Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Tre-elektrode mønt celle forberedelse og Electrodeposition Analytics til Lithium-ion-batterier

Published: May 22, 2018 doi: 10.3791/57735
Automatic Translation
*1, *2, 2, 3, 2
1Department of Mechanical Engineering, Texas A&M University, 2School of Mechanical Engineering, Purdue University, 3Battery Management Systems, Texas Instruments Inc.
* These authors contributed equally

Summary

Tre-elektrode celler er nyttige i at studere elektrokemi af lithium-ion-batterier. Sådan en elektrokemisk opsætning tillader fænomener forbundet med katode og anode afkoblet og undersøges selvstændigt. Her præsenterer vi en guide for konstruktion og brug af en tre-elektrode mønt celle med vægt på lithium plating analytics.

Abstract

Som lithium-ion finde batterier anvendelse i høj energi og applikationer, såsom i elektrisk- og hybrid-elektriske køretøjer, overvågning af nedbrydning og efterfølgende sikkerhedsspørgsmål bliver stadig vigtigere. I en Li-ion celle setup omfatter spænding måling på tværs af de positive og negative terminaler i sagens natur effekten af katode- og anode, som er koblet og summen at cellen total arbejdsindsats. I overensstemmelse hermed, evnen til at overvåge de nedbrydning aspekter i forbindelse med en specifik elektrode er yderst vanskeligt, fordi elektroderne er fundamentalt kombineret. En tre-elektrode setup kan løse dette problem. Ved at indføre en tredje (referenceelektrode), påvirkning af hver elektrode kan være afkoblet og de elektrokemiske egenskaber kan måles uafhængigt. Referenceelektrode (RE) skal have en stabil potentiale, der kan derefter kalibreres mod kendte reference, for eksempel, lithium metal. Cellen tre-elektrode kan bruges til at køre elektrokemiske tests såsom cykling, cyklisk voltammetry og elektrokemiske impedans spektroskopi (EIS). Tre-elektrode celle EIS målinger kan belyse bidrag af individuelle elektrode impedans i hele cellen. Desuden giver overvågning anoden potentielle påvisning af electrodeposition på grund af lithium plating, hvilket kan forårsage sikkerhedsproblemer. Dette er især vigtigt for den hurtige opladning af Li-ion batterier i elbiler. For at overvåge og karakterisere sikkerhed og nedbrydning aspekter af en elektrokemiske celler, en tre-elektrode setup kan vise sig uvurderlig. Denne hvidbog til formål at give en guide til at konstruere en tre-elektrode mønt celle opsætning ved hjælp af 2032-mønt celle-arkitektur, som er let at producere, pålidelige og omkostningseffektive.

Introduction

Selv om oprindelsen af lithium-batterier kan spores vilkårligt langt tilbage i fortiden, stordrift og kommercialisering af mange af nutidens almindeligt begyndte forekommende lithium-ion-batterier i 1980 ' erne. Mange af de materialer, der er udviklet i løbet af denne æra, ét eksempel er Lithium kobolt oxid (LiCoO2), er stadig almindeligt forekommende i brug i dag1. Mange aktuelle undersøgelser har været rettet mod udviklingen af forskellige andre metaloxid strukturer, med nogle vægt mod at reducere eller eliminere brugen af kobolt i stedet for andre billigere og mere miljøvenlige metaller, såsom mangan eller nikkel-2. Den konstant skiftende landskab af materialer, der anvendes i lithium-ion-batterier kræver en effektiv og præcis metode til kendetegner både deres ydeevne og sikkerhed. Da driften af ethvert batteri omfatter den koblede elektrokemiske reaktion fra både positive og negative elektroderne, falde typisk to elektrode batterier kort at kunne karakterisere elektroderne uafhængigt. Dårlig karakterisering og den efterfølgende mangel på forståelse kan så føre til farlige situationer eller dårlig samlede batteriets ydeevne på grund af tilstedeværelsen af nedbrydning fænomener. Tidligere forskning har haft til formål at standardisere databehandling for typisk to-elektrode celler3. En metode, der forbedrer manglerne i standard celle konfigurationer er cellen tre-elektrode.

En tre-elektrode setup er en metode til at adskille de to elektroder svar og give en større indsigt i de grundlæggende fysik af batteri drift. I en tre-elektrode setup, er en referenceelektrode indført ud over katode- og anode. Denne referenceelektrode bruges derefter til at måle potentiale anode og katode dynamisk under drift. Ingen aktuelle er passeret gennem referenceelektrode og dermed, det giver en enestående, og ideelt set stabil, spænding. Ved hjælp af en tre-elektrode setup, kan fuld celle spænding, katode potentiale og anode potentiale indsamles samtidig under drift. Ud over potentielle målinger, kan impedans bidrag af elektroderne karakteriseres som en funktion af celle staten afgift4.

Tre-elektrode opsætninger er meget nyttigt for at studere nedbrydning fænomener i lithium-ion batterier, som electrodeposition af lithium metal, også kendt som lithium plating. Andre grupper har foreslået tre-elektrode opsætninger5,6,7,8,9,10,11,12, 13 men de ofte bruger iboende ustabilt lithium metal som en reference og medtage brugerdefinerede, svært at samle opsætninger fører til reduceret pålidelighed. Lithium plating finder sted når i stedet for at intercalating til værten elektrode struktur, lithium er deponeret på overfladen af strukturen. Disse aflejringer antager almindeligvis morfologi af enten en (relativt) ensartet metallisk lag (plating) eller små dendritiske strukturer. Plating kan have effekter lige fra forårsager sikkerhedsspørgsmål til vanskeliggør cykling ydeevne. Fra et fænomenologisk perspektiv opstår lithium plating på grund af en lithium manglende evne til at intercalate til værten elektrode struktur effektivt. Plating tendens til at indtræffe ved lav temperatur, høj opladning sats, høj elektrode staten vederlagsfrit (SOC) eller en kombination af disse tre faktorer12. Ved lav temperatur reduceres den solid-state diffusion inde elektroden på grund af Arrhenius diffusivity afhængigheden af temperaturen. Den lavere solid-state diffusion resulterer i en ophobning af lithium på grænsefladen elektrode-elektrolyt og en efterfølgende aflejring af lithium. På en opladning høj opstår et lignende fænomen. Lithium forsøger at intercalate i strukturen elektrode meget hurtigt, men er afskåret og dermed er belagt. På et højere SOC, der er gennemsnitligt mindre ledig plads til lithium til intercalate i strukturen, og dermed bliver det mere favorabelt at deponere på overfladen.

