Effet de la concentration de NMP sur les performances de la batterie LFP

Phosphate de fer et de lithium (LiFePO4) cathode le matériau d'électrode la boue à base d'huile utilise généralement de la N-méthylpyrrolidone (NMP), le diméthylsulfoxyde et le diméthylformamide comme solvants, qui posent des problèmes tels comme une récupération difficile des solvants, une utilisation importante et une pollution de l'environnement. La boue à base d'eau de matériau d'électrode positive LiFePO4 utilise de l'eau déminéralisée comme solvant, qui est respectueux de l'environnement et peu coûteux, mais à base d'eau La feuille d'électrode positive de reliure présente des problèmes tels qu'une mauvaise flexibilité, une faiblesse adhérence des matériaux actifs et mauvaises performances électrochimiques. Dans ce papier, des feuilles d'électrode positive avec différentes quantités d'ajout de NMP ont été prêt à étudier l'effet du NMP sur les performances de l'électrode positive feuilles préparées avec liant à l'eau LA132.

Expérience

Le liant aqueux LA132, supraconducteur du noir de carbone, de l'eau désionisée et du LiFePO4 ont été préparés en suspension à une masse rapport de 2,5:2,5:50:40. Quatre portions de bouillie ont été ajoutées avec 0, 1 %, 2 % et 3% NMP, numérotés A, B, C et D. Calandrage de l'électrode positive. Sécher le électrode positive à 100° sous vide pendant 24h pour éliminer l'eau et le NMP, et l'électrode positive avec un matériau actif une teneur de 95 % a été préparée. Coupez-le en disques de 20 mm de diamètre. Assembler CR2016 pile bouton avec électrode négative en tôle de lithium, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (rapport volumique 1:1:1) électrolyte, séparateur microporeux en polypropylène, dans un gaz argon sec boîte à gants remplie.

Tout d’abord, pliez les électrodes A, B, C et D Feuilles à 180 degrés, puis testez l'adhérence des feuilles d'électrodes sur un machine d'essai de traction. Ensuite, effectuez un test de ténacité sur les feuilles d'électrodes sur un testeur de ténacité (les diamètres des tiges d'arbre sont 1, 2, 3, 4, 6, 8, et 10 mm, respectivement), et observez s'il y a des fissures sur la surface des feuilles d'électrodes après enroulement. Le test de charge et de décharge de la batterie la densité de courant est de 0,1 C et la tension de test est de 2,5 ~ 3,5 V.

Résultats et discussion

La figure 1 est un schéma de test de l'adhérence de l'électrode LiFePO4 à une flexion de 180°. Cela peut être on voit sur la figure 1 que l'adhésion de l'électrode est considérablement améliorée grâce à l'ajout de NMP, et à l'amélioration de l'adhésion du L'électrode est proportionnelle à la quantité de NMP ajoutée. L'adhésion est un type de fourgon la force der Waals, qui dépend de l'interaction entre les molécules.

Pendant le processus de production de LiFePO4 feuilles d'électrodes, les feuilles d'électrodes entreront inévitablement en contact avec l'oxygène dans l'air. Pendant le processus de chauffage, les feuilles d'électrodes chauffées réagir avec l'oxygène pour former des groupes acides. Les groupes acides manquent d'électrons et formera de faibles liaisons hydrogène intermoléculaires avec (-CN) dans le liant aqueux. Cela modifiera la thixotropie du lisier, réduira la fluidité et provoquera des irrégularités. revêtement en boue. Après avoir ajouté du NMP, il neutralisera les groupes acides sur l'électrode feuilles. Cela peut réduire la perte d'électrons à la surface de l'électrode Feuilles, empêchent la boue de thixotropie et augmentent l'adhérence entre le liant et le collecteur de courant. La boue d'électrode positive est uniformément dispersé et la fluidité est améliorée, améliorant ainsi le taux d'utilisation de la suspension et des feuilles d'électrodes. Par conséquent, l’ajout de Le solvant NMP riche en électrons peut améliorer les performances de la batterie.

