśli to możliwe, należy ograniczyć pracę z ostrymi narzędziami wewnątrz komory rękawicowej. Co do zasady, wykonanie zadania w komorze rękawicowej powinno zająć 3 razy więcej czasu niż w przypadku wykonywania go poza nią. Podczas pracy z różnymi substancjami należy również zakładać rękawice ochronne na rękawice komory rękawicowej, aby zminimalizować ryzyko ekspozycji.

Uwaga: Komponenty niezbędne do konstrukcji ogniwa guzikowego, w tym dekiel, obudowa, sprężyny talerzowe, uszczelki, dystanse, taśma litowa, elektrolit oraz pozostałe narzędzia, takie jak pęsety plastikowe (do rozmieszczania komponentów), znajdują się w rękawicy laboratoryjnej wypełnionej argonem, w której poziom O2 i H2O jest utrzymywany poniżej 0,5 ppm. Wszystkie komponenty wprowadzane do rękawicy (w tym bezpyłowe chusteczki do przecierania) powinny być ogrzewane przez noc w piecu próżniowym w temperaturze 120 °C przy ciśnieniu -0,1 MPa w celu usunięcia wszelkich śladów wilgoci.

  1. Przygotowanie przeciwelektrody
    1. Wewnątrz komory rękawicowej wyjmij taśmę litową (grubości 0,75 mm) z zamkniętego pojemnika i rozwiń jej fragment na powierzchni plastikowego bloku. Używając żyletki, ostrożnie zeskrob czarną warstwę utlenioną z powierzchni folii. Zachowaj szczególną ostrożność, aby nie przeciąć rękawic.
    2. Użyj dziurkacza o średnicy 9/16", aby wyciąć dysk z taśmy litowej. Użyj palca (oddzielonego od litu gumowymi rękawicami wewnątrz komory rękawicowej) lub innego tępego narzędzia, aby wypchnąć dysk litowy z dziurkacza.
    3. Weź dystans o grubości 0,5 mm i delikatnie dociśnij dysk litowy do powierzchni między palcami. Upewnij się, że dysk litowy przylega do środka dystansu i jest płaski — nierówna powierzchnia może spowodować nierównomierny rozkład prądu.
  2. Przygotowanie elektrolitu
    1. Wybrany elektrolit (w tym przypadku 1 M LiPF6 w EC/DEC 1:1 obj.) przechowuj w komorze rękawicowej przez cały czas w aluminiowym pojemniku, ponieważ elektrolit jest światłoczuły.
    2. Przenieś niewielką ilość elektrolitu z pojemnika źródłowego do pojemnika roboczego.
  3. Przygotowanie separatora Celgard
    1. Umieść arkusz membrany separatora pomiędzy złożonym arkuszem papieru do drukarki. Połóż złożony papier z membraną na arkuszu aluminium.
    2. Nałóż warstwę amortyzującą na górę dziurkacza i za pomocą młotka wybij okrągły fragment membrany separatora o średnicy ¾".
    3. Przenieś wycięte dyski separatora do komory rękawicowej, stosując procedury opisane w punktach 1.4.6-1.4.7.
      Uwaga: Zaleca się wykonanie tego kroku masowo, aby uniknąć konieczności wycinania pojedynczych separatorów dla każdego konstruowanego ogniwa pastylkowego.

4. Montaż ogniwa guzikowego

Uwaga: Konfiguracja ogniwa guzikowego została przedstawiona na Rysunku 2.

Schemat ogniwa litowo-jonowego przedstawiający komponenty: dekiel, sprężynę talerzową, przeciwelektrodę, separator.
Rysunek 2. Komponenty ogniwa guzikowego przedstawione w kolejności umieszczania w ogniwie. Po umieszczeniu katody następują kolejno: separator, uszczelka, przeciwelektroda i sprężyna talerzowa, a następnie następuje zamknięcie ogniwa. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