Lithium dendritter er af særlig betydning på grund af sikkerhed angå de forårsager. Hvis dendritter danne inde i en celle, er der et potentiale at vokse, gennembore separatoren og forårsage en indre kort mellem anode og katode. Denne interne kort kan føre til meget høj-lokaliseret temperaturer i de brandfarlige elektrolyt, hvilket ofte resulterer i termisk runaway og endda i en eksplosion af cellen. Et andet spørgsmål vedrører dendrit dannelse er den øgede areal af den reaktive litium. Den nye deponerede lithium vil reagere med elektrolytten og forårsage øget fast elektrolyt interphase (SEI) formation, hvilket vil føre til øget kapacitet tab og dårlige resultater, cykling.

Et spørgsmål forbundet med udformningen af en tre-elektrode system er udvælgelsen af egnede referenceelektrode. Logistik vedrører placering og størrelse af henvisningen, kan positive og negative elektroder spille en vigtig rolle i at erhverve præcise resultater fra systemet. Et eksempel er, at fejljustering af de positive og negative elektroder under celle konstruktion og de deraf følgende kant effekter kan introducere fejl i referencen læsning14,15. Materialevalg, bør referenceelektrode har en stabil og pålidelig spænding og har en stor ikke-polarizability. Lithium metal, som ofte bruges som en referenceelektrode af mange forskergrupper, har et potentiale, der afhænger af den passive overflade film. Dette kan give problemer fordi renset og alderen lithium elektroder vise forskellige potentialer16. Dette bliver et problem, når aging langtidsvirkninger er undersøgt. Forskning af Solchenbach et al. har forsøgt at fjerne nogle af disse problemer, ustabilitet af legering guld med lithium og bruger det som deres reference11. Anden forskning har kiggede på forskellige materialer herunder lithium titanate, som er blevet undersøgt eksperimentelt og viser en stor elektrokemiske potentielle plateau vifte omkring 1,5-1,6 V17 (~ 50% SOC). Denne plateauet bidrager til at opretholde en stabil potentiale, især i tilfælde af utilsigtet undertrykkelse af netbårne til den elektrode staten vederlagsfrit. LTO, herunder kulstofbaserede ledende tilsætningsstoffer, potentielle stabilitet opretholdes selv ved forskellige C-satser og temperaturer. 18 det er vigtigt at understrege, at udvælgelsen af referenceelektrode er et vigtigt skridt i tre-elektrode celle design.

Mange forskergrupper har foreslået eksperimentelle tre-elektrode celle setup. Dolle et al. bruges tynde plast celler med en lithium titanate kobbertråd referenceelektrode til at undersøge ændringer i impedans på grund af cykling og opbevaring ved høje temperaturer19. McTurk et al. ansat en teknik, hvorved et litium forkromet kobbertråd blev indsat i en kommerciel pose celle, med de vigtigste mål er at vise betydningen af noninvasive indsættelse teknikker9. Solchenbach et al. bruges et modificeret Swagelok-type T-celle og en guld mikro-referenceelektrode (tidligere nævnt) for impedans og potentielle målinger. 11 Waldmann et al. høstet elektroder fra kommercielle celler og ombygget deres egen tre-elektrode pose celler til brug i at studere lithium deposition12. Costard et al. udviklet en in-house eksperimentelle tre-elektrode celle boliger for at teste effektiviteten af forskellige reference elektrode materialer og konfigurationer13.

De fleste af disse forskningsgrupper bruge ren lithium metal som reference, der kan have problemer med stabilitet og SEI vækst, især med langvarig brug. Andre spørgsmål involverer komplicerede og tidskrævende ændringer til eksisterende eller kommercielle opsætninger. I dette papir præsenteres en pålidelig og omkostningseffektiv teknik til at konstruere tre-elektrode Li-ion mønt celler for elektrokemisk tests, som vist i figur 1. Denne tre-elektrode opsætning kan konstrueres ved hjælp af standard mønt celle komponenter, kobbertråd og lithium titanate-baserede referenceelektrode (Se figur 2). Denne metode kræver ikke nogen specialiseret udstyr eller omfattende ændringer og følger standard laboratorium skala elektrokemiske procedurer og materialer fra kommercielle leverandører.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. reference elektrode og Separator forberedelse

