Effekt av NMP-koncentration på LFP-batteriets prestanda

Litiumjärnfosfat (LiFePO4)katodelektrodmaterialoljebaserad slurry använder vanligtvisN-metylpyrrolidon (NMP), dimetylsulfoxid och dimetylformamid som lösningsmedel, vilka har problem som svår återvinning av lösningsmedel, stor användning och miljöföroreningar. LiFePO4 positivt elektrodmaterial vattenbaserat slam använder avjoniserat vatten som lösningsmedel, vilket är miljövänligt och billigt, men det vattenbaserade bindemedelspositiva elektrodskiktet har problem som dålig flexibilitet, svag vidhäftning av aktiva material och dålig elektrokemisk prestanda. I detta dokument framställdes positiva elektrodark med olika NMP-tillsatsmängder för att studera effekten av NMP på prestandan hos positiva elektrodskivor framställda medvattenbaserat bindemedel LA132.

Experimentera

Det vattenhaltiga bindemedlet LA132, supraledande kimrök, avjoniserat vatten och LiFePO4 bereddes till uppslamning i ett massförhållande av 2,5:2,5:5 0:40. Fyra portioner slurry tillsattes med 0, 1 %, 2 % och 3 % NMP, numrerade A, B, C och D. Kalandrering av den positiva elektroden. Torkning av den positiva elektroden vid 100 grader i vakuum i 24 timmar för att avlägsna vatten och NMP, och den positiva elektroden med ett aktivt materialinnehåll på 95 % preparerades. Skär den i skivor med en diameter på 20 mm. Montera CR2016 myntcell med litiummetallplåt negativ elektrod, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (volymförhållande 1:1:1) elektrolyt, mikroporös polypropenseparator, i en torr argongasfylld handskbox.

Böj först elektrodskivorna A, B, C och D 180 grader och testa sedan vidhäftningen av elektrodskivorna på en dragprovningsmaskin. Utför sedan ett seghetstest på elektrodskivorna på en seghetsprovare (diametrarna på axelstavarna är 1, 2, 3, 4, 6, 8 respektive 10 mm), och observera om det finns sprickor på ytan av elektrodskivorna efter lindning. Batteriladdnings- och urladdningstestströmtätheten är 0,1C, och testspänningen är 2,5~3,5V.

Resultat och diskussion

Figur 1 är ett testdiagram över vidhäftningen av LiFePO4-elektroden vid 180 graders böjning. Det kan ses från figur 1 att vidhäftningen av elektroden är avsevärt förbättrad på grund av tillsatsen av NMP, och förbättringen av vidhäftningen av elektroden är proportionell mot mängden tillsatt NMP. Adhesion är en typ av van der Waals kraft, som beror på interaktionen mellan molekyler.

Under tillverkningsprocessen av LiFePO4 elektrodskivor kommer elektrodskivorna oundvikligen i kontakt med syre i luften. Under uppvärmningsprocessen reagerar de uppvärmda elektrodskivorna med syre för att bilda sura grupper. De sura grupperna saknar elektroner och kommer att bilda svaga intermolekylära vätebindningar med (-CN) i det vattenhaltiga bindemedlet. Det kommer att ändra slurryns tixotropi, minska flytbarheten och orsaka ojämn slurrybeläggning. Efter tillsats av NMP kommer den att neutralisera de sura grupperna på elektrodskivorna. Det kan minska förlusten av elektroner på ytan av elektrodskivorna, förhindra uppslamningen från tixotropi och öka vidhäftningen mellan bindemedlet och strömavtagaren. Den positiva elektroduppslamningen är jämnt fördelad och fluiditeten förbättras, varigenom utnyttjandegraden av uppslamningen och elektrodskivorna förbättras. Därför kan tillsatsen av elektronrikt lösningsmedel NMP förbättra batteriets prestanda.

Tabell 1 visar resultaten av flexibilitetstestet av fyra typer av elektrodskivor. Genom att observera figur 1 kan det konstateras att ytsprickor uppträdde när lindningsnålen med diametern 6 mm testade den positiva elektroden A, och när lindningsnålen med diametern 1 mm testades, hade elektroderna B~D inga ytsprickor. Det kan ses att den sämsta flexibiliteten är den rena vattenbaserade positiva elektrodskivan, som är benägen att spricka, gå sönder och rivas under beredningen. Att lägga till NMP kan förbättra flexibiliteten hos elektrodskivan och öka användningsgraden för elektrodskivan. Latexpartiklarna i LA132-bindemedlet är starka polära polymerer med starka intermolekylära krafter och dålig vridningsförmåga, och elektrodskivan är lätt att bryta. Med tillsats av NMP ökar diametern på latexpartiklarna i LA132-bindemedlet, vridningsförmågan ökar, molekylkedjerotationsförmågan minskar och flexibiliteten hos elektrodskiktet förbättras.

Tabell 2 visar de elektrokemiska prestandatestresultaten för elektrodskivan. Värdena för den första urladdningens specifika kapacitet, laddnings- och urladdningseffektivitet, urladdningsmedianspänning och konstant strömförhållande är i princip desamma. Detta visar att tillsatsen av NMP inte har någon effekt på urladdningskapaciteten och laddnings- och urladdningsegenskaperna hos det positiva elektrodaktiva materialet i det positiva elektrodskiktet.

Figurerna 2 till 4 visar förhållandet mellan konstant strömförhållande, hastighetsurladdningsspecifik kapacitet, urladdningsmedianspänning och NMP-tillsatsmängd för de fyra elektrodskivorna.

Från figur 2 kan det konstateras att under samma testförhållanden är laddningskonstantströmförhållandena för de fyra batterierna alla över 98,2 %. Från figurerna 3 och 4 kan det konstateras att den urladdningsspecifika kapaciteten och medianspänningen för samma elektrodskiva fortsätter att avta med ökningen av urladdningshastigheten.

Urladdningskapaciteten och medianspänningen för elektroderna A och B är i princip desamma vid olika urladdningshastigheter. När urladdningshastigheten ökar, ökar medianspänningen och urladdningskapaciteten för elektroderna C och D gradvis. Det kan ses att när NMP tillsätts i en koncentration av högst 1 %, kommer batteriets urladdningshastighet inte att påverkas. När NMP tillsätts i en koncentration på mer än 1 % kommer NMP att påverka urladdningskapaciteten och medianspänningen för den positiva elektroden.

Figur 5 visar cykelprestandakurvorna för de fyra typerna av batterier. Genom att observera figur 5 kan det konstateras att i början av laddnings- och urladdningscykeln är kapacitetsavklingstendenserna för elektrodskivor A och elektrodskivor B likartade, och kapacitetsminskningstrenderna för elektrodskivor C och elektrodskivor D är likartade , medan avklingningshastigheterna för elektrodskivor C och elektrodskivor D är större. När cykeln fortsätter accelererar avklingningen av elektrodskivor A, C och D, och avklingningshastigheten för elektrodskiva B förblir i princip oförändrad. Den slutliga batterikapacitetsretentionshastigheten är elektrodark D＜C＜A＜B. Detta visar att när mängden tillsatt NMP är mindre än 1 % är det fördelaktigt att förbättra batteriets cykelegenskaper, och när mängden tillsatt NMP är större än 1 % kommer batteriets cykelegenskaper att påverkas.

Slutsats

Vidhäftningen av det positiva elektrodskiktet kan förbättras genom att tillsätta NMP, och vidhäftningen ökar gradvis med ökningen av mängden tillsatt NMP. Efter tillsats av NMP kommer de sura grupperna på elektroden att neutraliseras, vilket kan minska förlusten av elektroner på elektrodytan, förhindra uppslamningen från tixotropi, öka vidhäftningen av bindemedlet och strömavtagaren, göra den positiva elektroduppslamningen jämnt dispergerad och förbättrar fluiditeten, varigenom utnyttjandet av slammet och elektroden förbättras. När mängden tillsatt NMP är mindre än 1 % kommer det inte att påverka batteriets urladdningshastighet och kan förbättra batteriets cykelegenskaper. Men när mängden tillsatt NMP är större än 1 % kommer NMP att påverka urladdningskapaciteten och medianspänningen för den positiva elektroden och minska batteriets cykelegenskaper.