Le tableau 1 montre les résultats de test de flexibilité de quatre types de feuilles d'électrodes. En observant la figure 1, on peut On constate que des fissures de surface sont apparues lorsque l'aiguille d'enroulement de 6 mm de diamètre Testé l'électrode positive A, et lorsque l'aiguille d'enroulement de 1 mm de diamètre a été testées, les électrodes B~D ne présentaient pas de fissures superficielles. On peut voir que le La flexibilité la plus faible est la feuille d'électrode positive à base d'eau pure, qui est sujets aux fissures, aux cassures et aux déchirures lors de la préparation. L'ajout de NMP peut améliorer la flexibilité de la feuille d'électrode et augmenter l'utilisation taux de la feuille d'électrode. Les particules de latex contenues dans le liant LA132 sont résistantes polymères polaires avec de fortes forces intermoléculaires et une faible capacité de torsion, et la feuille d'électrode est facile à casser. Avec l'ajout de NMP, le diamètre de les particules de latex dans le liant LA132 augmentent, la capacité de torsion augmente, la capacité de rotation de la chaîne moléculaire diminue et la flexibilité de la feuille d'électrode est améliorée.

Le tableau 2 montre les effets électrochimiques résultats des tests de performance de la feuille d'électrode. Les valeurs de la capacité spécifique de première décharge, de la charge et de la décharge L'efficacité, la tension médiane de décharge et le rapport de courant constant sont essentiellement le même. Cela montre que l'ajout de NMP n'a aucun effet sur le rejet capacité et caractéristiques de charge et de décharge de l'électrode positive matériau actif de la feuille d'électrode positive.

Les figures 2 à 4 montrent la relation entre le rapport de courant constant, la capacité spécifique de décharge de taux, la décharge tension médiane et quantité d'addition de NMP des quatre feuilles d'électrodes.

À partir de la figure 2, on peut constater que sous les mêmes conditions de test, les rapports de courant constant de charge des quatre les batteries sont toutes supérieures à 98,2%. D'après les figures 3 et 4, on constate que capacité spécifique de décharge et tension médiane de la même feuille d'électrode continuent à se désintégrer avec l'augmentation du taux de décharge.

La capacité de décharge et la tension médiane des électrodes A et B sont fondamentalement les mêmes à des taux de décharge différents. Comme le taux de décharge augmente, la tension médiane et la capacité de décharge de les électrodes C et D augmentent progressivement. On peut voir que lorsque NMP est ajouté à une concentration ne dépassant pas 1 %, les performances de décharge du taux du la batterie ne sera pas affectée. Lorsque la NMP est ajoutée à une concentration supérieure à 1%, NMP affectera la capacité de décharge et la tension médiane de l'électrode positive.

La figure 5 montre les courbes de performances du cycle des quatre types de piles. En observant la figure 5, on constate qu'à le début du cycle de charge et de décharge, les tendances de décroissance de la capacité de les feuilles d'électrodes A et les feuilles d'électrodes B sont similaires et la capacité diminue Les tendances des feuilles d'électrodes C et des feuilles d'électrodes D sont similaires, tandis que les les taux de décomposition des feuilles d'électrodes C et des feuilles d'électrodes D sont plus élevés. Comme le Le cycle continue, la désintégration des feuilles d'électrodes A, C et D s'accélère et le le taux de décomposition de la feuille d'électrode B reste fondamentalement inchangé. La batterie finale Le taux de rétention de capacité est la feuille d'électrode Dï¼Cï¼Aï¼B. Cela montre que lorsque la quantité de NMP ajouté est inférieur à 1 %, il est bénéfique d’améliorer les caractéristiques du cycle de la batterie, et lorsque la quantité de NMP ajoutée est supérieure à 1%, le cycle les caractéristiques de la batterie seront affectées.

Conclusion

L'adhésion de l'électrode positive La feuille peut être améliorée en ajoutant du NMP, et l'adhérence augmente progressivement avec l'augmentation de la quantité de NMP ajoutée. Après avoir ajouté du NMP, les groupes acides sur l'électrode sera neutralisée, ce qui peut réduire la perte d'électrons sur La surface de l'électrode, empêche la boue de thixotropie, augmente la adhésion du liant et du collecteur de courant, réaliser l'électrode positive boue dispersée uniformément et améliorer la fluidité, améliorant ainsi la utilisation de la bouillie et de l'électrode. Lorsque la quantité de NMP ajoutée est Moins de 1%, cela n'affectera pas les performances de décharge de la batterie et peut améliorer les caractéristiques de cycle de la batterie. Cependant, lorsque le la quantité de NMP ajoutée est supérieure à 1 %, la NMP affectera la capacité de décharge et la tension médiane de l'électrode positive et réduire le cycle caractéristiques de la batterie.