  1. Reference elektrode forberedelse
    1. Wire forberedelse
      1. Skære en 120 mm længde af størrelse 32 AWG (0.202 mm diameter) emaljeret kobbertråd.
        Bemærk: Hver ledning vil blive 1 referenceelektrode og vil blive brugt i 1 tre-elektrode celle.
      2. Placer ene ende af kablet i et laboratorium presse. Tryk forsigtigt ca 10 mm ledning i den ene ende til et tryk på omkring 4 MPa. Skære det overskydende ledning fra wire spids, så afsnittet fladtrykte er ~ 2 mm i længden.
        Bemærk: Den gennemsnitlige tykkelse af spidsen er ca 0,1 mm. Vær forsigtig med ikke at bøje den fladtrykte tip som det kan træthed og knække.
      3. Anbring wiren på skærebræt polytetrafluorethylen (PTFE). Omhyggeligt brug en skalpel til at fjerne den ydre isolering på flad ledning tip. Sørg for at fjerne isoleringen fra begge sider; Slutproduktet skal være en flad, skinnende del af udsatte kobber.
      4. Veje den ledning ved hjælp af et laboratorium skala.
        Bemærk: Denne masse vil blive brugt efter gylle har været kastet for at bestemme det nøjagtige beløb af aktive materiale til stede i hver referenceelektrode.
      5. Gentag trin 1.1.1.1 - 1.1.1.5 for en typisk batchstørrelsen af 36 ledninger. Anbring ledningerne på en beholder til opbevaring. En god mulighed er at tape ledninger rundt i kanten af en lille glaskrukke.
    2. Gylle forberedelse
      1. Forberede 10%-wt. polyvinylidene fluorid (PVDF) løsning i N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP).
        1. Bruge en lille rektangulær vejer papir, måle en rustfrit stål scoop og laboratorie plan, ud den ønskede masse PVDF pulver (0,1 g).
        2. Overføre PVDF pulver fra vejer papir til en 500 mL plastflaske. Måle og overføre den passende masse NMP væske (0,9 g) i flasken ved hjælp af 1 mL kapacitet laboratorium pipette.
        3. Indsæt en magnetisk omrøring bar i løsning; Læg flasken på en magnetisk omrøring plade og overlade det til mix på ubestemt tid. Tillade løsning at blande i mindst 24 timer før den første anvendelse. Det anbefales at forberede PVDF løsning i løs vægt til at undgå at gøre mindre batches for hvert gylle parti.
      2. Før vejning nogen mere pulver, ren rustfrit stål scoop, pistil og morter med isopropylalkohol til at undgå kontaminering.
      3. Bruger en vejer papir, afmåle laboratorium skala og rustfrit stål scoop, den passende mængde (0,8 g) af lithium titanate (Li4Ti5O12) pulver. Omhyggeligt overførsel af pulver til morter og støder. Ren scoop med isopropylalkohol efter brug.
      4. På samme måde afvejes den passende mængde (0,03 g) af KS-6 syntetisk grafit og (0,09 g) ledende tilsætningsstof. Omhyggeligt overføre pulveret til den samme morter og pistil. Ren scoop med isopropylalkohol som før.
      5. Let blandes de tre pulver i en morter, indtil de bliver jævnt fordelt. Grind pulver blanding ved hjælp af pistil, indtil blandingen bliver homogen. Omhyggeligt overføre pulver blanding til en 20-mL engangs blanding tube.
        Bemærk: Dette vil tjene som en høj-shear blanding fartøj til at sikre en ensartet distribution af alle materialer inde i gylle.
      6. Tilføje den passende mængde af NMP (2,2 mL) at blande røret ved hjælp af et laboratorium pipette. Tilføje seksten 6-mm diameter silikat blanding af glas kugler og skrue på fælles landbrugspolitik. Blande røret anbringes på high-shear Blanderens, lock tube til sted, og bland gylle i 15 min. på den maksimale indstilling (omkring 6000 rpm).
      7. Tilføje 0,8 g PVDF opløsning (udarbejdet tidligere i trin 1.1.2.1) at blande røret. Fortsætte blanding gylle til en anden 5 min at sikre en jævn fordeling af projektmappen. Straks kastet gylle på ledningerne. Hvis gylle sidder længere end 5 min, bland gylle til en yderligere 15 min før brug, at sikre en homogen blanding.
    3. Casting og tørring af referenceelektrode
      1. Dyp i hånden den udsatte kobber, på spidsen af hver referenceelektrode, i blandet gylle. Alternativt, drop-cast gylle fra en pipette op på ledningen tip. Vær sikker på at frakke kun den fladtrykte, eksponerede sektion af den kobbertråd.
      2. Knytte støbt RE ledninger til en base med støbt slutningen suspenderet for tørring. Tape støbt RE en indehaver at undgå berøring af den våde gylle med enhver overflade (Se figur 3en). Tørre elektroder i mindst 8 timer i et laboratorium ovn ved 70 ° C.
      3. Måle elektroder referencemasse efter tørring og anslå tørrede massen af gylle (0,1 mg gennemsnitlige over mere end en 100 prøver).
      4. Overføre referenceelektroder til inert argon handskerum til brug i cellen fremstillingsproces.
  2. Katode- og anode elektrode forberedelse
    1. Vælg den ønskede elektrode skal undersøges.
      Bemærk: For disse test, præfabrikerede elektrode ark vil blive brugt til demonstration. In-House lavet elektroder eller elektroder høstet fra kommercielle celler kan også bruges.
    2. Punch ud en cirkulær skive af katode materiale ved hjælp af en hule 1,27-cm (1/2-i) punch. Elektrode disc shape mekanisk kan ændres efter den ønskede test (Se figur 4). Vejer elektroderne og beregne procentdelen af aktive materiale.
    3. Gentag trin 1.2.1-1.2.2 til anoden materiale, og de ekstra celler ønskes. Læg hver elektrode disk i en lille hætteglas og omhyggeligt overføre hætteglassene til inert argon handskerum hvor de vil blive brugt under byggeprocessen celle.
  3. Separator forberedelse
    1. Fold et stykke papir (22,6 cm x 28 cm / 8,5 i x 11 i) i halve på langs. Skær ca et stykke af 25 cm x 8,5 cm separator, polypropylen (PP) og forsigtigt placere den inde i den foldede printerpapir.
      Bemærk: Papiret giver nogle beskyttelse og stivhed når separatoren er at være hullede i hånden.
    2. Placer papir og separator sandwich på toppen af en selvhelende skære måtten. Dette giver en fast overflade og vil bidrage til at undgå bliver sløve af det hul punch. Ved hjælp af et hult 1.905-cm (3/4-i) punch, punch ud en cirkulær separator disken for hver celle, tre-elektrode. Forberede separatorer i bulk og gem dem i et hætteglas til senere brug.
    3. Hertil kommer, skåret flere små firkanter af separatorer ca 5 mm x 8 mm; en af disse separatorer skal bruges til hver celle. Gemme dem i en lille hætteglas. Overføre hætteglas af separatorerne til inert argon handskerum til brug i byggeprocessen celle.

2. opførelsen af cellen forberedelse

  1. Forberede referenceelektrode ved hjælp af et par tænger til at bøje wiren ind i en spiral form (Se figur 3b). Sørg for, at den endelige spiral form vil passe inde i pakningen af mønt celle (ca 1,58 cm diameter). Placer hver elektrode spiral i en lille vejer båden og sæt dem til side.
    Bemærk: Ekstra wire spiral giver stabilitet og vil også være udfoldet og senere bruges i cellen arbejde.
  2. Rense begge sider af en lithium metal bånd ved hjælp af en skalpel eller et barberblad. Skrab off enhver overflade oxidation indtil den skinnende lithium viser gennem. Sørg for at rense begge sider af lithium. Tage ekstrem forsigtighed, når du bruger skarpe genstande inde i handskerum.
  3. Punch ud to 1,58-cm (5/8-i) skiver til hver celle fra renset lithium båndet ved hjælp af den hule punch.
  4. Læg en disk af lithium i midten af en 0,5 mm rustfrit stål spacer. Tryk på lithium metal med spacer fast sammen; typisk, en tommelfinger presse ville være tilstrækkeligt. Sikre, at lithium disk holder sig til spacer.
  5. Sted mønt celle sag inde i en lille vejer båden. Passe den anden disk af lithium inde i mønt celle sagen. Sørg for, at lithium er centreret og tryk fast, således at lithium sticks til bunds i sagen. Placer flere dråber af elektrolyt [1,0 M LiPF6 i EF/DEC (1:1 volumenprocent)] på lithium disken og flere dråber rundt i kanten af lithium at fylde udenfor hullet.
    Bemærk: Hvis utilstrækkelig elektrolyt er tilføjet, vil der være bobler under separatoren og inde i cellen, som er uønskede.
  6. Placer en 1.905-cm (3/4-i) PP separator oven på fugtet lithium disken. Sørg for at separator er helt fugtet og der er ingen bobler fanget nedenunder. Anbring pakningen i cellen med pakning læbe opad; denne læbe er, hvor fælles landbrugspolitik vil sæde ind. Tryk fast til at passe pakningen ind i sagen.
  7. Med en plastik pincet, blidt sted reference elektrode spiral ind i midten af cellen. Tilsæt et par dråber af elektrolyt omkring referenceelektrode. Placer en lille, rektangel separator oven på hvor wiren krydser over pakning og celle-sagen.
    Bemærk: Separatoren hjælper med at forhindre kortslutning mellem wire og metal celle cap.
  8. Placer en 1,58-cm (5/8-i) separator oven på reference elektrode spiral. Sørg for at separatoren er helt fugtet og at der er ingen bobler fanget nedenunder. Læg lithium-spacer disk oven på referenceelektrode, med lithium-coatede side vender nedad.
  9. Sted bølge foråret oven på spacer. Kontroller, at alle komponenter er centreret inde i cellen. Udfylde cellen til randen med elektrolyt. Når cellen er krympede, vil den ekstra elektrolyt blive skubbet ud.
  10. Bruger plast pincet, omhyggeligt placere celle cap på toppen af forsamlingen. Tryk fast til at rumme fælles landbrugspolitik i læbe af pakningen. Bøj reference elektrode wire, så det ligger fladt over toppen af fælles landbrugspolitik. Dette er gjort for at sørge for tråden ikke er forkortet når crimpning cellen (Se figur 2).
  11. Omhyggeligt overføre cellen til mønt-celle-crimpning enheden ved hjælp af plast pincet. Ved transport af, holde cellen fladt til at undgå tab af nogen ekstra elektrolyt. Krympe mønt celle til ca 5 MPa (750 psi).
  12. Fjerne mønt cellen fra crimper og bøje den udsatte ledning tilbage op fra toppen af cellen. Dette er for at undgå enhver mulig kortslutning mellem fælles landbrugspolitik og referenceelektrode.
  13. Fjern afsluttede mønt celle fra Argon handskerum. Med isopropyl alkohol og en fnugfri opgave visker, omhyggeligt rene celle eksteriør. Sørge for at undgå at forstyrre wiren eller det sted, hvor ledningen forlader cellen.
  14. Celle forsegling
    1. Forsigtigt tørre den mønt celle ved hjælp af en fnugfri opgave vinduesvisker. Tage ekstra pleje til tør det sted, hvor ledningen forlader cellen mønt.
    2. Bland lige dele resin og hærder til at danne en ikke-ledende epoxy. Bruge en tandstikker eller lille sondering enhed, forsigtigt anvende en lille mængde af epoxy til den placering, hvor ledningen forlader cellen mønt. Dette er den placering, hvor cellen er mest tilbøjelige til at lække.
    3. Tillad 1 h for epoxyen tørre før du tilslutter mønt cellen til enhver testudstyr. Bemærk at det kan tage op til 24 h for epoxyen at helbrede og hærde.
      Bemærk: Formålet med epoxy er at forsegle cellen (Se figur 5) og ikke at give nogen mekaniske styrke.

