Effekt af NMP-koncentration på LFP-batteriets ydeevne

Lithiumjernfosfat (LiFePO4)katodeelektrodematerialeoliebaseret gylle normalt brugerN-methylpyrrolidon (NMP), dimethylsulfoxid og dimethylformamid som opløsningsmidler, der har problemer som vanskelig opløsningsmiddelgenvinding, stor anvendelse og miljøforurening. LiFePO4 positivt elektrodemateriale vandbaseret gylle bruger deioniseret vand som opløsningsmiddel, hvilket er miljøvenligt og billigt, men det vandbaserede bindemiddel positive elektrodeark har problemer såsom dårlig fleksibilitet, svag vedhæftning af aktive materialer og dårlig elektrokemisk ydeevne. I dette papir blev positive elektrodeplader med forskellige NMP-tilsætningsmængder fremstillet for at studere effekten af ​​NMP på ydeevnen af ​​positive elektrodeplader fremstillet medvandbaseret bindemiddel LA132.

Eksperiment

Det vandige bindemiddel LA132, superledende kønrøg, deioniseret vand og LiFePO4 blev fremstillet til opslæmning i et masseforhold på 2,5:2,5:50:40. Fire portioner opslæmning blev tilsat med 0, 1 %, 2 % og 3 % NMP, nummereret A, B, C og D. Kalandrering af den positive elektrode. Tørring af den positive elektrode ved 100 grader i et vakuum i 24 timer for at fjerne vand og NMP, og den positive elektrode med et indhold af aktivt materiale på 95 % blev klargjort. Skær den i skiver med en diameter på 20 mm. Saml CR2016 møntcelle med lithiummetalplade negativ elektrode, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (volumenforhold 1:1:1) elektrolyt, mikroporøs polypropylen separator, i en tør argongas fyldt handskeboks.

Bøj først A, B, C og D elektrodepladerne 180 grader, og test derefter vedhæftningen af ​​elektrodepladerne på en trækprøvemaskine. Udfør derefter en sejhedstest på elektrodepladerne på en sejhedstester (diametrene på akselstængerne er henholdsvis 1, 2, 3, 4, 6, 8 og 10 mm), og observer, om der er revner på overfladen af elektrodepladerne efter vikling. Batteriets ladnings- og afladningsteststrømtæthed er 0,1C, og testspændingen er 2,5~3,5V.

Resultater og diskussion

Figur 1 er et testdiagram af vedhæftningen af ​​LiFePO4-elektroden ved 180 graders bøjning. Det kan ses af figur 1, at adhæsionen af ​​elektroden er væsentligt forbedret på grund af tilsætningen af ​​NMP, og forbedringen af ​​adhæsionen af ​​elektroden er proportional med mængden af ​​tilsat NMP. Adhæsion er en type van der Waals kraft, som afhænger af interaktionen mellem molekyler.

Under produktionsprocessen af ​​LiFePO4 elektrodeplader vil elektrodepladerne uundgåeligt komme i kontakt med ilt i luften. Under opvarmningsprocessen reagerer de opvarmede elektrodeplader med oxygen for at danne sure grupper. De sure grupper mangler elektroner og vil danne svage intermolekylære hydrogenbindinger med (-CN) i det vandige bindemiddel. Det vil ændre gyllens thixotropi, reducere flydighed og forårsage ujævn gyllebelægning. Efter tilsætning af NMP vil det neutralisere de sure grupper på elektrodepladerne. Det kan reducere tabet af elektroner på overfladen af ​​elektrodepladerne, forhindre opslæmningen fra thixotropi og øge adhæsionen mellem bindemidlet og strømopsamleren. Den positive elektrodeopslæmning er jævnt fordelt, og fluiditeten forbedres, hvorved udnyttelsesgraden af ​​opslæmningen og elektrodepladerne forbedres. Derfor kan tilsætning af elektronrigt opløsningsmiddel NMP forbedre batteriets ydeevne.

