Efeito da concentração de NMP no desempenho da bateria LFP

Fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) cátodo material de eletrodo pasta à base de óleo geralmente usa N-metilpirrolidona (NMP), dimetilsulfóxido e dimetilformamida como solventes, que apresentam problemas como como difícil recuperação de solventes, grande utilização e poluição ambiental. A pasta à base de água do material do eletrodo positivo LiFePO4 usa água deionizada como solvente, que é ecologicamente correto e de baixo custo, mas o à base de água folha de eletrodo positivo aglutinante tem problemas como baixa flexibilidade, fraca adesão de materiais ativos e baixo desempenho eletroquímico. Nesta papel, folhas de eletrodos positivos com diferentes quantidades de adição de NMP foram preparado para estudar o efeito do NMP no desempenho do eletrodo positivo folhas preparadas com ligante à base de água LA132.

Experimente

O ligante aquoso LA132, supercondutor negro de fumo, água desionizada e LiFePO4 foram preparados em pasta a uma massa proporção de 2,5:2,5:50:40. Foram adicionadas quatro porções de chorume com 0, 1%, 2% e 3% NMP, numerados A, B, C e D. Calandragem do eletrodo positivo. Secando o eletrodo positivo a 100°C no vácuo por 24h para remova água e NMP, e o eletrodo positivo com um material ativo foi preparado um conteúdo de 95%. Corte-o em discos de 20 mm de diâmetro. Monte CR2016 célula tipo moeda com eletrodo negativo de folha de metal de lítio, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (proporção de volume 1:1:1) separador eletrolítico, microporoso de polipropileno, em gás argônio seco porta-luvas cheio.

Primeiro, dobre os eletrodos A, B, C e D folhas de eletrodo 180 graus e, em seguida, teste a adesão das folhas de eletrodo em um máquina de teste de tração. Em seguida, realize um teste de resistência nas folhas de eletrodo em um testador de tenacidade (os diâmetros das hastes do eixo são 1, 2, 3, 4, 6, 8, e 10 mm, respectivamente) e observe se há rachaduras na superfície das folhas do eletrodo após o enrolamento. O teste de carga e descarga da bateria a densidade de corrente é 0,1C e a tensão de teste é 2,5~3,5V.

Resultados e Discussão

A Figura 1 é um diagrama de teste da adesão do eletrodo LiFePO4 a uma flexão de 180°. Pode ser visto na Figura 1 que a adesão do eletrodo é significativamente melhorada devido à adição de NMP, e à melhoria da adesão do eletrodo é proporcional à quantidade de NMP adicionada. A adesão é um tipo de van força de der Waals, que depende da interação entre moléculas.

Durante o processo de produção de LiFePO4 folhas de eletrodo, as folhas de eletrodo inevitavelmente entrarão em contato com oxigênio no ar. Durante o processo de aquecimento, as folhas de eletrodos aquecidas reagem com o oxigênio para formar grupos ácidos. Os grupos ácidos não possuem elétrons e formará ligações de hidrogênio intermoleculares fracas com (-CN) no ligante aquoso. Isso alterará a tixotropia da pasta, reduzirá a fluidez e causará revestimento de pasta. Depois de adicionar NMP, neutralizará os grupos ácidos no eletrodo folhas. Pode reduzir a perda de elétrons na superfície do eletrodo folhas, evitam a tixotropia da pasta e aumentam a adesão entre o fichário e o coletor de corrente. A pasta do eletrodo positivo é uniformemente dispersado e a fluidez é melhorada, melhorando assim a taxa de utilização da pasta e das folhas de eletrodo. Portanto, a adição de O solvente NMP rico em elétrons pode melhorar o desempenho da bateria.