3. Lithiation Procedure

  1. Tilslutning opsætning
    1. Ved hjælp af en håndholdt lighter, forbrænde ca 2 cm isolering i slutningen af den reference elektrode ledning fremspringende fra celle; Dette er, hvor wiren vil forbinde til prøvningsanordningen. Bøje den udsatte ledning tilbage på sig selv til at forbedre forbindelsen, når du tilslutter den tre-elektrode celle til test.
    2. Placer en lille firkant af elektrisk tape (2 cm x 2 cm) på tværs af toppen af mønt celle sag; Dette bør forhindre enhver elektrisk kontakt mellem toppen af mønt celle og mønt celle indehaveren. Placere cellen forberedelse i celle indehaveren.
      Bemærk: Toppen af cellen skal være isoleret fra enhver forbindelse og bunden af cellen skal tilsluttes de negative læsning på indehaveren af celle.
    3. Ved hjælp af en alligator klip, Tilslut referenceelektrode til den øverste klip på celle indehaveren (positiv forbindelse).
      Bemærk: Cellen bør sættes op til at teste med referenceelektrode handler som den positive elektrode og bunden lithium disc (celle sag) optræder som den negative elektrode.
  2. Reference kalibrering spænding
    1. Beregne mængden af aktive materiale til stede for som referenceelektrode.
      Bemærk: For typiske elektrode masse 0,1 mg og en 80% aktive materialesammensætning dette kommer til 0,08 mg.
    2. Brug det aktive materiale masse og den teoretiske specifikke kapacitet lithium titanate20, bestemme den passende strøm til at oplade celle på C/16.
    3. Cyklus referenceelektrode flere gange inden for det relevante spændingsområde (1,25-2,25 V vs Li/Li+) på C/16; dette interval vil ændre sig afhængigt af referenceelektrode i brug. Tage til efterretning af plateau spænding/reference spænding, som skal opstå under både opladning og afladning processer.
      Bemærk: For en Li4Ti5O12 elektrode denne værdi er typisk omkring 1,56 V vs Li/Li+.
    4. Optage reference spænding og den tilsvarende celle, som det er tilknyttet. Brug denne spænding senere for at kalibrere potentiale til elektroderne, når de anvendes i en fungerende celle.
    5. Hvile celle i 24 timer og overvåge, at den potentielle referenceelektrode er stabil.
    6. Overføre lithiated cellen i inert argon miljøet i orden celle byggebranchen. Undgå enhver eventuel kontakt mellem referenceelektrode og fælles landbrugspolitik eller celle-sagen; Dette kunne kort referenceelektrode og ændre sit potentiale.

