Method Article

Niewodne przetwarzanie elektrod i budowa litowo-jonowych ogniw pastylkowych

DOI:

10.3791/53490

February 1st, 2016

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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)).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Należy zachować ostrożność podczas korzystania z jakichkolwiek rozpuszczalników, odczynników lub suchych proszków używanych w tym protokole. Przeczytaj wszystkie karty charakterystyki i podejmij odpowiednie środki bezpieczeństwa. Standardowe wyposażenie ochronne obejmuje rękawice, okulary ochronne i fartuch laboratoryjny.

1. Przygotowanie katody

Uwaga: Schematyczny przegląd procesu produkcji katody jest przedstawiony na rysunku 1.

figure-protocol-1
Rysunek 1. Schematyczny przegląd kroków wykorzystywanych w ETSL do tworzenia katod. Główny proces obejmuje przygotowanie i odlewanie zawiesiny elektrody na oczyszczone podłoże aluminiowe, a następnie suszenie arkusza elektrody i włączenie do ogniw pastylkowych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Przygotowanie podłoża aluminiowego
    1. Wytnij arkusz folii aluminiowej (Al) o grubości 4,5 na 12 cali 15 μm za pomocą noża do papieru lub nożyczek.
    2. Rozpyl aceton na powierzchnię czystej plastikowej deski, aby przykleić folię do deski, a następnie umieść arkusz folii na desce.
    3. Rozpyl dużą ilość acetonu na powierzchnię folii i zacznij szorować całą powierzchnię za pomocą podkładki klejącej małymi półokrągłymi ruchami. Spryskaj powierzchnię dodatkowym acetonem i wytrzyj pozostałości ręcznikiem papierowym.
    4. Powtórz kroki 1.1.2-1.1.3 dla przeciwnej strony, a następnie powtórz jeszcze raz dla strony odlewniczej.
    5. Najpierw umyj wytrawiony arkusz Al wodą dejonizowaną (DI) po stronie odlewu, a następnie odwróć i powtórz po przeciwnej stronie. Ponownie wyszoruj powierzchnię folii Al, ponieważ woda DI wykazuje słabą zwilżalność i nie spływa z powierzchni arkusza bez tworzenia kropel. Powtórz płukanie alkoholem izopropylowym.
    6. Przenieś oczyszczony arkusz Al między dwoma ręcznikami papierowymi i pozostaw do wyschnięcia na około 20 minut pod ściśnięciem między dwiema płaskimi płaszczyznami i ręcznikami papierowymi.
  2. Przygotowanie gnojowicy
    1. Wybierz gramaturę materiału aktywnego, dodatku przewodzącego i spoiwa w oparciu o pożądany skład arkusza elektrody. Wybierz całkowitą masę suchego proszku 1,25 g, zawierającą 70% wag. tlenku litowo-manganowo-kobaltowego, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC, materiał aktywny), 20% wag. sadzy (dodatek przewodzący) i 10% polifluorku winylidenu (PVDF, spoiwo).
    2. Odmierz 0,875 g NMC i 0,25 g sadzy i umieść w moździerzu agatowym i tłuczku. Lekko wymieszaj ze sobą materiały bez mielenia. Po tym, jak mieszanina zacznie się formować, zmiel ręcznie w moździerzu i tłuczku przez 3-5 minut, aż będzie widoczny jednolity proszek.
    3. Przenieś zmieszany proszek do jednorazowej rurki do mieszania z kawałkiem papieru do ważenia. Dodać 16 szklanych kulek (o średnicy 6 mm) do proszku wraz z 5,5 ml 1-metylo-2-pirolidynonu (NMP), niewodnego rozpuszczalnika.
    4. Umieść jednorazową rurkę na stacji napędowej metra i zablokuj na miejscu. Włącz napęd i powoli zwiększaj prędkość do maksymalnej. Pozostaw zawartość do wymieszania na 15 minut.
