Effect van NMP-concentratie op de prestaties van LFP-batterij

Lithiumijzerfosfaat (LiFePO4) kathode elektrodemateriaal op olie gebaseerde slurry gebruikt gewoonlijk N-methylpyrrolidon (NMP), dimethylsulfoxide en dimethylformamide als oplosmiddelen, die dergelijke problemen hebben zoals moeilijke terugwinning van oplosmiddelen, groot gebruik en milieuvervuiling. LiFePO4 positief elektrodemateriaal slurry op waterbasis gebruikt gedeïoniseerd water als oplosmiddel, dat milieuvriendelijk en goedkoop is, maar dan op waterbasis bindmiddel positieve elektrodeplaat heeft problemen zoals slechte flexibiliteit, zwak adhesie van actieve materialen en slechte elektrochemische prestaties. Hierin papier, positieve elektrodevellen met verschillende NMP-toevoegingshoeveelheden waren bereid om het effect van NMP op de prestaties van positieve elektrode te bestuderen vellen vervaardigd met bindmiddel op waterbasis LA132.

Experimenteer

Het waterige bindmiddel LA132, supergeleidend roet, gedeïoniseerd water en LiFePO4 werden in massa tot slurry bereid verhouding van 2,5:2,5:50:40. Er werden vier porties slurry toegevoegd met 0, 1%, 2% en 3% NMP, genummerd A, B, C en D. Kalanderen van de positieve elektrode. Het drogen van positieve elektrode bij 100°C in een vacuüm gedurende 24 uur verwijder water en NMP, en de positieve elektrode met een actief materiaal gehalte van 95% werd bereid. Snijd het in schijven met een diameter van 20 mm. Monteer CR2016 knoopcelbatterij met negatieve elektrode van lithiummetaalplaat, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (volumeverhouding 1:1:1) elektrolyt, microporeuze polypropyleen separator, in een droog argongas gevuld handschoenenkastje.

Buig eerst de A-, B-, C- en D-elektrode vellen 180 graden, en test vervolgens de hechting van de elektrodevellen op a trekbank. Voer vervolgens een taaiheidstest uit op de elektrodeplaten op een taaiheidsmeter (de diameters van de asstaven zijn 1, 2, 3, 4, 6, 8, en 10 mm) en kijk of er scheuren in het oppervlak zitten van de elektrodeplaten na het opwikkelen. De batterijlaad- en ontlaadtest de stroomdichtheid is 0,1C en de testspanning is 2,5 ~ 3,5V.

Resultaten en discussie

Figuur 1 is een testdiagram van de hechting van de LiFePO4-elektrode onder een buiging van 180°. Het kan zijn uit Figuur 1 blijkt dat de hechting van de elektrode aanzienlijk is verbeterd door de toevoeging van NMP en de verbetering van de hechting van de elektrode is evenredig met de toegevoegde hoeveelheid NMP. Hechting is een soort bestelwagen der Waalskracht, die afhangt van de interactie tussen moleculen.

Tijdens het productieproces van LiFePO4 elektrodeplaten, de elektrodeplaten zullen onvermijdelijk in contact komen zuurstof in de lucht. Tijdens het verwarmingsproces worden de elektrodeplaten verwarmd reageren met zuurstof om zure groepen te vormen. De zure groepen missen elektronen en zal zwakke intermoleculaire waterstofbruggen vormen met (-CN) in het waterige bindmiddel. Het zal de thixotropie van de slurry veranderen, de vloeibaarheid verminderen en ongelijkmatigheid veroorzaken slurry coating. Na toevoeging van NMP neutraliseert het de zure groepen op de elektrode vellen. Het kan het verlies van elektronen op het oppervlak van de elektrode verminderen platen, voorkomen dat de slurry thixotropie vertoont en verhogen de hechting ertussen de binder en de stroomafnemer. De positieve elektrodeslurrie is gelijkmatig verspreid en de vloeibaarheid wordt verbeterd, waardoor de bezettingsgraad wordt verbeterd van de slurry en de elektrodeplaten. Daarom is de toevoeging van elektronenrijk oplosmiddel NMP kan de prestaties van de batterij verbeteren.