4. opførelse af arbejder celle

  1. Sted mønt celle sag inde i en lille vejer båden. Sted katode disk i midten af cellen sag. Placer flere dråber af DEC elektrolyt på katoden og flere dråber rundt i kanten til at udfylde udenfor hullet.
  2. Placer en 1.905-cm (3/4-i) separator ovenpå elektrode. Sørg for at separatoren er helt fugtet og at der er ingen bobler fanget nedenunder. Sted pakning med den lille læbe for celle cap vender opad. Tryk fast til at passe ordentligt pakningen ind i sagen. Afsætte mønt celle forsamling og Find cellen lithiated forberedelse.
  3. Udvinding af lithiated referenceelektrode
    1. Anvende en lille firkant af elektrisk tape til toppen af cellen lithiated forberedelse. Dette hjælper med at forhindre kortslutning mellem sagen og den fælles landbrugspolitik under afmontering.
    2. Hold forberedelse celle fast, med fælles landbrugspolitik side opad, ved hjælp af de tynde-næse tænger. Vær omhyggelig med ikke at korte cellen med metal tang. Bruge ende-skære tang til at forsigtigt, men fast, lirke åbne mønt celle langs kanten. Passe på ikke for at korte top og bund af cellen med metal tang.
    3. Når ca. 70% af cellen har været pried åbne, holde sagen med ende-opskæring tænger og omhyggeligt adskille celle sag og cap, ved hjælp af de tynde-næse tænger. Omhyggeligt uddrag lithiated referenceelektrode. Kassér de anden celle komponenter.
  4. Brug et par tænger, unbend spiralformet reference elektrode wire og glatte. Re bøje wiren, sådan at spidsen sidder i midten af elektrode og wiren strækker sig over kanten af cellen. Afbrød den udsatte, uisolerede ledning.
  5. Tilføj et par dråber af elektrolyt på og omkring referenceelektrode. Placer en lille, rektangulære separator på toppen hvor wiren krydser over sagen pakning og celle. Dette hjælper med at forhindre kortslutning mellem wire og metal sag og fælles landbrugspolitik.
  6. Placer en 1,58-cm (5/8-i) separator oven på referenceelektrode; Dette medvirker til at forhindre kortslutning mellem referenceelektrode og anoden. Placer forberedt anode disken på toppen af en referenceelektrode i cellen. Sørge for at korrekt justere formen på katoden med de anoden.
    Bemærk: Reference elektrode tip bør være i centrum og wiren skal afslutte i den rektangulære hul.
  7. Omhyggeligt placere 1,0-mm rustfrit stål spacer på toppen af anoden. Sted bølge foråret oven på spacer. Kontroller, at alle komponenter er centreret i cellen. Udfylde cellen til randen med elektrolyt.
  8. Bruger plast pincet, omhyggeligt placere celle cap på toppen af forsamlingen. Tryk fast ned med plads til fælles landbrugspolitik i læbe af pakningen. Forsigtigt fold den resterende ledning tilbage over celle cap inden presning. Dette forhindrer wiren blev afskåret fra omverdenen i løbet af crimpning.
  9. Omhyggeligt overføre cellen til mønt celle crimpning enhed ved hjælp af et par plastik pincet. Når du overfører cellen, holde det fladt til at undgå tab af ekstra elektrolyt. Krympe celle til ca 5 MPa (750 psi).
  10. Fjerne mønt cellen fra Argon handskerum. Forsigtigt rense cellen med isopropyl alkohol og en fnugfri opgave vinduesvisker.
  11. Celle forsegling
    1. Forsigtigt tørre den mønt celle ved hjælp af en fnugfri opgave vinduesvisker. Tage ekstra pleje til tør det sted, hvor ledningen forlader cellen mønt.
    2. Bland lige dele resin og hærder til at danne en ikke-ledende epoxy. Bruge en tandstikker, forsigtigt anvende en lille mængde af epoxy til den placering, hvor ledningen forlader cellen mønt. Dette er den placering, hvor cellen er mest tilbøjelige til at lække.
    3. Tillad 1 h for epoxyen tørre før du tilslutter mønt cellen til enhver testudstyr.
      Bemærk: Det kan tage op til 24 h for epoxyen at helbrede og hærde. Men formålet med epoxy her er at forsegle cellen og ikke at give nogen mekaniske styrke.

5. elektrokemiske Tests

  1. Ydeevne og cykling
    1. Beregne den teoretiske kapacitet til både katode- og anode elektroder.
      1. Brug den samlede tørvægt af elektrode disken, bestemme massen af aluminium/kobber substrat og vægt procent af det aktive materiale, massen af den aktive materiale til stede for hver elektrode.
      2. Bestemmelse af hver elektrode ved at multiplicere massen af den aktive materiale af dens respektive teoretiske kapacitet. Brug den mest begrænsende elektrode kapacitet (typisk katode), bestemme den overordnede celle kapacitet.
    2. Slut cellen til elektrokemisk måleapparatet, pasning med at forbinde de positive power og positive sensor til katoden og de negative magt og sensor til anoden. Tilslut henvisningen til referenceelektrode via den kobbertråd (Se figur 6b).
    3. Dobbelttjek, at cellen er tilsluttet og fungerer korrekt ved at kontrollere åbent kredsløb spænding og potentialer. Brug reference spænding registreres under lithiation proceduren at kalibrere katode- og anode potentielle aflæsninger.
    4. Cyklus den fulde celle på den ønskede C-sats, for eksempel C/10, og måle de fulde celle, katode og anode potentialer samtidigt. Gentag trin 5.1.1 - 5.1.4 for andre celler og C-priser som ønsket, afhængigt af specifikationerne og krav til hver celle.
  2. Elektrokemiske impedans spektroskopi
    1. Fuld celle impedans
      1. Slut cellen til EIS måling enhed. Brug følgende konfiguration: den positive power og positive sensor til katoden, negative magt og negative sensor til anoden.
        Bemærk: Reference sensoren bør være forbundet til anoden. Referenceelektrode bør forblive afbrudt.
      2. Vælg kontrolelementet potentiostatic for EIS med en amplitude på 10 mV. Vælg et frekvensområde fra 1 MHz til 1 mHz. Indsamle impedans af cellen fuld. Afbilde en Nyquist plot og Bode plot til at analysere reaktionen fra cellen.
        Bemærk: I frekvensområdet kan ikke altid være nødvendig og kan ændres efter at indsamle de foreløbige resultater.
    2. Katode impedans
      1. Slut cellen til EIS måling enhed med følgende: den positive power og positive sensor til katoden, negative magt og negative sensor til anoden og reference sensor til referenceelektrode via den kobbertråd.
      2. Gentag de samme trin som for fuld celle impedans (trin 5.2.1.2 - 5.2.1.3).
    3. Anode impedans
      1. Slut cellen til EIS måling enhed med følgende: den positive power og positive sensor til anoden, den negative magt og negative sensor til katoden og reference sensor til referenceelektrode via den kobbertråd.
      2. Gentag de samme trin som for fuld celle impedans (trin 5.2.1.2 - 5.2.1.3).
    4. Impedans som en funktion af ladetilstand
      1. Slut cellen til EIS måling enhed ifølge den ønskede impedans måling: fuld celle, katode eller anoden. Brug trin 5.2.1.1, 5.2.2.1 eller 5.2.3.1, henholdsvis, for den relevante forbindelse.
      2. Opkræve cellen ved hjælp af en konstant nuværende på C/2 indtil cellen når den øverste spænding grænse. Hold spændingen på den øvre grænse ved hjælp af en konstant spænding kontrol metode indtil de anvendte nuværende dråber under C/100. Cellen skal nu være fuldt opladet.
      3. Decharge cellen på C/2 for 3 min; cellen skal nu på 90% SOC. Tillad celle hvile i 1 time at nå betingelser, der termisk og elektrokemiske ligevægt.
      4. Indsamle impedans ved hjælp af den samme procedure præsenteret i trin 5.2.1.2 - 5.2.1.3. Gentag trin 5.2.4.3 og 5.2.4.4 til at indsamle impedans som en funktion af SOC.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Typiske resultater for spændingen og potentielle profiler for cellen tre-elektrode kan ses i figur 7. I en ideel setup, skal fuld celle spænding være identisk med der produceres fra et to-elektrode celle ved hjælp af den samme elektrode par. Dette er en metode til at bestemme, om indsættelse af referenceelektrode ændrer udførelsen af cellen. Hvis der er en signifikant forskel mellem to - og tre-elektrode fuld celle ydeevne (for ens arbejde og counter elektroder), kan så det antages, at indsættelse af referenceelektrode ændrer adfærd af cellen, og resultaterne er ikke længere giver mening.

