Efecto de la concentración de NMP sobre el rendimiento de la batería LFP

fosfato de hierro y litio (LiFePO4) cátodo material del electrodo la suspensión a base de aceite generalmente usa N-metilpirrolidona (NMP) , dimetilsulfóxido y dimetilformamida como disolventes, que presentan problemas tales como difícil recuperación de solventes, gran cantidad de uso y contaminación ambiental. La suspensión a base de agua de material de electrodo positivo LiFePO4 utiliza agua desionizada como Solvente, que es respetuoso con el medio ambiente y de bajo costo, pero el a base de agua La lámina de electrodo positivo aglutinante tiene problemas como poca flexibilidad, débil adhesión de materiales activos y bajo rendimiento electroquímico. en esto papel, se colocaron láminas de electrodos positivos con diferentes cantidades de adición de NMP. preparado para estudiar el efecto de NMP en el rendimiento del electrodo positivo láminas preparadas con aglutinante a base de agua LA132.

Experimento

El aglutinante acuoso LA132, superconductor. Se prepararon negro de carbón, agua desionizada y LiFePO4 en una suspensión con una masa relación de 2,5:2,5:50:40. Se agregaron cuatro porciones de suspensión con 0, 1%, 2% y NMP al 3%, numerados A, B, C y D. Calandrado del electrodo positivo. Secando el electrodo positivo a 100 ℃ en vacío durante 24 h para eliminar agua y NMP, y el electrodo positivo con un material activo Se preparó un contenido del 95%. Córtalo en discos de 20 mm de diámetro. Montar CR2016 pila de botón con electrodo negativo de chapa de litio, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (relación de volumen 1:1:1) electrolito, separador microporoso de polipropileno, en gas argón seco guantera llena.

Primero, doble los electrodos A, B, C y D. láminas 180 grados y luego pruebe la adhesión de las láminas de electrodos en un máquina de ensayo de tracción. Luego, realice una prueba de dureza en las láminas de los electrodos. en un probador de dureza (los diámetros de las varillas del eje son 1, 2, 3, 4, 6, 8, y 10 mm, respectivamente), y observar si hay grietas en la superficie. de las láminas de electrodos después del bobinado. La prueba de carga y descarga de la batería. la densidad de corriente es 0,1C y el voltaje de prueba es 2,5~3,5V.

Resultados y discusión

La Figura 1 es un diagrama de prueba de la adherencia. del electrodo LiFePO4 con una flexión de 180°. puede ser Como se ve en la Figura 1, la adhesión del electrodo mejora significativamente debido a la adición de NMP, y la mejora de la adhesión del electrodo es proporcional a la cantidad de NMP agregada. La adhesión es un tipo de furgoneta. Fuerza der Waals, que depende de la interacción entre moléculas.

Durante el proceso de producción de LiFePO4 láminas de electrodos, las láminas de electrodos inevitablemente entrarán en contacto con oxígeno en el aire. Durante el proceso de calentamiento, las láminas de electrodos calentados Reaccionan con el oxígeno para formar grupos ácidos. Los grupos ácidos carecen de electrones y formará enlaces de hidrógeno intermoleculares débiles con (-CN) en el aglutinante acuoso. Cambiará la tixotropía de la suspensión, reducirá la fluidez y provocará irregularidades. recubrimiento de lechada. Después de agregar NMP, neutralizará los grupos ácidos en el electrodo. hojas. Puede reducir la pérdida de electrones en la superficie del electrodo. láminas, previene la tixotropía de la lechada y aumenta la adhesión entre el aglutinante y el colector de corriente. La lechada del electrodo positivo se distribuye uniformemente Se dispersa y se mejora la fluidez, mejorando así la tasa de utilización. de la suspensión y las láminas de electrodos. Por lo tanto, la adición de El disolvente NMP rico en electrones puede mejorar el rendimiento de la batería.

La tabla 1 muestra los resultados de la Prueba de flexibilidad de cuatro tipos de láminas de electrodos. Observando la Figura 1, puede Se encontró que aparecieron grietas en la superficie cuando la aguja de bobinado de 6 mm de diámetro probó el electrodo positivo A, y cuando la aguja de bobinado de 1 mm de diámetro estaba Ensayados, los electrodos B~D no tenían grietas superficiales. Se puede observar que el La flexibilidad más pobre es la lámina de electrodo positivo a base de agua pura, que es propenso a grietas, roturas y desgarros durante la preparación. Agregar NMP puede mejorar la flexibilidad de la lámina del electrodo y aumentar la utilización velocidad de la lámina del electrodo. Las partículas de látex del aglutinante LA132 son fuertes. polímeros polares con fuertes fuerzas intermoleculares y poca capacidad de torsión, y la lámina del electrodo es fácil de romper. Con la adición de NMP, el diámetro de Las partículas de látex en el aglutinante LA132 aumentan, la capacidad de torsión aumenta, la capacidad de rotación de la cadena molecular disminuye y la flexibilidad Se mejora la calidad de la lámina del electrodo.

La Tabla 2 muestra la electroquímica. Resultados de la prueba de rendimiento de la lámina del electrodo. Los valores de la primera descarga, capacidad específica, carga y descarga. La eficiencia, el voltaje medio de descarga y la relación de corriente constante son básicamente lo mismo. Esto muestra que la adición de NMP no tiene ningún efecto sobre la descarga. Capacidad y características de carga y descarga del electrodo positivo. material activo de la lámina del electrodo positivo.

Las figuras 2 a 4 muestran la relación entre la relación de corriente constante, la tasa de descarga, la capacidad específica, la descarga voltaje medio y cantidad adicional de NMP de las cuatro láminas de electrodos.

En la Figura 2, se puede encontrar que bajo Las mismas condiciones de prueba, las relaciones de corriente constante de carga de los cuatro todas las baterías están por encima del 98,2%. De las Figuras 3 y 4, se puede encontrar que el Capacidad específica de descarga y voltaje medio de la misma lámina de electrodo. continúa decayendo con el aumento de la tasa de descarga.

La capacidad de descarga y el voltaje medio. Los electrodos A y B son básicamente los mismos a diferentes velocidades de descarga. Como la tasa de descarga aumenta, el voltaje medio y la capacidad de descarga de Los electrodos C y D aumentan gradualmente. Se puede observar que cuando se agrega NMP en una concentración de no más del 1%, la tasa de rendimiento de descarga del La batería no se verá afectada. Cuando se añade NMP en una concentración superior a 1%, NMP afectará la capacidad de descarga y el voltaje medio del electrodo positivo.

La Figura 5 muestra las curvas de rendimiento del ciclo. de los cuatro tipos de baterías. Al observar la Figura 5, se puede encontrar que en el comienzo del ciclo de carga y descarga, las tendencias de caída de capacidad de Las láminas de electrodos A y las láminas de electrodos B son similares y la capacidad disminuye. Las tendencias de las láminas de electrodos C y las láminas de electrodos D son similares, mientras que las las tasas de descomposición de las láminas de electrodos C y las láminas de electrodos D son mayores. como el El ciclo continúa, la descomposición de las láminas de electrodos A, C y D se acelera y el La tasa de desintegración de la lámina de electrodo B permanece básicamente sin cambios. La batería definitiva La tasa de retención de capacidad es la lámina del electrodo Dï¼Cï¼Aï¼B. Esto muestra que cuando la cantidad de NMP agregado es inferior al 1%, es beneficioso mejorar las características del ciclo de la batería, y cuando la cantidad de NMP agregada es superior al 1%, el ciclo Las características de la batería se verán afectadas.

Conclusión

La adhesión del electrodo positivo. La hoja se puede mejorar agregando NMP, y la adhesión aumenta gradualmente con el aumento de la cantidad de NMP añadido. Después de agregar NMP, los grupos ácidos en El electrodo se neutralizará, lo que puede reducir la pérdida de electrones en La superficie del electrodo, evita que la lechada tenga tixotropía, aumenta la Adhesión del aglutinante y el colector de corriente, haga que el electrodo positivo la lechada se dispersa uniformemente y mejora la fluidez, mejorando así la utilización de la suspensión y del electrodo. Cuando la cantidad de NMP añadida es Menos del 1%, no afectará el rendimiento de descarga de la batería. y puede mejorar las características del ciclo de la batería. Sin embargo, cuando el La cantidad de NMP agregada es superior al 1%, el NMP afectará la capacidad de descarga. y voltaje medio del electrodo positivo y reducir el ciclo características de la batería.