Einfluss der NMP-Konzentration auf die Leistung der LFP-Batterie

Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) Kathode Elektrodenmaterial Aufschlämmung auf Ölbasis verwendet normalerweise N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylsulfoxid und Dimethylformamid als Lösungsmittel, die Probleme wie z wie schwierige Lösungsmittelrückgewinnung, großer Verbrauch und Umweltverschmutzung. Die wasserbasierte Aufschlämmung des positiven Elektrodenmaterials LiFePO4 verwendet entionisiertes Wasser Lösungsmittel, das umweltfreundlich und kostengünstig ist, jedoch auf Wasserbasis Das positive Elektrodenblatt des Bindemittels weist Probleme wie schlechte Flexibilität und Schwäche auf Haftung aktiver Materialien und schlechte elektrochemische Leistung. Dabei Papier, positive Elektrodenblätter mit unterschiedlichen NMP-Zugabemengen waren Bereit, die Wirkung von NMP auf die Leistung der positiven Elektrode zu untersuchen Platten, hergestellt mit wasserbasiertem Bindemittel LA132.

Experiment

Das wässrige Bindemittel LA132, supraleitend Ruß, entionisiertes Wasser und LiFePO4 wurden in einer Masse zu einer Aufschlämmung verarbeitet Verhältnis von 2,5:2,5:50:40. Vier Portionen Aufschlämmung wurden zugegeben mit 0, 1 %, 2 % und 3 % NMP, nummeriert mit A, B, C und D. Kalandrieren der positiven Elektrode. Trocknen der positive Elektrode bei 100 °C im Vakuum für 24 Stunden Entfernen Sie Wasser und NMP und die positive Elektrode mit einem aktiven Material Es wurde ein Gehalt von 95 % hergestellt. Schneiden Sie es in Scheiben mit 20 mm Durchmesser. CR2016 zusammenbauen Knopfzelle mit negativer Lithium-Blech-Elektrode, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (Volumenverhältnis 1:1:1) Elektrolyt, mikroporöser Polypropylen-Separator, in trockenem Argongas gefülltes Handschuhfach.

Biegen Sie zunächst die A-, B-, C- und D-Elektrode Drehen Sie die Elektrodenblätter um 180 Grad und testen Sie dann die Haftung der Elektrodenblätter auf einem Zugprüfmaschine. Führen Sie dann einen Festigkeitstest an den Elektrodenblechen durch auf einem Zähigkeitsprüfer (die Durchmesser der Schaftstäbe betragen 1, 2, 3, 4, 6, 8, bzw. 10 mm) und beobachten Sie, ob sich auf der Oberfläche Risse befinden der Elektrodenbleche nach dem Wickeln. Der Lade- und Entladetest der Batterie Die Stromdichte beträgt 0,1 C und die Prüfspannung beträgt 2,5 bis 3,5 V.

Ergebnisse und Diskussion

Abbildung 1 ist ein Testdiagramm der Haftung der LiFePO4-Elektrode bei 180°-Biegung. Es kann sein Aus Abbildung 1 ist ersichtlich, dass die Haftung der Elektrode deutlich verbessert wird durch den Zusatz von NMP und die Verbesserung der Haftung des Elektrode ist proportional zur Menge an zugesetztem NMP. Adhäsion ist eine Art Van der Waals-Kraft, die von der Wechselwirkung zwischen Molekülen abhängt.

Während des Produktionsprozesses von LiFePO4 Elektrodenbleche, mit denen die Elektrodenbleche unweigerlich in Kontakt kommen Sauerstoff in der Luft. Während des Aufheizvorgangs werden die Elektrodenbleche erhitzt reagieren mit Sauerstoff unter Bildung saurer Gruppen. Den sauren Gruppen fehlen Elektronen und bildet schwache intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen mit (-CN) im wässrigen Bindemittel. Es verändert die Thixotropie der Aufschlämmung, verringert die Fließfähigkeit und führt zu Unebenheiten Schlickerbeschichtung. Nach der Zugabe von NMP werden die sauren Gruppen an der Elektrode neutralisiert Blätter. Dadurch kann der Elektronenverlust an der Oberfläche der Elektrode verringert werden Platten, verhindern die Thixotropie der Aufschlämmung und erhöhen die Haftung zwischen ihnen der Binder und der Stromkollektor. Die positive Elektrodenaufschlämmung ist gleichmäßig dispergiert und die Fließfähigkeit wird verbessert, wodurch die Ausnutzungsrate verbessert wird der Aufschlämmung und der Elektrodenbleche. Daher ist der Zusatz von Das elektronenreiche Lösungsmittel NMP kann die Leistung der Batterie verbessern.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Flexibilitätstest von vier Arten von Elektrodenfolien. Wenn man Abbildung 1 betrachtet, ist das möglich Es wurde festgestellt, dass beim Wickeln der Nadel mit einem Durchmesser von 6 mm Oberflächenrisse auftraten Getestet wurde die positive Elektrode A und die Wickelnadel mit 1 mm Durchmesser Im Test wiesen die Elektroden B~D keine Oberflächenrisse auf. Es ist zu erkennen, dass die Die schlechteste Flexibilität weist die rein wasserbasierte positive Elektrodenfolie auf anfällig für Risse, Brüche und Risse während der Zubereitung. NMP hinzufügen kann Verbessern Sie die Flexibilität des Elektrodenblatts und erhöhen Sie die Ausnutzung Geschwindigkeit des Elektrodenblechs. Die Latexpartikel im LA132-Bindemittel sind stark polare Polymere mit starken intermolekularen Kräften und schlechter Verdrillungsfähigkeit, und Das Elektrodenblatt ist leicht zu brechen. Mit der Zugabe von NMP beträgt der Durchmesser Durch die Latexpartikel im LA132-Bindemittel erhöht sich die Verdrehbarkeit nimmt zu, die Rotationsfähigkeit der Molekülkette nimmt ab und die Flexibilität des Elektrodenblatts wird verbessert.

