Lityum-ion Coin Hücrelerinin Susuz Elektrot İşleme ve İnşaat

Bu deneysel gösterinin genel amacı, akademik bir laboratuvar ortamında gerçekleştirilebilecek elektrokimyasal analiz ve karakterizasyonun yanı sıra lityum iyon pil elektrot hazırlama ve madeni para hücresi montajı için adım adım prosedürel bir kılavuz sağlamaktır. Bu gösteri, elektroişlemenin lityum iyon pillerin performansı ve elektrokimyasal özellikleri üzerindeki önemini vurgulamaktadır. Öne çıkan en önemli noktalardan biri, lityum pil elektrot işleme ve üretimi için kurutma adımında buharlaştırmanın önemini vurgulamaya çalışmamızdır.

Bu gösterinin, elektrokimya mühendisliğinde ve özellikle ADR ailesi deposunda programı başlatmaya çalışan öğrencilere ve benzerlerine adım adım bir kılavuz sağlayacağını umuyoruz. Bu prosedüre başlamak için, bir kağıt kesici kullanarak 4,5 inç x 12 inç 15 mikrometre kalınlığında alüminyum folyo levha kesin. Temiz bir plastik levhanın yüzeyine aseton püskürtün ve ardından folyo tabakayı tahtanın üzerine yerleştirin.

Daha sonra, folyonun yüzeyine bol miktarda aseton püskürtün ve bir viski pedi kullanarak tüm yüzeyi küçük yarım daire hareketleriyle ovalamaya başlayın. Yüzeye ilave aseton püskürtün ve kalıntıyı bir kağıt havluyla silin. Kazınmış alüminyum levhayı döküm tarafında deiyonize su ile durulayın.

Sayfayı çevirin ve aynı işlemi parlak tarafta ve tekrar donuk tarafta tekrarlayın. İzopropil alkol ile duruladıktan sonra, temizlenmiş alüminyum levhayı iki kağıt havlu arasına yerleştirin. Ardından, kağıt havluları ve temizlenmiş alüminyum levhayı iki düz plaka arasına yerleştirin ve ağır bir nesne kullanarak yaklaşık 20 dakika sıkıştırın.

Bunu takiben, 0.875 gram lityum manganez kobalt oksit veya NMC ve 0.25 gram karbon siyahını bir akik harcı ve havaneli içine yerleştirin. Malzemeleri taşlamadan hafifçe karıştırın. Bir karışım oluşmaya başladıktan sonra, havanda elle öğütün ve havaneli havan tokmağı, homojen bir toz gözle görülür şekilde gözlenene kadar üç ila beş dakika boyunca öğütün.

Bir parça beyaz kağıt kullanarak, karışık gücü tek kullanımlık bir karıştırma tüpüne aktarın. Ardından, toza 16 cam top ve 5.5 mililitre 1-metil-2-pirolidon veya NMP ekleyin. Tek kullanımlık tüpü bir tüp sürücü istasyonuna yerleştirin ve yerine kilitleyin.

Sürücüyü açın ve yavaşça maksimum hıza yükseltin, böylece içeriğin 15 dakika karışmasına izin verin. Karıştırma tamamlandığında, NMP çözeltisi içinde 1.25 gram% 10'luk bir poliviniliden diflorür doğrudan tüpe ekleyin. Tüpü sürücüye geri yerleştirdikten sonra, içeriğin sekiz dakika karışmasına izin verin.

Ardından, film aplikatörünün yüzeyine bir kat izopropil alkol uygulayın ve kurutulmuş alüminyum alt tabakayı parlak tarafı aşağı bakacak şekilde yüzeye yerleştirin. Fazla izopropil alkolü katlanmış bir kağıt havluyla tüm kırışıklıklar ve çözücü giderilene kadar bastırın. Karıştırma tüpünü tüp tahrikinden çıkardıktan sonra, bulamacı alt tabakanın yüzeyine, alt tabakanın üstünden yaklaşık bir inç uzakta, iki ila üç inçlik bir çizgi halinde dökün.

