Effekt av NMP-konsentrasjon på ytelsen til LFP-batteri

Litiumjernfosfat (LiFePO4)katodeelektrodematerialeoljebasert slurry vanligvis brukerN-metylpyrrolidon (NMP), dimetylsulfoksid og dimetylformamid som løsemidler, som har problemer som vanskelig løsemiddelgjenvinning, stor bruksmengde og miljøforurensning. LiFePO4 positivt elektrodemateriale vannbasert slurry bruker avionisert vann som løsemiddel, noe som er miljøvennlig og rimelig, men det vannbaserte bindemiddelpositive elektrodearket har problemer som dårlig fleksibilitet, svak adhesjon av aktive materialer og dårlig elektrokjemisk ytelse. I denne artikkelen ble positive elektrodeark med forskjellige NMP-tilsetningsmengder utarbeidet for å studere effekten av NMP på ytelsen til positive elektrodeark fremstilt medvannbasert bindemiddel LA132.

Eksperiment

Det vandige bindemidlet LA132, superledende kjønrøk, avionisert vann og LiFePO4 ble fremstilt til oppslemming i et masseforhold på 2,5:2,5:50:40. Fire porsjoner oppslemming ble tilsatt 0, 1 %, 2 % og 3 % NMP, nummerert A, B, C og D. Kalandrering av den positive elektroden. Tørking av den positive elektroden ved 100 grader i vakuum i 24 timer for å fjerne vann og NMP, og den positive elektroden med et aktivt materialeinnhold på 95 % ble klargjort. Skjær den i skiver med en diameter på 20 mm. Sett sammen CR2016 myntcelle med litiummetallplate negativ elektrode, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (volumforhold 1:1:1) elektrolytt, mikroporøs polypropylen separator, i en tørr argongass fylt hanskeboks.

Bøy først A-, B-, C- og D-elektrodeplatene 180 grader, og test deretter adhesjonen til elektrodeplatene på en strekktestmaskin. Utfør deretter en seighetstest på elektrodeplatene på en seighetstester (diametrene på akselstengene er henholdsvis 1, 2, 3, 4, 6, 8 og 10 mm), og observer om det er sprekker på overflaten av elektrodeplatene etter vikling. Batteriets lade- og utladningsteststrømtetthet er 0,1C, og testspenningen er 2,5~3,5V.

Resultater og diskusjon

Figur 1 er et testdiagram av adhesjonen til LiFePO4-elektroden ved 180 graders bøyning. Det kan sees fra figur 1 at adhesjonen til elektroden er betydelig forbedret på grunn av tilsetningen av NMP, og forbedringen av adhesjonen til elektroden er proporsjonal med mengden av tilsatt NMP. Adhesjon er en type van der Waals-kraft, som avhenger av samspillet mellom molekyler.

Under produksjonsprosessen av LiFePO4 elektrodeark vil elektrodeplatene uunngåelig komme i kontakt med oksygen i luften. Under oppvarmingsprosessen reagerer de oppvarmede elektrodearkene med oksygen for å danne sure grupper. De sure gruppene mangler elektroner og vil danne svake intermolekylære hydrogenbindinger med (-CN) i det vandige bindemidlet. Det vil endre tiksotropien til slurryen, redusere flyten og forårsake ujevnt slurrybelegg. Etter tilsetning av NMP vil den nøytralisere de sure gruppene på elektrodearkene. Det kan redusere tapet av elektroner på overflaten av elektrodeplatene, hindre slurryen fra tiksotropi og øke adhesjonen mellom bindemiddelet og strømsamleren. Den positive elektrodeslurryen er jevnt fordelt og fluiditeten forbedres, og forbedrer derved utnyttelsesgraden av slurryen og elektrodeplatene. Derfor kan tilsetning av elektronrikt løsemiddel NMP forbedre ytelsen til batteriet.