    5. Dodaj 1,25 g 10% roztworu PVDF w NMP bezpośrednio do probówki. Umieścić probówkę z powrotem na napędzie i pozostawić na mieszanie przez 8 minut, postępując zgodnie z tą samą procedurą opisaną w ppkt 1.2.4. Jeśli probówka może pozostać dłużej niż 5 minut przed odlewaniem (poniżej), mieszaj zawartość przez dodatkowe 15 minut.
  3. Odlewanie i suszenie
    1. Oczyść metalową powierzchnię automatycznego aplikatora folii alkoholem izopropylowym i ręcznikiem papierowym. Upewnij się, że rakla jest czysta i ustawiona na żądaną wysokość odlewu (200 μm).
    2. Nałóż warstwę alkoholu izopropylowego na powierzchnię aplikatora folii i umieść wysuszone podłoże aluminiowe błyszczącą stroną do dołu na powierzchni. Wyciśnij nadmiar alkoholu izopropylowego złożonym ręcznikiem papierowym, aż wszystkie zmarszczki i izopropyl zostaną usunięte. Uważaj, aby nie rozerwać podłoża, mocno przytrzymując jedno z podłoży na miejscu.
    3. Wyjmij rurkę mieszającą z napędu rurek i otwórz pojemnik. Wlej gnojowicę na powierzchnię podłoża w linii o długości 2-3 cali około 1 cala od góry (początkowej strony odlewania) podłoża. Usuń szklane kulki z arkusza za pomocą czystej metalowej pęsety.
    4. Ustaw prędkość odlewania na 20 mm/s i aktywuj ramię odlewnicze aplikatora folii.
    5. Podnieś odlewaną elektrodę z powierzchni aplikatora folii za pomocą cienkiego kawałka tektury, aby upewnić się, że na arkuszu nie tworzą się zmarszczki.
    6. Pozostaw arkusz elektrody do wyschnięcia przez 16 godzin w temperaturze suchej (~24 °C), a następnie wysusz w temperaturze 70 °C przez ~3 godziny lub do wyschnięcia arkusza. Upewnij się, że elektroda jest odizolowana od środowiska w dygestoriach lub szczelnej komorze, aby zapobiec nierównomiernemu wysuszeniu.
  4. Wykrawanie elektrod katodowych
    1. Umieść wysuszony arkusz elektrody na oczyszczonym arkuszu aluminiowego metalu. Wyjmij dziurkacz 1/2" i delikatnie umieść go na obszarze arkusza o jednolitej powierzchni (krawędzie mogą wydawać się niejednolite). Powoli wywieraj nacisk na stempel (ręcznie) i "zwijaj" nacisk wokół krawędzi stempla, aby zapewnić czyste cięcie.
    2. (Alternatywnie) Wytnij tarczę elektrody za pomocą precyzyjnego obcinaka tarczowego zamiast ręcznego wykrawania.
    3. Wyjmij elektrodę z arkusza za pomocą oczyszczonej, plastikowej pęsety i umieść ją w oznaczonej fiolce, powierzchnią elektrody skierowaną do góry. Powtórz dwa razy.
    4. (Opcjonalnie) Umieść elektrodę dziurkowaną na powierzchni prasy laboratoryjnej. Zastosuj ciśnienie około 4 MPa (optymalne ciśnienie będzie się różnić w zależności od zastosowanej prasy). Powtórz dla pozostałych elektrod.
    5. Umieścić fiolki w piecu próżniowym i pozostawić elektrody do dalszego wyschnięcia w temperaturze 120 °C w temperaturze -0,1 MPa przez 12 godzin, aby usunąć pozostałą wilgoć. Następnie wyjmij elektrody i zważ je w granicach 0,0001 g.
    6. Otworzyć przedsionek komory rękawicowej i umieścić fiolki na tacy. Zamknij drzwi komory i upewnij się, że są szczelnie zamknięte, używając dwóch palców do dokręcenia włazu przedsionka.
    7. Zmniejsz próżnię do -0,1 MPa, a następnie napełnij argonem. Powtórz ten proces jeszcze 1-2 razy, w zależności od próbek transportowanych do komory rękawicowej.