Ardından, döküm hızını saniyede 20 milimetreye ayarlayın ve film aplikatörünün döküm kolunu etkinleştirin. Döküm tamamlandıktan sonra, tabaka üzerinde kırışıklık oluşmadığından emin olmak için ince bir karton parçası kullanarak döküm elektrodu film aplikatörünün yüzeyinden kaldırın. Elektrot tabakasının oda sıcaklığında 16 saat kurumasına izin verdikten sonra, bir fırında yaklaşık üç saat boyunca 70 santigrat derecede kurutun.

Bu noktada, kurutulmuş elektrot tabakasını daha önce temizlenmiş alüminyum metal tabakasının üzerine yerleştirin. Düzgün bir yüzeye sahip tabakanın bir bölgesine yavaşça 1/2 inçlik bir delgeç yerleştirin. Zımbaya yavaşça baskı uygulayın ve temiz bir kesim sağlamak için basıncı zımbanın kenarları etrafında yuvarlayın.

Kesilen elektrodu temiz plastik cımbızla tabakadan çıkarın ve elektrot yüzeyi dışarı bakacak şekilde etiketli bir şişeye yerleştirin. Ardından, kalan nemi gidermek için elektrotları 120 santigrat derecede, eksi 0,1 megaPascal'da 12 saat boyunca vakumlu bir fırında kurutun. Elektrotları fırından çıkardıktan sonra, 0.0001 gram içinde tartın.

Bir torpido gözünde, küçük bir tartı teknesine bir madeni para hücresi kutusu yerleştirin ve katodu düğme hücresi kutusunun ortasına yerleştirin. Elektrotun ortasına bir ila iki damla elektrolit uygulayın ve kasanın kenarının karşı taraflarına bir damla uygulayın. Elektrotun yüzeyine tek bir 3/4 inç ayırıcı yerleştirin.

Ardından contayı, düz tarafı aşağı ve dudak tarafı yukarı bakacak şekilde kasaya yerleştirin. Hücrenin merkezine iki ila üç damla elektrolit uygulayın ve hazırlanan karşı elektrodu, lityum tarafı aşağı bakacak şekilde merkeze yerleştirin. Dalga yayını ortalanmış karşı elektrotun üzerine yerleştirin.

Bunu takiben, dalga yayı yüzeyinin çoğunu kaplayan kavisli, dışbükey bir menisküs oluşturana kadar hücreyi ağzına kadar elektrolitle doldurun. Düğme pil kapağını dikkatlice hücrenin üzerine yerleştirin ve kapağı hücrenin üzerinde dikey olarak ortalanmış halde tutmak için cımbızı kullanın. Contanın ağzına oturana kadar kapağa bastırın.

Hücreyi kıvırıcıya aktarın ve hücrenin kıvırma kalıbının oluğunda ortalandığından emin olun. Hücreyi yaklaşık 6.2 megaPascal'lık bir basınca kıvırın ve serbest bırakın. Dökülen elektroliti temizleyin.

İşiniz bittiğinde, hücreyi torpido gözünden çıkarın. Hücreyi torpido gözünden çıkardıktan sonra, fazla elektroliti temizleyin ve hücreyi etiketleyin. Bu noktada, temiz hücreyi pil döngüleyiciye bağlayın.

Açık devre potansiyelini ölçerek terminallerin doğru şekilde bağlandığından emin olun. 0.0090 gramlık ölçülen bir elektrot kütlesi, 0.0054 gramlık bir alüminyum disk kütlesi ve gram başına 155 miliAmp saatlik bir nominal kapasite ile istenen akımı belirleyin. Ardından, hücreyi sırasıyla 4,2 volt ve 2,8 voltluk üst ve alt voltaj seviyeleri arasında şarj etmek ve boşaltmak için döngüleyicideki programı ayarlayın.