  1. Otwórz drzwi wewnętrznej śluzy. Wciągnij wszystkie komponenty znajdujące się w śluzie do wnętrza gloveboxa i ponownie zamknij drzwi wewnętrznej śluzy.
  2. Umieść obudowę ogniwa guzikowego w małej łódce wagowej. Umieść katodę w centrum obudowy ogniwa. Nanieś 1-2 krople (~30 µl) elektrolitu na środek elektrody oraz po jednej kropli na przeciwległe strony krawędzi obudowy.
  3. Połóż pojedynczy separator o średnicy ¾" na powierzchni elektrody. Wypchnij wszelkie uwięzione pęcherzyki powietrza, używając płaskiej krawędzi pęsety, a następnie ponownie wycentruj katodę, chwytając obudowę za krawędź i lekko opukując elektrodę, aż znajdzie się na miejscu. Nanieś dodatkowe 1-2 krople elektrolitu, aby umożliwić łatwiejsze przesuwanie elektrody, jeśli przywarła do pierwotnej pozycji.
  4. Włóż uszczelkę do obudowy płaską stroną do dołu, a stroną z kołnierzem do góry. Przed włożeniem do ogniwa potwierdź orientację uszczelki, trzymając ją pod światło.
  5. Nanieś 2-3 krople (~30 µl) elektrolitu na środek ogniwa, a następnie umieść przygotowaną przeciwelektrodę w centrum, stroną z litem skierowaną w dół. Na wycentrowanej przeciwelektrodzie umieść sprężynę falową.
  6. Wypełnij ogniwo elektrolitem po brzegi (~0.7 ml), aż utworzy się zakrzywiony, wypukły menisk pokrywający większość powierzchni sprężyny falowej.
  7. Ostrożnie nałóż pokrywkę ogniwa guzikowego, używając pęsety, aby utrzymać ją w pionowej osi środkowej ogniwa. Należy zadbać o precyzyjne wycentrowanie pokrywki, aby uniknąć nadmiernej utraty elektrolitu.
  8. Dociśnij pokrywkę (ręcznie), aż osadzi się ona w kołnierzu uszczelki. Przenieś ogniwo do praski i upewnij się, że ogniwo jest wycentrowane w rowku matrycy zaciskowej. Zaciśnij ogniwo pod ciśnieniem ~ 6.2 MPa (900 psi), a następnie zwolnij nacisk.
  9. Wyjmij ogniwo z praski (ręcznie) i usuń nadmiar elektrolitu. Powtarzaj kroki 4.2- 4.9, aż zostaną skonstruowane wszystkie wymagane ogniwa. Wyczyść rozlany elektrolit, a odpady umieść w odpowiednim pojemniku. Przenieś ogniwa z gloveboxa i je oznakuj.