2. Arkusz anodowy dla pełnej komórki

  1. Powtórz sekcję 1, z wyjątkiem użycia folii miedzianej o grubości 9 μm jako podłoża zamiast folii aluminiowej. Skład arkusza może być zmieniany w celu dopasowania do konkretnych potrzeb.

3. Wstępny montaż ogniwa na monety

Uwaga: Budowa ogniw pastylkowych odbywa się w środowisku obojętnym (argonowym) w komorze rękawicowej. Należy zachować szczególną ostrożność, aby zminimalizować narażenie środowiska wewnętrznego na działanie atmosfery zewnętrznej. Praca z ostrymi materiałami w schowku podręcznym powinna być zminimalizowana, jeśli to możliwe. Z reguły zadanie w komorze rękawicowej powinno trwać 3 razy dłużej niż prędkość, z jaką zadanie byłoby wykonywane na zewnątrz. Rękawice należy również nosić na rękawicach schowka, aby zminimalizować narażenie podczas pracy z różnymi substancjami.

Uwaga: Komponenty potrzebne do budowy ogniwa pastylkowego, w tym nasadka, koperta, sprężyny faliste, uszczelki, przekładki, taśma litowa, elektrolit i pozostałe narzędzia, takie jak plastikowa pęseta (do umieszczania komponentów) są zawarte w komorze rękawicowej wypełnionej argonem, której poziomy O2 i H2O są utrzymywane poniżej 0,5 części na milion. Wszystkie elementy włożone do schowka podręcznego (w tym niestrzępiące się chusteczki robocze) należy podgrzać O/N w piecu próżniowym w temperaturze 120 °C pod ciśnieniem -0,1 MPa w celu usunięcia wilgoci.

  1. Przygotowanie przeciwelektrody
    1. Wyjmij wstążkę litową (o grubości 0.75 mm) z zamkniętego pojemnika i rozwałkuj porcję na powierzchni plastikowego bloku. Za pomocą żyletki ostrożnie zeskrob wszelkie czarne utlenienia z powierzchni folii. Zachowaj szczególną ostrożność, aby uniknąć przecięcia rękawic.
    2. Weź dziurkacz 9/16" i wybij krążek taśmy litowej. Użyj palca (oddzielonego od litu gumowymi rękawiczkami w schowku) lub innego narzędzia, aby wypchnąć krążek litowy z dziurkacza.
    3. Weź przekładkę o grubości 0,5 mm i delikatnie przyłóż krążek litowy do powierzchni między palcami. Upewnij się, że dysk litowy przylega do środka przekładki i jest płaski — nierówna powierzchnia może powodować nierównomierne dystrybucje prądu.
  2. Przygotowanie elektrolitu
    1. Wybrany elektrolit (w tym przypadku 1 M LiPF6 w stosunku 1:1 obj.) należy przechowywać przez cały czas w komorze podręcznej w aluminiowym pojemniku, ponieważ elektrolit jest światłoczuły.
    2. Usuń niewielką ilość elektrolitu z pojemnika źródłowego do pojemnika roboczego.
  3. Przygotowanie separatora Celgard
    1. Umieść arkusz membrany separacyjnej między złożonym arkuszem papieru do drukarki. Umieść złożony papier i membranę na arkuszu aluminiowego metalu.
    2. Umieść warstwę amortyzującą na wierzchu dziurkacza i użyj młotka, aby wybić membranę separatora o średnicy 3/4".
    3. Przenieść wykrawane tarcze separatora do komory rękawicowej, postępując zgodnie z procedurami opisanymi w 1.4.6-1.4.7.
      nuta: Zaleca się wykonanie tego kroku zbiorczo, aby uniknąć konieczności wykrawania indywidualnych separatorów dla każdej budowanej baterii pastylkowej.

4. Zespół ogniw monetowych

Uwaga: Konfiguracja monety jest przedstawiona na rysunku 2.

figure-protocol-2
Rysunek 2. Komponenty monety wyświetlane w kolejności umieszczenia w komórce. Po umieszczeniu katody następuje separator, uszczelka, przeciwelektroda i sprężyna falista, a następnie uszczelnienie ogniwa. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Otwórz wewnętrzne drzwi przedsionka. Wsuń wszystkie elementy z przedsionka do schowka podręcznego i ponownie uszczelnij wewnętrzne drzwi przedsionka.
  2. Umieść pojemnik na baterie pastylkowe w małej łódce do ważenia. Umieść katodę w środku obudowy baterii pastylkowej. Nałóż 1-2 ~ 30 μl kropli elektrolitu na środek elektrody i nałóż 1 kroplę po przeciwnych stronach krawędzi etui.
  3. Umieść pojedynczy separator 3/4" na powierzchni elektrody. Wypchnij wszelkie pęcherzyki, które zostaną uwięzione, za pomocą płaskiej krawędzi pęsety i ponownie wyśrodkuj katodę, chwytając obudowę za krawędź i lekko stukając elektrodą na miejsce. Nałóż dodatkowe 1-2 krople elektrolitu, aby umożliwić lepszy ruch elektrody, jeśli przyklei się do swojej pierwotnej pozycji.
  4. Umieść uszczelkę w obudowie, płaską stroną skierowaną w dół, a stroną z wargą skierowaną do góry. Potwierdź orientację uszczelki, przytrzymując światło przed włożeniem ogniwa.
  5. Nałóż 2-3 ~ 30 μl kropli elektrolitu na środek ogniwa i umieść przygotowaną przeciwelektrodę na środku litem skierowanym w dół. Umieść sprężynę falową na wyśrodkowanej elektrodzie przeciwnej.
  6. Napełnij ogniwo po brzegi (~0,7 ml) elektrolitem, aż utworzy zakrzywioną, wypukłą menisk, która pokryje większość powierzchni sprężyny falowej.
  7. Ostrożnie umieść nasadkę baterii pastylkowej na górze komórki, używając pęsety, aby przytrzymać nasadkę wyśrodkowaną pionowo nad komórką. Uważaj, aby wyśrodkować nasadkę, aby uniknąć nadmiernej utraty elektrolitu.
  8. Dociśnij nasadkę (ręcznie), aż zatrośnie w wardze uszczelki. Przenieś ogniwo do zaciskarki i upewnij się, że ogniwo jest wyśrodkowane w rowku matrycy zaciskowej. Zaciśnij ogniwo pod ciśnieniem ~ 6,2 MPa (900 psi) i zwolnij.
  9. Wyjmij ogniwo z zaciskarki (ręcznie) i usuń nadmiar elektrolitu. Powtarzaj kroki 4.2-4.9, aż wszystkie pożądane komórki zostaną zbudowane. Wyczyść rozlany elektrolit, umieść śmieci w odpowiednim pojemniku. Przenieś komórki z komory rękawicowej i oznacz je.