Under opladningen flytter lithium fra katoden til anoden elektrode. Lithium er at blive fjernet fra katode mikrostruktur, øger dens potentiale med hensyn til Li/Li+ . Modsat sker med anode, som strukturen er konstant fyldt med lithium. Under decharge opstår den omvendte situation. Disse ændringer i potentiale afspejles i de tre-elektrode potentielle profiler, som kan ses i figur 7.

En stærk resultatet af den tre-elektrode celle setup er påvisning af udbrud af lithium plating. Figur 8 viser et eksempel på en anode potentielle profil under den hurtige opladning af en mønt celle. Fra den zoomet i del af plottet, kan det ses, at anoden potentielle når negative værdier i slutningen af CC opladning proces. Dette er tegn på tilstedeværelsen af lithium plating i cellen. Denne måling er ikke muligt, når du bruger en standard opsætning af to-elektrode.

Impedans resultater for opsætningen af tre-elektrode er vist i figur 9. En typisk impedans svar består af tre karakteristiske områder: en høj frekvens halvcirkel, en medium-frekvens halvcirkel og en lav frekvens diffusion hale. Re(Z) skæring af plottet, radier i halvcirkler og hældningen af diffusion halen kan bruges til at karakterisere vigtigt elektrokemiske fænomener forekommer inden for cellen.

En anden kraftfuld brug af værktøjet tre-elektrode er impedans karakterisering som en funktion af staten vederlagsfrit. Denne impedans kan være korreleret til forskellige nedbrydning fænomener, herunder electrodeposition af lithium. Figur 10 viser et eksempel på impedans spectra indsamlet for fuld celle, katode og anode for en enkelt mønt celle. Den skiftende impedans kan bruges til at karakterisere de enkelte bidrag af elektrode impedans som cellen SOC skiftende. For anode, kan impedans være korreleret til de forskellige nedbrydning fænomener, herunder vækst af SEI lag og lithium plating og dendrit dannelse. Forvrænget impedans målinger herunder induktive loops (Se Figur 11) kan være korreleret til to forskellige faktorer. En dårlig forsegling af cellen sammen med elektrolyt utæt (Se figur 5) kan fremkalde en induktiv impedans svar. Figuren elektrode og placeringen af reference elektrode tip kan (Se fig. 4) også fremkalde induktive loops på impedans svar21.

Funktionsmåden for individuelle elektrode-potentialer kan bruges til analyse, som ikke er tilgængelig i traditionelle to-elektrode opsætninger. For eksempel, kan plateau regioner i potentielle profilen repræsentere fase ændringer i strukturen elektrode. Disse ændringer i fasen kan støttes med yderligere elektrokemiske test, såsom cyklisk voltammetry. Værdien af anoden potentielle kan også bruges i sammenhæng med andre metoder til at bestemme lithium yderklædningen, som opstår når anoden potentielle har nået en værdi under 0.0 V vs Li/Li+.

Figure 1
Figur 1 . Intern tre-elektrode celle setup. (en) dette panel viser et fotografi af en afsluttet tre-elektrode mønt celle. (b) dette panel viser en sprængskitse af indre celle komponenter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 . Tre-elektrode mønt celle viser Indgangspunktet referenceelektrode samt den interne layout. Bemærk, at i denne figur, fælles landbrugspolitik er gennemsigtig og bølge foråret (ikke vist) ligger lige over den top spacer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 . Reference elektrode konfigurationer. (en) dette panel viser en reference elektrode batch tapede til et indehaveren element (f.eks., ren glasbeholder) med belagt ender suspenderet for tørring. De følgende paneler viser reference elektrode konfigurationer svarende til (b) situationen straks efter elektroden casting på en wire, (c) brug i et præparat celle og (d) brug i en arbejdsgruppe celle. Panelerne er ikke trukket til skala. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 . Forskellige elektroder, som er mulige at bruge i opførelsen af tre-elektrode mønt celler. Disse paneler Vis (en) en spiral form, (b) en central reference, (c) et nøglehul form, (d) en pizza-slice-figur, (e) på den side, og (f) på side med en lille rund udskæring. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 . Forkert forseglet tre-elektrode mønt celler, demonstrerer utæt og den deraf følgende reaktion af elektrolyt med miljøet. Under denne tilstand anbefales det at fjerne cellen fra indehaveren, da elektrolyt kan ruste de elektriske terminaler. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6. Forbindelsen til den elektrokemiske teste apparat til at måle impedans. Forbindelse konfigurationer er vist for (en) en fuld celle (ZF), (b) en katode (ZC), og (c) en anode (ZA). En præstation og cykling i cellen tre-elektrode kan gøres ved hjælp af katode forbindelse vist i panelet (b). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 . Spænding målinger. Disse paneler viser spænding målinger for en anode og en katode en fuld celle (to - og tre-elektrode celle) under (en) konstant aktuelle, konstant spænding (CCCV) opladning på C/10 og (b) konstant nuværende (CC) afslutning på C/10. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8 . Negative anode potentiale under hurtig opladning. Dette panel viser en negativ anode potentielle opstår under den hurtige opladning (1C-sats) af en tre-elektrode mønt celle, med angivelse af eventuel tilstedeværelse af lithium plating. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 9
Figur 9 . Impedans svar. Disse paneler viser impedans svar bruger en frekvens respons analyzer for en fuld celle, en katode og en anode viser (en) et komplet frekvensområde og (b) en lavfrekvente område. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 10
Figur 10 . EIS. Disse paneler viser elektrokemiske impedans spektroskopi svarer til (en) den fulde celle, (b) katode, og (c) anode måling for en tre-elektrode mønt celle som funktion af SOC. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 11
Figur 11 . Anode impedans forvrængning. Denne figur viser anode impedans forvrængning målt for en tre-elektrode mønt celle, sandsynligvis forårsaget af enten en forskydning af referenceelektrode inde i cellen eller en ukorrekt lukning af mønt celle nær exit placeringen af wiren. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Celle crimpning pres spiller en vigtig rolle i succesraten for både forberedelse og arbejder celler. Hvis cellen er krympede på for højtryk (> 800 psi), referenceelektrode kan blive kortsluttet med celle cap på grund af henvisningen wire position mellem fælles landbrugspolitik og pakning. Bemærk at wire passerer denne grænseflade er et krav for at forbinde referenceelektrode læsning til en ekstern måling enhed. Hvis celle trykket er for lavt (< 700 psi), cellen kan have problemer med ufuldstændige crimpning som kan forårsage elektrolytlækager og luft penetration efter cellen er fjernet fra inert argon miljø. Det blev konstateret, at omkring 750 psi er den optimale pres for crimpning i cellen for at undgå utætte eller kortslutning spørgsmål. For at give ekstra midler til at forhindre disse problemer med kortslutning af reference wire, er et afgørende skridt i byggeprocessen ekstra firkantet separatoren, der er placeret langs pakning hvor wiren krydser celle grænse. Denne separator giver en ekstra isolerende lag, der hjælper med at forhindre intern kortslutning. Derudover kan lidt anderledes crimpning pres være påkrævet til forberedelse og arbejder celle. Forberedelse celle bruger to lithium diske, der er væsentlig tykkere end en elektrode støbt på en metal folie, som bruges i cellen arbejde.