5. Ocena elektrochemiczna

  1. Podłącz oczyszczone ogniwa do cyklera baterii. Upewnij się, że zaciski są prawidłowo podłączone, mierząc potencjał obwodu otwartego. Jeśli nie jest on dodatni, zamień połączenia miejscami.
  2. Oblicz pożądany prąd na podstawie masy wysuszonej elektrody na powierzchni podłoża aluminiowego, znanej masy aluminium, procentowej zawartości materiału aktywnego wagowo oraz znamionowej pojemności właściwej zastosowanego materiału aktywnego.
    1. Przy zmierzonej masie elektrody 0,0090 g, masie dysku aluminiowego 0,0054 g i pojemności znamionowej 155 mAh/g, wyznacz pożądany prąd jako (0,0090 g - 0,0054 g) × 0,70 × 155 mAh/g = 0,3906 mAh. Dla rozładowania prądem wymaganym do pełnego rozładowania ogniwa w 1 h (1C), prąd przyłożony wynosi 0,3906 mA.
  3. Ustaw harmonogram w cyklerze, aby ładować/rozładowywać ogniwo między górnym a dolnym poziomem napięcia wynoszącym 4,2 V i 2,8 V. Poddaj ogniwo 4 cyklom przy szybkości C/10 (galwanostatycznie, prąd stały). Następnie naładuj ogniwo raz przy C/10.
  4. Po 5tym ładowaniu C/10 zdejmij ogniwo z cyklera (jeśli jest to konieczne) i przeprowadź spektroskopię impedancyjną elektrochemiczną19 (EIS) ogniwa po 1 h odpoczynku. Umieść ogniwo z powrotem w cyklerze i rozładuj przy C/10. Przeprowadź EIS raz jeszcze po 1 h odpoczynku.
  5. Umieść ogniwo z powrotem w cyklerze i poddaj je 5 cyklom przy szybkościach C/5, C, 2C, 5C i 10C, a następnie 100 cyklom 1C.
  6. Wyznacz pojemność właściwą ogniw dla każdej szybkości C, dzieląc pojemność w mAh przez masę materiału aktywnego obecnego w katodzie. Oblicz retencję pojemności, dzieląc średnią pojemność właściwą z ostatnich 5 cykli 1C przez średnią pojemność właściwą z pierwszych 5 cykli 1C.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Prawidłowo odlana folia elektrodowa powinna mieć jednorodną powierzchnię i dobrze przylegać do kolektora prądu. Zazwyczaj łuszczenie się folii elektrodowej jest spowodowane albo niewłaściwym trawieniem podłoża, albo zbyt małą ilością NMP w początkowej fazie mieszania. Z kolei nadmiar NMP może spowodować zwiększenie porowatości folii, co jest niepożądane. Po trzecie, na powierzchni elektrody można zaobserwować inny wzór, w którym dochodzi do tworzenia się skupisk materiału. Najbardziej pra...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Optymalizacja etapów mieszania na mokro ma kluczowe znaczenie dla lepkości zawiesiny i zdolności powlekania, co wpływa na jednorodność i przyczepność elektrody. W tym przypadku stosuje się metodę mieszania z wysokim ścinaniem, w której rozpuszczalnik, dodatek, spoiwo i materiał aktywny są mieszane ze sobą, wykorzystując ruchy kinetyczne szklanych kulek znajdujących się w fiolkach. Ta technika mieszania oferuje korzyści w postaci znacznie krótszych czasów mieszania w porównaniu z metodą mieszadła magnetycznego. Poza tym t...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca jest wspierana finansowo przez grant na inicjację badań wydziału Texas A&M University (Mukherjee) oraz fundusze na rozpoczęcie działalności przez Texas State University (Rhodes).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1)TargrayPLB-H1
CNERGY Super C-65Timcal
Polifluorek winylidenu (PVDF)KynarFlex 2801
1-metylo-2-pirolidynon bezwodny, 99.5% NMPSigma-Aldrich328634
1.0 M LiPF6 w EC/DEC (1:1 przez vol)BASF
Celgard 2500 SeparatorMTIEQ-bsf-0025-60C25 μ m gruby; Polipropylenowa
folia aluminiowaMTIEQ-bcaf-15u-280
Taśma litowaSigma Aldrich320080Grubość 0,75 mm
2-Propanol, odczynnik ACS, ≥ 99,5%Sigma Aldrich190764
Aceton, odczynnik ACS, ≥ 99,5%Sigma Aldrich
 Pred Materiałyobudowy, nasadki i uszczelki PP
Przekładka ze stali nierdzewnej Materiałyo średnicy 15,5 mm x 0,5 mm mm grubości
Sprężyna falista ze stali nierdzewnej Materiałyśrednicy 15 mm x 1,4  mm wysokości
Waga analitycznaOhausAdventurer AX
Agat Moździerz i tłuczekVWR89037-492
Napęd rurowyo3645000
20 ml Rurka mieszającaIKA3703000
Szklane kulkiMcMaster-Carr8996K25
folii o średnicy 6 mmElcometerK4340M10-Doctor
BladeElcometerK0003580M005
Zestaw matrycMayhew66000
Piec próżniowyMTI
Pompa próżniowaMTI
YLJ-12
Zaciskarka hydraulicznaMTIMSK-110
Schowek podręcznyMBraunLABstar
Battery CyclerArbin InstrumentsBT2000
Potencjostat/Galwanostat/EISBiologicVMP3
50316366Zestaw ogniw pastylkowych CR2032 ze stali nierdzewnej 179124 pred pred o średnicy 5 cali IKA Automatyczny aplikator Prasa laboratoryjna MTI