Hücreyi 10'un üzerinde bir C oranında dört kez döndürün. Ardından, hücreyi 10'un üzerinde C'de bir kez şarj edin. Beşinci C'nin 10'dan fazla şarjını takiben, bir saat dinlendirdikten sonra hücre üzerinde EIS gerçekleştirin.

Ardından, hücreyi tekrar döngüleyiciye yerleştirin ve 10'un üzerinde C'de boşaltın. Başka bir EIS analizi yaptıktan ve hücreyi tekrar döngüleyiciye yerleştirdikten sonra, hücreyi beş, C, iki C, beş C ve 10 C üzerinde C oranlarında beş kez döndürün, ardından 100 bir C döngüsü izleyin. MiliAmp saat cinsinden kapasiteyi katotta bulunan aktif madde kütlesine bölerek her bir C oranındaki hücrelerin spesifik kapasitesini belirleyin.

Son beş bir C döngüsünün ortalama özgül kapasitesini, ilk beş bir C döngüsünün ortalama özgül kapasitesine bölerek kapasite tutma oranını hesaplayın. Düzgün dökülmüş bir elektrot tabakası düzgün görünmeli ve akım toplayıcıya yapışmalıdır. Tabakanın dökülmesi, zayıf aşındırma veya çok az NMP'den kaynaklanır.

Ve çok fazla NMP, daha yüksek derecede gözenekliliğe neden olabilir. Son olarak, kurutma sırasında malzeme birikmesinden dolayı düzgün olmayan bir yüzey oluşabilir. Hücre düzgün bir şekilde kapatılmadığında, atmosferik maruziyet lityumun şişmesine neden olur ve bu da hücrenin açılmasına neden olur.

Elektrot yüzeyinin SEM görüntülemesi, katodun karmaşıklığını ortaya çıkarır. Büyük parçacıklar aktif malzemedir ve kalan malzeme poliviniliden diflorür ve karbon siyahıdır. Çok hızlı kurumuş ve uygun şekilde kurutulmuş bir tabaka için temsili döngü sonuçları burada gösterilmektedir.

Hücrelerin özgül enerjisi, deşarj eğrisinin altındaki alan olarak belirlenebilir. EIS verilerindeki kuyruğun eğimi, difüzyondan kaynaklanan direnci gösterir ve yarım daire, yük transfer dirençlerinden kaynaklanan direnç sayısını temsil eder. Hızlı kuruyan tabaka, daha yüksek şarj transfer direncini gösteren daha büyük bir yarıçapa sahiptir.

Döküm kalınlığı, bulamaç viskozitesi ve bileşimi ve kalendromlama derecesinin tümü, bir elektrot tabakasının gözenekliliği ve kalınlığı üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Daha ince bir tabaka, daha kısa difüzyon mesafelerine izin verir. Ve gözeneklilik, daha verimli aktarıma izin vermek için optimize edilebilir.

Bir kez ustalaştıktan sonra, yöntem uygun şekilde gerçekleştirilirse 24 saat içinde gerçekleştirilebilir. Bu prosedürü denerken, koruyucu eldiven giymek ve temiz elektrot tabakalarını korumak, ardından torpido gözünde son hücre montajını yapmak zorunludur. Monte edilmiş madeni para hücresi ile bu prosedürü takiben, farklı döngü ve çevresel koşullar altında hücre davranışını ve performans özelliklerini kategorize etmek için şarj-deşarj döngüsü, döngü voltometrisi ve elektrokimyasal empedans spektrometresi gibi elektrokimyasal testler rutin olarak gerçekleştirilebilir.

Bu deneysel keşif, elektroişlemenin hücre performansı ve elektrokimyasal özellikler üzerindeki önemini vurgulamaktadır. Tanıtım videosunu izledikten sonra, elektrot ve madeni para hücresi montajının yapılmasındaki temel adımları iyi anlamalı ve ardından laboratuvarda lityum iyon piller için elektrokimyasal test yapmalısınız. Elektrolitin oksijen ve su ile kolayca reaksiyona girebileceğini ve bu nedenle düğme hücre montajının torpido gözünde yapılması gerektiğini unutmayın.