5. Ocena elektrochemiczna

  1. Podłącz oczyszczone ogniwa do cyklera baterii. Upewnij się, że zaciski są prawidłowo podłączone, mierząc potencjał obwodu otwartego. Jeśli nie jest pozytywny, odwróć połączenia.
  2. Oblicz żądany prąd na podstawie masy wysuszonej elektrody na powierzchni podłoża aluminiowego, znanej masy aluminium, procentowej zawartości materiału aktywnego w masie oraz znamionowej pojemności właściwej zastosowanego materiału aktywnego.
    1. Przy zmierzonej masie elektrody 0,0090 g, masie aluminiowej tarczy 0,0054 g i pojemności znamionowej 155 mAh/g określ żądany prąd jako (0,0090 g - 0,0054 g) × 0,70 × 155 mAh/g = 0,3906 mAh. W przypadku rozładowania prądem wymaganym do całkowitego rozładowania ogniwa w ciągu 1 godziny (1C), przyłożony prąd wynosi 0,3906 mA.
  3. Ustaw harmonogram na cyklerze, aby ładować/rozładowywać ogniwo między górnym i dolnym poziomem napięcia 4,2 V i 2,8 V. Przełącz ogniwo 4 razy z szybkością C/10 (galwanostatyczny, stały prąd). Następnie naładuj ogniwo raz w temperaturze C/10.
  4. Po 5ładunku C/10 wyjmij ogniwo z cyklera (jeśli to konieczne) i wykonaj elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną19 (EIS) na ogniwie, po odpoczynku przez 1 godzinę. Umieść ogniwo z powrotem na cyklerze i rozładuj w C/10. Wykonaj EIS jeszcze raz po 1 godzinie odpoczynku.
  5. Umieść ogniwo z powrotem na cyklerze i przełącz ogniwo 5 razy z szybkością C/5, C, 2C, 5C i 10C, a następnie 100 cykli 1C.
  6. Określ pojemność właściwą ogniw przy każdej szybkości C, dzieląc pojemność w mAh przez masę materiału aktywnego obecnego w katodzie. Obliczyć zachowanie pojemności, dzieląc średnią zdolność właściwą z ostatnich 5 cykli 1C przez średnią pojemność właściwą z pierwszych 5 cykli 1C.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Prawidłowo odlany arkusz elektrody powinien wyglądać na jednolity pod względem wyglądu powierzchni i prawidłowo przylegać do kolektora prądu. Zazwyczaj łuszczenie się arkusza elektrody jest spowodowane albo słabym wytrawianiem podłoża, albo koniecznością niewielkiego NMP na początkowym etapie mieszania. Alternatywnie, zbyt duża ilość NMP może spowodować, że arkusz będzie wykazywał wyższy stopień porowatości, co nie jest pożądane. Wreszcie, trzeci wzór można zaobserwować na powierzchni ele...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
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

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Lithium ion BatteriesElectrode PreparationCoin Cell AssemblyNon aqueous ProcessingDrying CalendaringSlurry MixingFilm CastingVacuum DryingGlove Box AssemblyElectrochemical Analysis

Related Articles