Bibliografia

  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 materials. Chem Rev. 104, 4271-4301 (2004).
  3. Ellis, B. L., Lee, K. T., Nazar, L. F. Positive Electrode Materials for Li-Ion and Li-Batteries. Chem Mater. 22, 691-714 (2010).
  4. Tarascon, J. M., Armand, M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature. 414, 359-367 (2001).
  5. Smith, K., Wang, C. Y. Power and thermal characterization of a lithium-ion battery pack for hybrid-electric vehicles. J Power Sources. 160, 662-673 (2006).
  6. Lu, L. G., Han, X. B., Li, J. Q., Hua, J. F., Ouyang, M. G. A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles. J Power Sources. 226, 272-288 (2013).
  7. Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. M. Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices. Science. 334, 928-935 (2011).
  8. Esb Inc. Button Cell battery. US patent. , US3655452 A (1972).
  9. Elul, S., Cohen, Y., Aurbach, D. The influence of geometry in 2D simulation on the charge/discharge processes in Li-ion batteries. J Electroanal Chem. 682, 53-65 (2012).
  10. Buqa, H., Goers, D., Holzapfel, M., Spahr, M. E., Novak, P. High rate capability of graphite negative electrodes for lithium-ion batteries. J Electrochem Soc. 152, A474-A481 (2005).
  11. Chen, Y. H., Wang, C. W., Zhang, X., Sastry, A. M. Porous cathode optimization for lithium cells: Ionic and electronic conductivity, capacity, and selection of materials. J Power Sources. 195, 2851-2862 (2010).
  12. Arora, P., Doyle, M., Gozdz, A. S., White, R. E., Newman, J. Comparison between computer simulations and experimental data for high-rate discharges of plastic lithium-ion batteries. J Power Sources. 88, 219-231 (2000).
  13. Dillon, S. J., Sun, K. Microstructural design considerations for Li-ion battery systems. Curr Opin Solid St M. 16, 153-162 (2012).
  14. Harris, S. J., Lu, P. Effects of Inhomogeneities-Nanoscale to Mesoscale-on the Durability of Li-Ion Batteries. J Phys Chem C. 117, 6481-6492 (2013).
  15. Liu, G., Zheng, H., Song, X., Battaglia, V. S. Particles and Polymer Binder Interaction: A Controlling Factor in Lithium-Ion Electrode Performance. J Electrochem Soc. 159, A214-A221 (2012).
  16. Zheng, H. H., Yang, R. Z., Liu, G., Song, X. Y., Battaglia, V. S. Cooperation between Active Material, Polymeric Binder and Conductive Carbon Additive in Lithium Ion Battery Cathode. J Phys Chem C. 116, 4875-4882 (2012).
  17. Liu, Z. X., Battaglia, V., Mukherjee, P. P. Mesoscale Elucidation of the Influence of Mixing Sequence in Electrode Processing. Langmuir. 30, 15102-15113 (2014).
  18. Liu, Z. X., Mukherjee, P. P. Microstructure Evolution in Lithium-Ion Battery Electrode Processing. J Electrochem Soc. 161, E3248-E3258 (2014).
  19. Zheng, H. H., Tan, L., Liu, G., Song, X. Y., Battaglia, V. S. Calendering effects on the physical and electrochemical properties of Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O-2 cathode. J Power Sources. 208, 52-57 (2012).
  20. Zheng, H. H., Li, J., Song, X. Y., Liu, G., Battaglia, V. S. A comprehensive understanding of electrode thickness effects on the electrochemical performances of Li-ion battery cathodes. Electrochim Acta. 71, 258-265 (2012).
  21. Marks, T., Trussler, S., Smith, A. J., Xiong, D. J., Dahn, J. R. A Guide to Li-Ion Coin-Cell Electrode Making for Academic Researchers. J Electrochem Soc. 158, A51-A58 (2011).
  22. Li, C. C., Wang, Y. W. Binder Distributions in Water-Based and Organic-Based LiCoO2 Electrode Sheets and Their Effects on Cell Performance. J Electrochem Soc. 158, A1361-A1370 (2011).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Baterie litowo jonoweprzygotowanie elektrodmonta ogniw guzikowychprzetwarzanie w rodowisku niewodnymsuszenie i kalandrowaniemieszanie zawiesinyodlewanie filmususzenie pr niowemonta w r kawicowej komorze roboczejanaliza elektrochemiczna

Powiązane artykuły