O processamento de eletrodos não aquosos é fundamental para a construção de células tipo moeda e a avaliação de novos produtos químicos de eletrodos para baterias de íons de lítio. Um guia passo a passo para as práticas básicas necessárias como engenheiro eletroquímico trabalhando com baterias em um ambiente experimental acadêmico é fornecido.
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Artigo de método
Processamento Eletrodo não aquoso e Construção de iões de lítio Coin Cells
Neste artigo
Resumo
Resumo
A pesquisa de materiais novos e aprimorados a serem utilizados em baterias de íons de lítio (LIB) requer uma contrapartida experimental para qualquer análise computacional. O teste de baterias de íons de lítio em um ambiente acadêmico assumiu várias formas, mas no nível mais básico está a construção de células tipo moeda. Na preparação tradicional do eletrodo LIB, uma pasta multifásica composta de material ativo, aglutinante e aditivo condutor é lançada em um substrato. Um disco de eletrodo pode então ser perfurado a partir da folha seca e usado na construção de uma célula tipo moeda para avaliação eletroquímica. A utilização do potencial do material ativo em uma bateria é criticamente dependente da microestrutura do eletrodo, pois uma distribuição apropriada dos componentes primários é crucial para garantir a condutividade elétrica, porosidade e tortuosidade ideais, de modo que a interação eletroquímica e de transporte seja otimizada. As etapas de processamento que vão desde a combinação de pó seco, mistura úmida e secagem podem afetar criticamente as interações multifásicas que influenciam a formação da microestrutura. A sondagem eletroquímica requer a construção de eletrodos e células tipo moeda com o máximo cuidado e precisão. Este artigo tem como objetivo fornecer um guia passo a passo do processamento de eletrodos não aquosos e construção de células tipo moeda para baterias de íons de lítio em um ambiente acadêmico e com ênfase em decifrar a influência da secagem e do calendário.
Introdução
Baterias de lítio-íon representam uma fonte promissora para cumprir as exigências cada vez maiores de dispositivos de armazenamento de energia 1-4. As melhorias na capacidade de LIBs não só melhorar a gama eficaz de veículos eléctricos 5,6, mas também melhorar a sua vida de ciclo, reduzindo a profundidade de descarga, que por sua vez aumenta a viabilidade de LIBs para uso em aplicações de armazenamento de energia grelha 7.
Originalmente usado para aparelhos auditivos na década de 1970 8, as células de moeda hoje são comumente usados no desenvolvimento e avaliação de novas e existentes materiai....
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Protocolo
O cuidado deve ser exercitado ao usar qualquer um dos solventes, reagentes, ou pós secos utilizados neste protocolo. Leia todas as folhas de MSDS e tomar as medidas de segurança adequadas. Equipamentos de segurança de série inclui luvas, óculos de segurança, e um jaleco.
1. Preparação Cathode
Nota: A vista geral esquemática do processo de fabricação do cátodo é apresentado na Figura 1.
Figura 1. Visão esq....
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Resultados
Uma folha de eletrodo corretamente elenco deve aparecer uniforme na aparência da superfície e aderir adequadamente para o coletor atual. Tipicamente descamação da folha do eléctrodo é causada por, quer pobres decapagem do substrato, ou ter de pouco NMP na fase de mistura inicial. Em alternativa, o excesso de NMP pode fazer com que a folha para apresentar um maior grau de porosidade, o que não é desejável. Finalmente, um terceiro padrão pode ser observado na superfície do eléctrodo, onde .......
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Discussão
A otimização das etapas de mistura molhado são cruciais para a capacidade viscosidade da lama e revestimento, que afeta a uniformidade e adesão do eletrodo. Aqui, um método de mistura de elevado corte é utilizado, onde o solvente, aditivo, agente ligante, e o material activo são misturados em conjunto utilizando os movimentos cinéticos das esferas de vidro presentes nos frascos. Esta técnica de mistura oferece a vantagem de tempos de mistura muito mais rápidos em comparação com um método de agitador magnético. Além diss.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho é apoiado financeiramente pela Texas A & M University bolsa de iniciação pesquisa do corpo docente (Mukherjee) e Texas State University financiamento start-up (Rhodes).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1) | Targray | PLB-H1 | |
| CNERGY Super C-65 | Difluoreto | ||
| (PVDF) | Kynar | Flex 2801 | |
| 1-Metil-2-pirrolidinona anidra, 99,5% NMP | Sigma-Aldrich | 328634 | |
| 1,0 M LiPF6 em EC/DEC (1:1 por vol) | BASF | ||
| Separador Celgard 2500 | MTI | EQ-bsf-0025-60C | 25 μ m de espessura; Folha |
| de Alumínio | MTI | EQ-bcaf-15u-280 | |
| Fita de Lítio | Sigma Aldrich | 320080 | 0.75 mm de espessura |
| 2-Propanol, reagente ACS, ≥ 99,5% | Sigma Aldrich | 190764 | |
| acetona, reagente ACS, etc; 99.5% | Sigma Aldrich | 179124 | |
| Kit de Célula de Moeda em Aço Inoxidável CR2032 | Materiais Pred caixa | , tampa e junta PP | |
| Espaçador de Aço Inoxidável | Materiais | 15.5 mm de diâmetro x 0.5 mm de espessura | |
| Mola Ondulada de Aço Inoxidável | Materiais | 15 mm de diâmetro x 1.4 mm de altura | |
| Balança Analítica | Ohaus | Adventurer AX | |
| Ágata Almofariz e Pilão | VWR | 89037-492 | 5 polegadas |
| de diâmetro IKA | 3645000 | ||
| Tubo de agitação de 20 ml | IKA | 3703000 | |
| Bolas de vidro | McMaster-Carr | 8996K25 | Aplicador |
| automático de filme de 6 mm de diâmetroLâmina | Elcometer K4340M10-Doctor | ||
| Elcometer | K0003580M005 | ||
| Conjunto de Matrizes | Mayhew | 66000 | |
| Forno a Vácuo | MTI | ||
| Bomba de Vácuo | MTI | ||
| YLJ-12 | |||
| Crimpador Hidráulico | MTI | MSK-110 | |
| Ciclador | Gbaun | LABstar | |
| Arbin Instruments | BT2000 | ||
| Potenciostato/Galvanostato/EIS | Biológico | VMP3 |
Referências
- 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....
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Reimpressões e permissões