Tabelle 2 zeigt die Elektrochemie Leistungstestergebnisse des Elektrodenblatts. Die Werte der spezifischen Kapazität, Ladung und Entladung der ersten Entladung Effizienz, mittlere Entladungsspannung und konstantes Stromverhältnis sind grundsätzlich das gleiche. Dies zeigt, dass die Zugabe von NMP keinen Einfluss auf die Entladung hat Kapazität und Lade- und Entladeeigenschaften der positiven Elektrode aktives Material der positiven Elektrodenfolie.

Die Abbildungen 2 bis 4 zeigen den Zusammenhang zwischen dem konstanten Stromverhältnis, der Entladungsrate, der spezifischen Kapazität und der Entladung mittlere Spannung und NMP-Zugabemenge der vier Elektrodenblätter.

Aus Abbildung 2 geht hervor, dass unter die gleichen test bedingungen, die lade konstante strom verhältnisse der vier Batterien liegen alle über 98,2 %. Aus den Abbildungen 3 und 4 geht hervor, dass die spezifische Entladungskapazität und mittlere Spannung desselben Elektrodenblatts mit zunehmender Entladungsrate weiter abklingen.

Die Entladekapazität und die mittlere Spannung der Elektroden A und B sind bei unterschiedlichen Entladungsraten grundsätzlich gleich. Als Die Entladerate erhöht sich, die mittlere Spannung und die Entladekapazität erhöhen sich Die Elektroden C und D nehmen allmählich zu. Es ist ersichtlich, dass, wenn NMP hinzugefügt wird Eine Konzentration von nicht mehr als 1 % verringert die Entladeleistung des Der Akku wird nicht beeinträchtigt. Wenn NMP in einer Konzentration von mehr als hinzugefügt wird 1 %, NMP beeinflusst die Entladekapazität und die mittlere Spannung der positiven Elektrode.

Abbildung 5 zeigt die Zyklusleistungskurven der vier Batterietypen. Anhand von Abbildung 5 kann festgestellt werden, dass bei Zu Beginn des Lade- und Entladezyklus sind die Kapazitätsabfalltrends zu beobachten Elektrodenblätter A und Elektrodenblätter B sind ähnlich und die Kapazität nimmt ab Die Trends der Elektrodenblätter C und D sind ähnlich, während die Die Abklingraten der Elektrodenblätter C und der Elektrodenblätter D sind größer. Als die Der Zyklus geht weiter, der Zerfall der Elektrodenblätter A, C und D beschleunigt sich und die Die Abklingrate des Elektrodenblatts B bleibt im Wesentlichen unverändert. Die letzte Batterie Die Kapazitätserhaltungsrate beträgt Elektrodenblatt Dï¼Cï¼Aï¼B. Dies zeigt, dass bei der Menge an NMP Wenn der Zusatz weniger als 1 % beträgt, ist es vorteilhaft, die Zykluseigenschaften zu verbessern die Batterie, und wenn die hinzugefügte NMP-Menge mehr als 1 % beträgt, beginnt der Zyklus Die Eigenschaften der Batterie werden beeinträchtigt.

Schlussfolgerung

Die Haftung der positiven Elektrode Durch die Zugabe von NMP kann die Haftung der Folie verbessert werden und die Haftung nimmt allmählich zu die Erhöhung der Menge an zugesetztem NMP. Nach Zugabe von NMP scheiden sich die sauren Gruppen ab Die Elektrode wird neutralisiert, wodurch der Elektronenverlust verringert werden kann die elektrode oberfläche, verhindern die aufschlämmung von thixotropie, erhöhen die Durch die Haftung des Bindemittels und des Stromkollektors entsteht die positive Elektrode Gülle gleichmäßig verteilt und die Fließfähigkeit verbessert, wodurch die verbessert wird Nutzung der Aufschlämmung und der Elektrode. Wenn die Menge an zugesetztem NMP beträgt Bei weniger als 1 % hat dies keinen Einfluss auf die Entladeleistung der Batterie und kann die Zykleneigenschaften der Batterie verbessern. Wenn jedoch die Wenn die zugesetzte NMP-Menge mehr als 1 % beträgt, beeinträchtigt NMP die Entladungskapazität und mittlere Spannung der positiven Elektrode und reduzieren den Zyklus Eigenschaften der Batterie.