Efter lithiation af referenceelektrode i cellen forberedelse, skal referenceelektrode udvindes og genanvendes i cellen arbejde. Under denne proces, skal ekstrem omhu tages. I almindelighed, hvis referenceelektrode blev udarbejdet korrekt, bør der ikke være spørgsmål forbundet med friktion materiale, den fladtrykte del af wiren. Under alle omstændigheder bør mængden tid mellem Hvornår referenceelektrode er fjernet fra cellen forberedelse og bruges i cellen arbejde minimeres. Referenceelektrode bør ikke placeres på enhver overflade eller lov til at hvile for en betydelig mængde tid. Minimere manipulation af wiren er ideel, fordi man derved undgår mulige trættende og bryde af wiren.

En anden vigtig overvejelse ved beregningen af den tre-elektrode mønt celle forsegling cellen korrekt. Fordi wiren er klemt inde mellem fælles landbrugspolitik og pakningen, er der potentiale for et lille brud i den celle, der kan gøre det muligt for elektrolyt lækage eller luft penetration i cellen. Hvis dette ikke er udbedret, forvrængning kan ses i impedans målinger og hele cellen kan mislykkes på grund af reaktioner med miljøet, især efter en længere periode uden for inert handskerum, hvor det er fremstillet. I celle konstruktion procedure er brug af ikke-ledende epoxyen afgørende fordi det helt sæler celle fra det udendørs miljø. En interessant observation er, at hvis cellen ikke er krympede til nok højtryk, epoxy ikke vil hærde ordentligt og vil undertiden boble op. Dette kan være forårsaget af elektrolytten er ugudelige op og blandet med epoxy, eller den højere indre pres af cellen langsomt siver ud og forårsager bobler til at danne. Bemærk at epoxyen, både under og efter hærdning, var gennemblødt i elektrolytten og ingen indlysende tegn på nogen reaktion blev observeret. Hvis de bruges rigtigt, må den epoxy-forseglet celle til tørre i mindst 1 time inde i handskerum før fjernelse. Bagefter, kan epoxyen hærde i en atmosfærisk miljø. Afhængigt af epoxy bruges, det kan tage 24 timer eller mere for epoxyen hærde helt, og under denne proces, skal cellen lov til at hvile. I tilfælde af, at cellen ikke er forseglet eller forsegling proceduren er ikke tilstrækkelig, vil cellen sive ind i miljøet. Efter et stykke tid, kan cellen begynde at ændre farver. Nogle eksempler på dårligt forseglede celler kan ses i figur 5.

Ved beregningen af de tre-elektrode mønt celler, kan form af host elektroder have indflydelse på ydeevnen for cellen. Forskellige mulige figurer kan ses i figur 4. I sag ideel ville referenceelektrode være placeret i midten af elektroderne. Nogle problemer, der kan opstå indebærer en ujævn pres distribution i cellen på grund af placeringen af referenceelektrode. Et andet problem er, at eksistensen af referenceelektrode mellem vært elektroder skaber en kunstig stigning i celle impedans, at referencen er blokerer en del af området elektrode. Nogle konfigurationer (figur 4C - 4F) forsøg på at reducere problemet med udelader et lille område hvor henvisningen kan sidde. Problemet er at dette reducerer celle kapacitet samt introducerer kompleksitet i produktionsprocessen.

Ved tilslutning cellen tre-elektrode til den elektrokemiske test måling, kan forbindelsen til referenceelektrode være meget følsom på grund af den lille diameter af kobbertråd anvendes. Bemærk at wire diameter skal være små for at mindske eventuelle effekter på celle ydeevne, hvoraf den ene kunne være en blokering af området mellem de to planar elektrode diske. På grund af denne forbindelse følsomhed er det fordelagtigt at bøje den udsatte ende af den kobbertråd tilbage på sig selv flere gange for at øge arealet for forbindelsen. Hvis dette ikke sker, kan referenceelektrode synes at være kortsluttet eller har undladt, når i virkeligheden cellen fungerer som forventet.

En begrænsning ved at bruge en tre-elektrode mønt celle er, at hele processen foregår ved håndkraft. En vis mængde af praksis er påkrævet, når der opføres mønt celler for at give konsistente og pålidelige resultater. I tilfælde af utilsigtet forskydning af placeringen af referenceelektrode, arbejder elektrode og/eller counter elektrode inde i cellen, kan impedans og potentielle målinger blive forvrænget eller unøjagtige. Dette er ikke så vigtigt for cellen forberedelse, fordi formålet med denne celle er simpelthen at forberede henvisningen af delvis lithiation og til at bestemme værdien af plateau spænding (typisk ~1.565 V for lithium titanate elektroder anvendes i dette procedure).

En god metode til bestemmelse af succes af cellen er gennem observation af impedans forvrængning i anoden. I tilfælde af en forkert forseglet celle, eller en dårlig elektrode justering ses induktive impedans sløjfer ofte når du tager anode impedans. Disse sløjfer er mere let bemærket, når cellen er fuldt afladet (dvs., når cellen er først bygget), så de kan blive testet forud for enhver cykling i cellen. Et eksempel på anode impedans spektre med den nuværende forvrængning er vist i figur 9.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Finansiel støtte fra programmet Texas Instruments (TI) Universitet forskningspartnerskab erkendes taknemmeligt. Forfatterne anerkender også taknemmeligt assistance af Chien-Fan Chen fra energi og Transport Sciences laboratorium, maskinteknik, Texas A & M University, under den indledende fase af dette arbejde.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Agate Mortar and Pestle VWR 89037-492 5 in diameter
Die Set Mayhew 66000
Laboratory Press MTI YLJ-12
Analytical Scale Ohaus Adventurer AX
High-Shear Mixing Device IKA 3645000
Argon-filled Glovebox MBraun LABstar
Hydraulic Crimper MTI MSK-110
Battery Cycler Arbin Instruments BT2000
Potentiostat/Galvanostat/EIS Bio-Logic VMP3
Vacuum Oven and Pump MTI -
Copper Wire Remington PN155 32 AWG
Glass Balls McMasterr-Carr 8996K25 6 mm borosilicate glass balls
Stirring Tube IKA 3703000 20 ml
Celgard 2500 Separator MTI EQ-bsf-0025-60C 25 μm thick; Polypropylene
Stainless Steel CR2032 Coin Cell Kit Pred Materials Coin cell kit includes: case, cap, PP gasket
Stainless Steel Spacer Pred Materials 15.5 mm diameter × 0.5 mm thickness
Stainless Steel Wave Spring Pred Materials 15.0 mm diameter × 1.4 mm height
Li-ion Battery Anode - Graphite MTI bc-cf-241-ss-005 Cu Foil Single Side Coated by CMS Graphite (241mm L x 200mm W x 50μm Thickness)
Li-ion Battery Cathode - LiCoO2 MTI bc-af-241co-ss-55 Al Foil Single Side Coated by LiCoO2 (241mm L x 200mm W x 55μm Thickness)
Polyvinylidene Difluoride (PVDF) Kynar Flex 2801
N-Methyl-2-Pyrrolidinone Anhydrous (NMP), 99.5% Sigma Aldrich 328634
CNERGY Super C-65 Timcal
Electrolyte (1.0 M LiPF6 in EC/DEC, 1:1 by vol.) BASF 50316366
Lithium Titanate (Li4Ti5O12) Sigma Aldrich 702277
KS6 Synthetic Graphite Timcal
Lithium Metal Ribbon Sigma Aldrich 320080 0.75 mm thickness
Epoxy Multipurpose Loctite
Electrical Tape Scotch 3M Super 88 
Isopropyl Alcohol (IPA), ACS reagent, ≥99.5% Sigma Aldrich 190764