A Tabela 1 mostra os resultados do teste de flexibilidade de quatro tipos de folhas de eletrodos. Observando a Figura 1, pode-se descobriu-se que rachaduras superficiais apareceram quando a agulha de enrolamento de 6 mm de diâmetro testei o eletrodo positivo A, e quando a agulha de enrolamento de 1 mm de diâmetro foi testados, os eletrodos B~D não apresentavam trincas superficiais. Pode-se ver que o flexibilidade mais pobre é a folha de eletrodo positivo à base de água pura, que é propenso a rachaduras, quebras e rasgos durante a preparação. Adicionar NMP pode melhorar a flexibilidade da folha de eletrodo e aumentar a utilização taxa da folha de eletrodo. As partículas de látex no aglutinante LA132 são fortes polímeros polares com fortes forças intermoleculares e baixa capacidade de torção, e a folha do eletrodo é fácil de quebrar. Com a adição de NMP, o diâmetro do as partículas de látex no aglutinante LA132 aumentam, a capacidade de torção aumenta, a capacidade de rotação da cadeia molecular diminui e a flexibilidade da folha do eletrodo é aprimorada.

A Tabela 2 mostra a eletroquímica resultados do teste de desempenho da folha de eletrodo. Os valores da capacidade específica de primeira descarga, carga e descarga eficiência, tensão média de descarga e relação de corrente constante são basicamente o mesmo. Isto mostra que a adição de NMP não tem efeito na descarga capacidade e características de carga e descarga do eletrodo positivo material ativo da folha de eletrodo positivo.

As Figuras 2 a 4 mostram a relação entre a relação de corrente constante, capacidade específica de descarga de taxa, descarga tensão mediana e quantidade de adição de NMP das quatro folhas de eletrodo.

Na Figura 2, pode-se descobrir que sob nas mesmas condições de teste, as taxas de corrente constante de carregamento dos quatro as baterias estão todas acima de 98,2%. Nas Figuras 3 e 4, pode-se verificar que o capacidade específica de descarga e tensão média da mesma folha de eletrodo continuam a decair com o aumento da taxa de descarga.

A capacidade de descarga e a tensão média dos eletrodos A e B são basicamente os mesmos em diferentes taxas de descarga. Como a taxa de descarga aumenta, a tensão média e a capacidade de descarga de eletrodos C e D aumentam gradualmente. Pode-se ver que quando o NMP é adicionado em uma concentração não superior a 1%, o desempenho de descarga da taxa do a bateria não será afetada. Quando NMP é adicionado em uma concentração superior a 1%, NMP afetará a capacidade de descarga e a tensão média do eletrodo positivo.

A Figura 5 mostra as curvas de desempenho do ciclo dos quatro tipos de baterias. Observando a Figura 5, pode-se verificar que em o início do ciclo de carga e descarga, as tendências de queda de capacidade de as folhas de eletrodo A e as folhas de eletrodo B são semelhantes, e a queda de capacidade tendências das folhas de eletrodo C e das folhas de eletrodo D são semelhantes, enquanto o as taxas de decaimento das folhas de eletrodo C e das folhas de eletrodo D são maiores. Como o o ciclo continua, o decaimento das folhas de eletrodo A, C e D acelera e o a taxa de decaimento da folha de eletrodo B permanece basicamente inalterada. A última bateria a taxa de retenção de capacidade é a folha de eletrodo Dï¼Cï¼Aï¼B. Isto mostra que quando a quantidade de NMP adicionado é inferior a 1%, é benéfico melhorar as características do ciclo de bateria, e quando a quantidade de NMP adicionada for superior a 1%, o ciclo as características da bateria serão afetadas.

Conclusão

A adesão do eletrodo positivo folha pode ser melhorada adicionando NMP, e a adesão aumenta gradualmente com o aumento da quantidade de NMP adicionada. Depois de adicionar NMP, os grupos ácidos em o eletrodo será neutralizado, o que pode reduzir a perda de elétrons em a superfície do eletrodo, evita a tixotropia da pasta, aumenta a adesão do aglutinante e do coletor de corrente, faça o eletrodo positivo pasta dispersa uniformemente e melhorar a fluidez, melhorando assim o utilização da pasta e do eletrodo. Quando a quantidade de NMP adicionada é menos de 1%, não afetará o desempenho da taxa de descarga da bateria e pode melhorar as características do ciclo da bateria. No entanto, quando o quantidade de NMP adicionada for superior a 1%, NMP afetará a capacidade de descarga e tensão mediana do eletrodo positivo e reduzir o ciclo características da bateria.