Tabel 1 viser resultaterne af fleksibilitetstesten af ​​fire typer elektrodeplader. Iagttagelse af figur 1 kan det konstateres, at der opstod overfladerevner, når viklingsnålen med en diameter på 6 mm testede den positive elektrode A, og når viklingsnålen med en diameter på 1 mm blev testet, havde elektroderne B~D ikke overfladerevner. Det kan ses, at den ringeste fleksibilitet er den rene vandbaserede positive elektrodeplade, som er tilbøjelig til at revne, gå i stykker og revne under forberedelsen. Tilføjelse af NMP kan forbedre elektrodearkets fleksibilitet og øge udnyttelsesgraden af ​​elektrodearket. Latexpartiklerne i LA132 bindemidlet er stærke polære polymerer med stærke intermolekylære kræfter og dårlig vridningsevne, og elektrodepladen er let at knække. Med tilsætning af NMP øges diameteren af ​​latexpartiklerne i LA132 bindemidlet, vridningsevnen øges, molekylær kæderotationsevnen falder, og elektrodearkets fleksibilitet forbedres.

Tabel 2 viser de elektrokemiske præstationstestresultater for elektrodearket. Værdierne for den første afladningsspecifikke kapacitet, opladnings- og afladningseffektivitet, afladningsmedianspænding og konstant strømforhold er stort set de samme. Dette viser, at tilsætningen af ​​NMP ikke har nogen effekt på afladningskapaciteten og ladnings- og afladningsegenskaberne for det positive elektrodeaktive materiale i den positive elektrodeplade.

Figur 2 til 4 viser forholdet mellem det konstante strømforhold, hastighedsafladningsspecifikke kapacitet, afladningsmedianspænding og NMP-tilsætningsmængde af de fire elektrodeplader.

Fra figur 2 kan det ses, at under de samme testbetingelser er ladekonstantstrømforholdene for de fire batterier alle over 98,2%. Fra figur 3 og 4 kan det konstateres, at den afladningsspecifikke kapacitet og medianspænding af den samme elektrodeplade fortsætter med at falde med stigningen i afladningshastigheden.

Afladningskapaciteten og medianspændingen af ​​elektroderne A og B er stort set den samme ved forskellige afladningshastigheder. Efterhånden som afladningshastigheden stiger, stiger medianspændingen og afladningskapaciteten af ​​elektroderne C og D gradvist. Det kan ses, at når NMP tilsættes i en koncentration på højst 1 %, vil batteriets hastighedsafladningsydelse ikke blive påvirket. Når NMP tilsættes i en koncentration på mere end 1 %, vil NMP påvirke afladningskapaciteten og medianspændingen af ​​den positive elektrode.

Figur 5 viser cyklusydelseskurverne for de fire batterityper. Ved at observere figur 5 kan det konstateres, at ved begyndelsen af ​​opladnings- og afladningscyklussen er kapacitetsnedbrydningstendenserne for elektrodeplader A og elektrodeplader B ens, og kapacitetsforfaldstendenserne for elektrodeplader C og elektrodeplader D er ens. , mens henfaldshastighederne for elektrodeplader C og elektrodeplader D er større. Efterhånden som cyklussen fortsætter, accelererer henfaldet af elektrodeplader A, C og D, og ​​henfaldshastigheden for elektrodeplade B forbliver stort set uændret. Den endelige batterikapacitetsretentionshastighed er elektrodeark D＜C＜A＜B. Dette viser, at når mængden af ​​tilsat NMP er mindre end 1 %, er det fordelagtigt at forbedre batteriets cyklusegenskaber, og når mængden af ​​tilsat NMP er større end 1 %, vil batteriets cyklusegenskaber blive påvirket.

Konklusion

Adhæsionen af ​​det positive elektrodeark kan forbedres ved at tilføje NMP, og adhæsionen øges gradvist med stigningen i mængden af ​​tilsat NMP. Efter tilsætning af NMP vil de sure grupper på elektroden blive neutraliseret, hvilket kan reducere tabet af elektroner på elektrodeoverfladen, forhindre opslæmningen fra thixotropi, øge vedhæftningen af ​​bindemidlet og strømopsamleren, få den positive elektrodeopslæmning til at spredes jævnt. og forbedrer fluiditeten, hvorved udnyttelsen af ​​opslæmningen og elektroden forbedres. Når mængden af ​​tilsat NMP er mindre end 1 %, vil det ikke påvirke batteriets hastighedsafladningsydelse og kan forbedre batteriets cyklusegenskaber. Men når mængden af ​​tilsat NMP er større end 1 %, vil NMP påvirke afladningskapaciteten og medianspændingen af ​​den positive elektrode og reducere batteriets cykluskarakteristika.