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode materials. Chemical Reviews. 104 (10), 4271-4301 (2004).
  2. Schipper, F., Aurbach, D. A Brief Review: Past, Present and Future of Lithium Ion Batteries. Russian Journal of Electrochemistry. 52 (12), 1095-1121 (2016).
  3. Stein, M., Chen, C. F., Robles, D. J., Rhodes, C., Mukherjee, P. P. Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells. Journal of Visualized Experiments. (108), e53490 (2016).
  4. Juarez-Robles, D., Chen, C. F., Barsoukov, Y., Mukherjee, P. P. Impedance Evolution Characteristics in Lithium-Ion Batteries. Journal of the Electrochemical Society. 164 (4), 837-847 (2017).
  5. Wu, Q. W., Lu, W. Q., Prakash, J. Characterization of a commercial size cylindrical Li-ion cell with a reference electrode. Journal of Power Sources. 88 (2), 237-242 (2000).
  6. Wu, M. S., Chiang, P. C. J., Lin, J. C. Electrochemical investigations on advanced lithium-ion batteries by three-electrode measurements. Journal of the Electrochemical Society. 152 (1), 47-52 (2005).
  7. Jansen, A. N., Dees, D. W., Abraham, D. P., Amine, K., Henriksen, G. L. Low-temperature study of lithium-ion cells using a LiySn micro-reference electrode. Journal of Power Sources. 174 (2), 373-379 (2007).
  8. Belt, J. R., Bernardi, D. M., Utgikar, V. Development and Use of a Lithium-Metal Reference Electrode in Aging Studies of Lithium-Ion Batteries. Journal of the Electrochemical Society. 161 (6), 1116-1126 (2014).
  9. McTurk, E., Birkl, C. R., Roberts, M. R., Howey, D. A., Bruce, P. G. Minimally Invasive Insertion of Reference Electrodes into Commercial Lithium-Ion Pouch Cells. Ecs Electrochemistry Letters. 4 (12), 145-147 (2015).
  10. Garcia, G., Schuhmann, W., Ventosa, E. A Three-Electrode, Battery-Type Swagelok Cell for the Evaluation of Secondary Alkaline Batteries: The Case of the Ni-Zn Battery. Chemelectrochem. 3 (4), 592-597 (2016).
  11. Solchenbach, S., Pritzl, D., Kong, E. J. Y., Landesfeind, J., Gasteiger, H. A. A Gold Micro-Reference Electrode for Impedance and Potential Measurements in Lithium Ion Batteries. Journal of the Electrochemical Society. 163 (10), 2265-2272 (2016).
  12. Waldmann, T., et al. Interplay of Operational Parameters on Lithium Deposition in Lithium-Ion Cells: Systematic Measurements with Reconstructed 3-Electrode Pouch Full Cells. Journal of the Electrochemical Society. 163 (7), 1232-1238 (2016).
  13. Costard, J., Ender, M., Weiss, M., Ivers-Tiffee, E. Three-Electrode Setups for Lithium-Ion Batteries II. Experimental Study of Different Reference Electrode Designs and Their Implications for Half-Cell Impedance Spectra. Journal of the Electrochemical Society. 164 (2), 80-87 (2017).
  14. Dees, D. W., Jansen, A. N., Abraham, D. P. Theoretical examination of reference electrodes for lithium-ion cells. Journal of Power Sources. 174 (2), 1001-1006 (2007).
  15. Ender, M., Weber, A., Ivers-Tiffee, E. Analysis of Three-Electrode Setups for AC-Impedance Measurements on Lithium-Ion Cells by FEM simulations. Journal of the Electrochemical Society. 159 (2), 128-136 (2012).
  16. La Mantia, F., Wessells, C. D., Deshazer, H. D., Cui, Y. Reliable reference electrodes for lithium-ion batteries. Electrochemistry Communications. 31, 141-144 (2013).
  17. Nakahara, K., Nakajima, R., Matsushima, T., Majima, H. Preparation of particulate Li4Ti5O12 having excellent characteristics as an electrode active material for power storage cells. Journal of Power Sources. 117 (1-2), 131-136 (2003).
  18. Shi, Y., Wen, L., Li, F., Cheng, H. M. Nanosized Li4Ti5O12/graphene hybrid materials with low polarization for high rate lithium ion batteries. Journal of Power Sources. 196 (20), 8610-8617 (2011).
  19. Dolle, M., Orsini, F., Gozdz, A. S., Tarascon, J. M. Development of reliable three-electrode impedance measurements in plastic Li-ion batteries. Journal of the Electrochemical Society. 148 (8), 851-857 (2001).
  20. Zaghib, K., Simoneau, M., Armand, M., Gauthier, M. Electrochemical study of Li4Ti5O12 as negative electrode for Li-ion polymer rechargeable batteries. Journal of Power Sources. 81, 300-305 (1999).
  21. Delacourt, C., Ridgway, P. L., Srinivasan, V., Battaglia, V. Measurements and Simulations of Electrochemical Impedance Spectroscopy of a Three-Electrode Coin Cell Design for Li-Ion Cell Testing. Journal of the Electrochemical Society. 161 (9), 1253-1260 (2014).

Tags

Teknik reference spørgsmålet 135 Lithium-ion batteri tre-elektrode celle elektrode elektrokemiske impedans spektroskopi mønt celle elektrokemiske analytics
Tre-elektrode mønt celle forberedelse og Electrodeposition Analytics til Lithium-ion-batterier
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Minter, R. D., Juarez-Robles, D.,… More

Minter, R. D., Juarez-Robles, D., Fear, C., Barsukov, Y., Mukherjee, P. P. Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries. J. Vis. Exp. (135), e57735, doi:10.3791/57735 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter