Efecte de la concentració de NMP sobre el rendiment de la bateria LFP

Fosfat de ferro de liti (LiFePO4)material de l'elèctrode càtodegeneralment s'utilitza purins a base d'oliN-metilpirrolidona (NMP), dimetil sulfòxid i dimetilformamida com a dissolvents, que tenen problemes com ara la difícil recuperació de dissolvents, gran quantitat d'ús i contaminació ambiental. El purín a base d'aigua de material d'elèctrode positiu LiFePO4 utilitza aigua desionitzada com a dissolvent, que és respectuós amb el medi ambient i de baix cost, però la làmina d'elèctrode positiu aglutinant a base d'aigua té problemes com ara poca flexibilitat, feble adhesió dels materials actius i un rendiment electroquímic pobre. En aquest article, es van preparar làmines d'elèctrodes positius amb diferents quantitats d'addició de NMP per estudiar l'efecte de la NMP en el rendiment de les làmines d'elèctrodes positius preparades ambaglutinant a base d'aigua LA132.

Experimenta

L'aglutinant aquós LA132, el negre de carboni superconductor, l'aigua desionitzada i el LiFePO4 es van preparar en purins en una proporció de massa de 2,5:2,5:50:40. Es van afegir quatre porcions de purín amb 0, 1%, 2% i 3% de NMP, numerades A, B, C i D. Calandrant l'elèctrode positiu. Assecar l'elèctrode positiu a 100 graus al buit durant 24 hores per eliminar l'aigua i NMP, i es va preparar l'elèctrode positiu amb un contingut de material actiu del 95%. Talleu-lo en discos de 20 mm de diàmetre. Munta una pila monedera CR2016 amb elèctrode negatiu de xapa de liti, electròlit 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (relació de volum 1:1:1), separador de polipropilè microporós, en una guantera plena de gas argó sec.

Primer, doblegueu les làmines d'elèctrodes A, B, C i D 18 0 graus i, a continuació, proveu l'adhesió de les làmines d'elèctrodes en una màquina de prova de tracció. A continuació, realitzeu una prova de tenacitat a les làmines d'elèctrode en un provador de tenacitat (els diàmetres de les barres de l'eix són 1, 2, 3, 4, 6, 8 i 10 mm, respectivament) i observeu si hi ha esquerdes a la superfície. de les làmines d'elèctrode després de l'enrotllament. La densitat de corrent de prova de càrrega i descàrrega de la bateria és de 0,1 C i la tensió de prova és de 2,5 ~ 3,5 V.

Resultats i discussió

La figura 1 és un diagrama de prova de l'adhesió de l'elèctrode LiFePO4 a una flexió de 180 graus. A la figura 1 es pot veure que l'adhesió de l'elèctrode millora significativament a causa de l'addició de NMP, i la millora de l'adhesió de l'elèctrode és proporcional a la quantitat de NMP afegit. L'adhesió és un tipus de força de van der Waals, que depèn de la interacció entre les molècules.

Durant el procés de producció de làmines d'elèctrode LiFePO4, les làmines d'elèctrode inevitablement entraran en contacte amb l'oxigen de l'aire. Durant el procés d'escalfament, les làmines d'elèctrode escalfades reaccionen amb l'oxigen per formar grups àcids. Els grups àcids no tenen electrons i formaran enllaços d'hidrogen intermoleculars febles amb (-CN) a l'aglutinant aquós. Canviarà la tixotropia del purí, reduirà la fluïdesa i provocarà un recobriment desigual de purins. Després d'afegir NMP, neutralitzarà els grups àcids de les làmines d'elèctrode. Pot reduir la pèrdua d'electrons a la superfície de les làmines d'elèctrode, evitar la tixotropia del purí i augmentar l'adhesió entre l'aglutinant i el col·lector de corrent. La purín de l'elèctrode positiu es dispersa uniformement i es millora la fluïdesa, millorant així la taxa d'utilització de la pasta i les làmines d'elèctrode. Per tant, l'addició de dissolvent NMP ric en electrons pot millorar el rendiment de la bateria.

La taula 1 mostra els resultats de la prova de flexibilitat de quatre tipus de làmines d'elèctrodes. Observant la figura 1, es pot trobar que van aparèixer esquerdes superficials quan l'agulla de bobinat de 6 mm de diàmetre va provar l'elèctrode positiu A, i quan es va provar l'agulla de bobinat d'1 mm de diàmetre, els elèctrodes B ~ D no tenien esquerdes superficials. Es pot veure que la flexibilitat més baixa és la làmina d'elèctrode positiu a base d'aigua pura, que és propensa a esquerdes, trencaments i trencaments durant la preparació. L'addició de NMP pot millorar la flexibilitat de la làmina d'elèctrode i augmentar la taxa d'utilització de la làmina d'elèctrode. Les partícules de làtex de l'aglutinant LA132 són polímers polars forts amb fortes forces intermoleculars i poca capacitat de torsió, i la làmina d'elèctrode és fàcil de trencar. Amb l'addició de NMP, el diàmetre de les partícules de làtex a l'aglutinant LA132 augmenta, la capacitat de torsió augmenta, la capacitat de rotació de la cadena molecular disminueix i la flexibilitat de la làmina d'elèctrode es millora.

La taula 2 mostra els resultats de les proves de rendiment electroquímic de la làmina d'elèctrode. Els valors de la capacitat específica de la primera descàrrega, l'eficiència de càrrega i descàrrega, la tensió mitjana de descàrrega i la relació de corrent constant són bàsicament els mateixos. Això demostra que l'addició de NMP no té cap efecte sobre la capacitat de descàrrega i les característiques de càrrega i descàrrega del material actiu de l'elèctrode positiu de la làmina d'elèctrode positiu.

Les figures 2 a 4 mostren la relació entre la relació de corrent constant, la capacitat específica de descàrrega de velocitat, la tensió mitjana de descàrrega i la quantitat d'addició de NMP de les quatre làmines d'elèctrode.

A la figura 2, es pot trobar que en les mateixes condicions de prova, les relacions de corrent constant de càrrega de les quatre bateries són totes superiors al 98,2%. A partir de les figures 3 i 4, es pot trobar que la capacitat específica de descàrrega i la tensió mitjana de la mateixa làmina d'elèctrode continuen decaint amb l'augment de la velocitat de descàrrega.

La capacitat de descàrrega i la tensió mitjana dels elèctrodes A i B són bàsicament iguals a diferents velocitats de descàrrega. A mesura que augmenta la velocitat de descàrrega, la tensió mitjana i la capacitat de descàrrega dels elèctrodes C i D augmenten gradualment. Es pot veure que quan s'afegeix NMP a una concentració no superior a l'1%, el rendiment de la velocitat de descàrrega de la bateria no es veurà afectat. Quan s'afegeix NMP a una concentració superior a l'1%, NMP afectarà la capacitat de descàrrega i la tensió mitjana de l'elèctrode positiu.

La figura 5 mostra les corbes de rendiment del cicle dels quatre tipus de bateries. Observant la figura 5, es pot trobar que al començament del cicle de càrrega i descàrrega, les tendències de decadència de la capacitat de les làmines d'elèctrode A i de les làmines d'elèctrode B són similars, i les tendències de decadència de la capacitat de les làmines d'elèctrode C i les làmines d'elèctrode D són similars. , mentre que les taxes de desintegració de les làmines d'elèctrodes C i les làmines d'elèctrodes D són més grans. A mesura que el cicle continua, la decadència de les làmines d'elèctrode A, C i D s'accelera i la taxa de decadència de la làmina d'elèctrode B es manté bàsicament sense canvis. La taxa de retenció de capacitat final de la bateria és la làmina d'elèctrode D＜C＜A＜B. Això demostra que quan la quantitat de NMP afegit és inferior a l'1%, és beneficiós millorar les característiques del cicle de la bateria, i quan la quantitat de NMP afegit és superior a l'1%, les característiques del cicle de la bateria es veuran afectades.

Conclusió

L'adhesió del full d'elèctrode positiu es pot millorar afegint NMP, i l'adhesió augmenta gradualment amb l'augment de la quantitat de NMP afegit. Després d'afegir NMP, es neutralitzaran els grups àcids de l'elèctrode, cosa que pot reduir la pèrdua d'electrons a la superfície de l'elèctrode, evitar la tixotropia de la purí, augmentar l'adhesió de l'aglutinant i el col·lector de corrent, fer que la purín de l'elèctrode positiu es dispersi uniformement. , i millora la fluïdesa, millorant així la utilització de la purín i l'elèctrode. Quan la quantitat de NMP afegit és inferior a l'1%, no afectarà el rendiment de descàrrega de la bateria i pot millorar les característiques del cicle de la bateria. Tanmateix, quan la quantitat de NMP afegit és superior a l'1%, NMP afectarà la capacitat de descàrrega i la tensió mitjana de l'elèctrode positiu i reduirà les característiques del cicle de la bateria.