Протокол для построения и тестирования монеты клетки литий-ионных батарей описан. Конкретные процедуры принятия рабочего электрода, подготовке контр электрод, монтаж ячейки внутри перчаточного ящика и тестирования ячейки представлены.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Протокол для построения и тестирования монеты клетки литий-ионных батарей описан. Конкретные процедуры принятия рабочего электрода, подготовке контр электрод, монтаж ячейки внутри перчаточного ящика и тестирования ячейки представлены.
Перезаряжаемые литий-ионные аккумуляторы широко применяются в электронике, где потребители постоянно требуют большей емкости и более длительного срока службы. Литий-ионные аккумуляторы также рассматриваются для использования в электрических и гибридных автомобилях1 или даже в системах стабилизации электрических сетей2. Все эти области применения стимулируют резкий рост исследований и разработок в области материалов для аккумуляторов3-7, включая новые материалы3,8, легирование9, наноструктурирование10-13, создание покрытий или модификацию поверхности14-17, а также новые связующие вещества18. Вследствие этого в последнее время в данную область вступило все большее число физиков, химиков и материаловедов. В исследовательских лабораториях для тестирования новых материалов для аккумуляторов широко используются кнопочные элементы; даже при проведении исследований и разработок, ориентированных на крупномасштабное и мощное применение, на начальном этапе часто используются небольшие кнопочные элементы для проверки емкости и скоростных характеристик новых материалов.
В 2010 году мы начали исследовательский проект, спонсируемый Национальным научным фондом (NSF), по изучению поверхностной адсорбции и разупорядоченности в материалах для аккумуляторов (грант № DMR-1006515). На начальном этапе этого проекта мы столкнулись с трудностями при освоении методов сборки и тестирования кнопочных элементов, что стало возможным только благодаря многочисленной помощи других исследователей из других университетов (посредством частых телефонных звонков, переписки по электронной почте и двух визитов). Таким образом, мы считаем полезным задокументировать с помощью текста и видео протокол сборки и тестирования кнопочного элемента, что поможет другим начинающим исследователям в данной области. Эта работа представляет собой деятельность по «расширению воздействия» (Broader Impact) нашего проекта NSF и также будет способствовать обучению и вдохновению студентов.
В данной видеостатье мы описываем протокол сборки кнопочного элемента CR2032 с рабочим электродом из LiCoO2, литиевым (Li) противоэлектродом и (наиболее часто используемым) поливинилиденфторидным (PVDF) связующим. Чтобы начинающие исследователи могли легко повторить данный протокол, мы постарались сделать его максимально конкретным и детальным. Однако важно отметить, что в ходе конкретных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ многие принятые здесь параметры могут быть изменены. Во-первых, можно собирать кнопочные элементы разных размеров и тестировать рабочий электрод относительно противоэлектрода, отличного от Li. Во-вторых, количество добавляемого в рабочие электроды технического углерода (C black) и связующего часто варьируют в зависимости от конкретных целей исследования; например, в рабочий электрод добавляли большое количество технического углерода или даже инертного порошка для тестирования «собственной» эффективности катодных материалов14. В-третьих, были разработаны и внедрены более эффективные связующие (помимо PVDF)18. Наконец, можно использовать и другие типы электролитов (вместо LiPF6); фактически, некоторые высоковольтные электродные материалы требуют использования специальных электролитов7.
1. Подготовка рабочего электрода
2. Подготовка электролита
3. Подготовка счетчиков электрода (литий фольги в этом случае)
4. Ассамблея монет сотовых
5. Тестирование монет сотовых
Масса электрода диск с коллектором тока = W EO
Масса без покрытия текущего диска коллектора того же диаметра = W CC
Вес материала электрода, W Е.М., дается 
Масса активного материала в электроде, W AM, дается 
Теоретический потенциал для электродов диска C ED, дается 
где С-теоретического сpecific способности активного вещества.
6. Представитель Результаты
Например, монеты клетки был построен с использованием LiCoO 2 в качестве активного вещества для рабочего электрода. После завершения строительных работ, клетка была опробована на C / 5 ставки. Полученный профиль показан на рисунке 3. Напряжений было установлено, что между 3 и 4,3 В для этой монеты клетки. Емкость составляет 155 мАч / г для первого цикла заряда и 140 мАч / г для первого цикла разряда.

Рисунок 1. Блок-схема процедуры построения ячейки монеты. Во-первых, рабочий электрод изготавливается из порошка активного материала. Затем счетчик электродов получают из чистой пленкой лития и сепараторы штампуют. Наконец, клеткасобранный в атмосфере аргона бардачок.

Рисунок 2. Схема сборки монеты клетки процесса с указанием всех компонентов в порядке, что они находятся внутри корпуса ячейки монеты.

Рисунок 3. Представитель результаты, полученные монеты клетки построены с использованием рабочего электрода из LiCoO 2 и литий фольги противоположному электроду. Из графика видно, первое обвинение и первые кривые разряда для монет клетки, который был заряжен и разряжен на C / 5 ставки.

Рисунок 4. Сравнение хорошее и плохое покрытие после того как они были высушены. Трещин покрытия обычно возникает в результате суспензия, которая имеет избыточный NMP и пористым покрытием обычно является результатом свагонетка, что не имеет достаточных NMP.

Рисунок 5. Сравнение и гофрированные клетки монеты и сильно гофрированные монеты клетки, наряду с не-гофрированные клеток. Как правило, сильно гофрированные монеты клетка расщепляется через несколько часов в окружающем из-за опухоли лития фольги после реакции с влагой.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
По нашему опыту, наиболее важным шагом в подготовке рабочего электрода делает хорошие суспензии с консистенцией. Как показано на рисунке 4, превышение NMP в суспензии может привести к трещины покрытия, в то время как недостаточная NMP может привести к пористым покрытием. В работе, представленной здесь, CR2032 монеты клетки дел, которые диаметром 20 мм используются. Следует отметить, что монета клетки случаев различных размеров могут быть использованы, в котором электрод размеры должны быть изменены соот...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Нет конфликта интересов объявлены.
Мы выражаем глубокую признательность поддержке программы керамики в отдел Материалы исследований Национального научного фонда США, в рамках гранта нет. DMR-1006515 (руководитель программы доктор Lynnette D. Madsen).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Название реагента | Компания | Номер по каталогу | |
| Поли (винилиденфторида) | Sigma-Aldrich | 182702 | |
| 1-метил-2-пирролидон, 99,5% | Alfa Aesar | 31903 | |
| LiCoO 2 | Alfa Aesar | 42090 | |
| Углерод, ацетилен, 99,9 +% | Alfa Aesar | 39724 | |
| LiPF 6 в ЕС: DMC: DEC | MTI корпорации | EQ-Бе-LiPF6 | |
| Celgard сепаратор | Celgard | C480 | |
| Аналоговый микшер Vortex | VWR | 58816-121 | |
| Вакуумная печь | |||
| Вакуумкачать | |||
| Гидропресс | |||
| Случае монет клетки | MTI корпорации | EQ-CR2032-CASE-304 | |
| Весна и прокладку | MTI корпорации | EQ-CR20SprSpa-304 | |
| Glovebox | mBraun | Unilab | |
| Тестер аккумулятора | Arbin инструменты | BT2143 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.