Tabel 1 toont de resultaten van de flexibiliteitstest van vier soorten elektrodeplaten. Als je figuur 1 bekijkt, kan dat wel bleek dat er oppervlaktescheuren ontstonden toen de opwindnaald met een diameter van 6 mm werd gebruikt testte de positieve elektrode A, en wanneer de wikkelnaald met een diameter van 1 mm was getest vertoonden de elektroden B~D geen oppervlaktescheuren. Het valt te zien dat de De slechtste flexibiliteit is de zuivere positieve elektrodeplaat op waterbasis, dat wil zeggen gevoelig voor scheuren, breuk en scheuren tijdens de voorbereiding. NMP toevoegen kan verbeter de flexibiliteit van het elektrodeblad en verhoog het gebruik snelheid van het elektrodeblad. De latexdeeltjes in het LA132 bindmiddel zijn sterk polaire polymeren met sterke intermoleculaire krachten en een slecht draaivermogen, en het elektrodevel is gemakkelijk te breken. Met de toevoeging van NMP wordt de diameter van de latexdeeltjes in het LA132-bindmiddel nemen toe, het torsievermogen neemt toe, het rotatievermogen van de moleculaire keten neemt af en de flexibiliteit van de elektrodeplaat wordt verbeterd

Tabel 2 toont de elektrochemische waarde prestatietestresultaten van het elektrodeblad. De waarden van de eerste ontladingsspecifieke capaciteit, laden en ontladen efficiëntie, ontladingsmediaanspanning en constante stroomverhouding zijn in principe hetzelfde. Hieruit blijkt dat de toevoeging van NMP geen effect heeft op de lozing capaciteit en laad- en ontlaadkarakteristieken van de positieve elektrode actief materiaal van de positieve elektrodeplaat.

Figuren 2 tot en met 4 tonen de relatie tussen de constante stroomverhouding, snelheid ontlading specifieke capaciteit, ontlading mediane spanning en hoeveelheid NMP-toevoeging van de vier elektrodeplaten.

Uit figuur 2 blijkt dat onder dezelfde testomstandigheden, de laadconstante stroomverhoudingen van de vier batterijen zijn allemaal boven de 98,2%. Uit figuren 3 en 4 blijkt dat de ontlaad de specifieke capaciteit en de gemiddelde spanning van hetzelfde elektrodeblad blijven vervallen met de toename van de ontladingssnelheid.

De ontladingscapaciteit en de gemiddelde spanning van de elektroden A en B zijn in principe hetzelfde bij verschillende ontladingssnelheden. Als de ontladingssnelheid neemt toe, de gemiddelde spanning en ontladingscapaciteit van elektroden C en D nemen geleidelijk toe. Het is te zien dat wanneer NMP wordt toegevoegd aan een concentratie van niet meer dan 1%, de snelheidsontladingsprestaties van de batterij zal niet worden beïnvloed. Wanneer NMP wordt toegevoegd in een concentratie van meer dan 1%, NMP heeft invloed op de ontladingscapaciteit en de mediaanspanning van de positieve elektrode.

Figuur 5 toont de cyclusprestatiecurven van de vier soorten batterijen. Door figuur 5 te bekijken, kan worden gevonden dat op het begin van de laad- en ontlaadcyclus, de trends in capaciteitsverval elektrodeplaten A en elektrodeplaten B zijn vergelijkbaar en de capaciteit neemt af trends van elektrodeplaten C en elektrodeplaten D zijn vergelijkbaar, terwijl de de vervalsnelheden van elektrodeplaten C en elektrodeplaten D zijn groter. Zoals de cyclus gaat door, het verval van de elektrodeplaten A, C en D versnelt, en de de vervalsnelheid van elektrodeplaat B blijft in wezen onveranderd. De laatste batterij capaciteitsretentiepercentage is elektrodeplaat Dï¼Cï¼Aï¼B. Hieruit blijkt dat wanneer de hoeveelheid NMP toegevoegd minder dan 1% is, is het gunstig om de cycluseigenschappen van te verbeteren de batterij, en wanneer de toegevoegde hoeveelheid NMP groter is dan 1%, de cyclus de kenmerken van de batterij worden beïnvloed.

Conclusie

De hechting van de positieve elektrode plaat kan worden verbeterd door NMP toe te voegen, en de hechting neemt geleidelijk toe de toename van de toegevoegde hoeveelheid NMP. Na het toevoegen van NMP gaan de zure groepen aan de elektrode wordt geneutraliseerd, wat het verlies aan elektronen kan verminderen het elektrodeoppervlak, verhinder dat de slurry thixotropie veroorzaakt, verhoog de adhesie van het bindmiddel en de huidige collector, maak de positieve elektrode slurry gelijkmatig verspreid, en het verbeteren van de vloeibaarheid, waardoor de gebruik van de slurry en de elektrode. Wanneer de hoeveelheid toegevoegde NMP is minder dan 1%, heeft dit geen invloed op de ontladingsprestaties van de batterij en kan de cycluskarakteristieken van de batterij verbeteren. Wanneer echter de hoeveelheid toegevoegd NMP groter is dan 1%, zal NMP de afvoercapaciteit beïnvloeden en de mediaanspanning van de positieve elektrode en verkorten de cyclus kenmerken van de batterij.