Tabell 1 viser resultatene av fleksibilitetstesten av fire typer elektrodeplater. Ved å observere figur 1, kan det bli funnet at overflatesprekker oppsto når viklingsnålen med en diameter på 6 mm testet den positive elektroden A, og når viklingsnålen med en diameter på 1 mm ble testet, hadde ikke elektrodene B~D overflatesprekker. Det kan sees at den dårligste fleksibiliteten er den rene vannbaserte positive elektrodeplaten, som er utsatt for sprekker, brudd og rivning under klargjøring. Å legge til NMP kan forbedre fleksibiliteten til elektrodearket og øke utnyttelsesgraden til elektrodearket. Latekspartiklene i LA132-bindemidlet er sterke polare polymerer med sterke intermolekylære krefter og dårlig vridningsevne, og elektrodeplaten er lett å bryte. Med tilsetning av NMP øker diameteren til latekspartiklene i LA132-bindemidlet, vridningsevnen øker, evnen til å rotere molekylkjeden reduseres, og fleksibiliteten til elektrodearket forbedres.

Tabell 2 viser de elektrokjemiske ytelsestestresultatene for elektrodearket. Verdiene for den første utladningsspesifikke kapasiteten, lade- og utladningseffektivitet, utladningsmedianspenning og konstantstrømforhold er i utgangspunktet de samme. Dette viser at tilsetningen av NMP ikke har noen effekt på utladningskapasiteten og ladnings- og utladningskarakteristikkene til det positive elektrodeaktive materialet til det positive elektrodearket.

Figurene 2 til 4 viser forholdet mellom konstant strømforhold, hastighetsutladningsspesifikk kapasitet, utladningsmedianspenning og NMP-tilsetningsmengde for de fire elektrodearkene.

Fra figur 2 kan det ses at under de samme testforholdene er ladekonstantstrømforholdene til de fire batteriene alle over 98,2 %. Fra figurene 3 og 4 kan man finne at den utladningsspesifikke kapasiteten og medianspenningen til samme elektrodeplate fortsetter å avta med økningen av utladningshastigheten.

Utladningskapasiteten og medianspenningen til elektrodene A og B er i utgangspunktet den samme ved forskjellige utladningshastigheter. Når utladningshastigheten øker, øker medianspenningen og utladningskapasiteten til elektrodene C og D gradvis. Det kan sees at når NMP tilsettes i en konsentrasjon på ikke mer enn 1 %, vil ikke utladningshastigheten til batteriet bli påvirket. Når NMP tilsettes i en konsentrasjon på mer enn 1 %, vil NMP påvirke utladningskapasiteten og medianspenningen til den positive elektroden.

Figur 5 viser syklusens ytelseskurver for de fire typer batterier. Ved å observere figur 5, kan det bli funnet at i begynnelsen av ladnings- og utladningssyklusen er kapasitetsforfallstrendene til elektrodeplater A og elektrodeplater B like, og kapasitetsforfallstrendene til elektrodeplater C og elektrodeplater D er like , mens forfallshastighetene til elektrodeark C og elektrodeark d er større. Når syklusen fortsetter, akselererer forfallet av elektrodeark A, C og D, og ​​forfallshastigheten til elektrodeark B forblir i utgangspunktet uendret. Den endelige retensjonshastigheten for batterikapasitet er elektrodeark D ＜ C ＜ A ＜ B. Dette viser at når mengden av NMP tilsettes er mindre enn 1%, er det gunstig å forbedre syklusegenskapene til batteriet, og når mengden NMP tilsatt er større enn 1%, vil syklusegenskapene til batteriet bli påvirket.

Konklusjon

Adhesjonen til det positive elektrodearket kan forbedres ved å tilsette NMP, og adhesjonen øker gradvis med økningen av mengden tilsatt NMP. Etter tilsetning av NMP vil de sure gruppene på elektroden nøytraliseres, noe som kan redusere tapet av elektroner på elektrodeoverflaten, hindre slurryen fra tiksotropi, øke adhesjonen til bindemidlet og strømsamleren, gjøre den positive elektrodeslurryen jevnt spredt. og forbedrer fluiditeten, og forbedrer derved utnyttelsen av slurryen og elektroden. Når mengden av tilsatt NMP er mindre enn 1 %, vil det ikke påvirke utladningshastigheten til batteriet og kan forbedre syklusegenskapene til batteriet. Men når mengden av tilsatt NMP er større enn 1 %, vil NMP påvirke utladingskapasiteten og medianspenningen til den positive elektroden og redusere sykluskarakteristikkene til batteriet.