एलएफपी बैटरी के प्रदर्शन पर एनएमपी एकाग्रता का प्रभाव - उद्योग समाचार

लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4)कैथोड इलेक्ट्रोड सामग्रीआमतौर पर तेल आधारित घोल का उपयोग किया जाता हैएन-मिथाइलपाइरोलिडोन (एनएमपी), सॉल्वैंट्स के रूप में डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड और डाइमिथाइलफॉर्मामाइड, जिनमें कठिन सॉल्वेंट रिकवरी, बड़ी मात्रा में उपयोग और पर्यावरण प्रदूषण जैसी समस्याएं हैं। LiFePO4 सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री जल-आधारित घोल विलायक के रूप में विआयनीकृत पानी का उपयोग करता है, जो पर्यावरण के अनुकूल और कम लागत वाला है, लेकिन जल-आधारित बाइंडर सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट में खराब लचीलापन, सक्रिय सामग्रियों के कमजोर आसंजन और खराब विद्युत रासायनिक प्रदर्शन जैसी समस्याएं हैं। इस पेपर में, सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट के प्रदर्शन पर एनएमपी के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए विभिन्न एनएमपी अतिरिक्त मात्रा के साथ सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट तैयार की गई थीं।जल-आधारित बाइंडर LA132.

प्रयोग

जलीय बाइंडर LA132, सुपरकंडक्टिंग कार्बन ब्लैक, विआयनीकृत पानी और LiFePO4 को 2.5:2.5:50:40 के द्रव्यमान अनुपात पर घोल में तैयार किया गया था। घोल के चार हिस्से 0, 1%, 2% और 3% एनएमपी के साथ जोड़े गए, जिन्हें ए, बी, सी और डी क्रमांकित किया गया। सकारात्मक इलेक्ट्रोड को कैलेंडर किया गया। पानी और एनएमपी को हटाने के लिए 24 घंटे के लिए वैक्यूम में पॉजिटिव इलेक्ट्रोड को 100 डिग्री पर सुखाया गया और 95% सक्रिय सामग्री सामग्री के साथ पॉजिटिव इलेक्ट्रोड तैयार किया गया। इसे 20 मिमी व्यास वाली डिस्क में काटें। एक सूखे आर्गन गैस से भरे ग्लव बॉक्स में लिथियम मेटल शीट नेगेटिव इलेक्ट्रोड, 1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (वॉल्यूम अनुपात 1:1:1) इलेक्ट्रोलाइट, माइक्रोपोरस पॉलीप्रोपाइलीन सेपरेटर के साथ CR2016 कॉइन सेल को इकट्ठा करें।

सबसे पहले, ए, बी, सी, और डी इलेक्ट्रोड शीट को 18 0 डिग्री मोड़ें, और फिर एक तन्यता परीक्षण मशीन पर इलेक्ट्रोड शीट के आसंजन का परीक्षण करें। फिर, एक कठोरता परीक्षक (शाफ्ट छड़ के व्यास क्रमशः 1, 2, 3, 4, 6, 8 और 10 मिमी हैं) पर इलेक्ट्रोड शीट पर कठोरता परीक्षण करें और देखें कि सतह पर दरारें हैं या नहीं वाइंडिंग के बाद इलेक्ट्रोड शीट की। बैटरी चार्ज और डिस्चार्ज परीक्षण वर्तमान घनत्व 0.1C है, और परीक्षण वोल्टेज 2.5~3.5V है।

परिणाम और चर्चा

चित्र 1 180 डिग्री झुकने पर LiFePO4 इलेक्ट्रोड के आसंजन का एक परीक्षण आरेख है। यह चित्र 1 से देखा जा सकता है कि एनएमपी को जोड़ने के कारण इलेक्ट्रोड के आसंजन में काफी सुधार हुआ है, और इलेक्ट्रोड के आसंजन में सुधार एनएमपी की मात्रा के अनुपात में है। आसंजन एक प्रकार का वैन डेर वाल्स बल है, जो अणुओं के बीच परस्पर क्रिया पर निर्भर करता है।

Figure 1 Relationship between adhesion and NMP addition

LiFePO4 इलेक्ट्रोड शीट की उत्पादन प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रोड शीट अनिवार्य रूप से हवा में ऑक्सीजन के संपर्क में आएंगी। हीटिंग प्रक्रिया के दौरान, गर्म इलेक्ट्रोड शीट ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके अम्लीय समूह बनाती हैं। अम्लीय समूहों में इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है और वे जलीय बाइंडर में (-CN) के साथ कमजोर अंतर-आणविक हाइड्रोजन बांड बनाएंगे। यह घोल की थिक्सोट्रॉपी को बदल देगा, तरलता कम कर देगा, और असमान घोल कोटिंग का कारण बनेगा। एनएमपी जोड़ने के बाद, यह इलेक्ट्रोड शीट पर अम्लीय समूहों को बेअसर कर देगा। यह इलेक्ट्रोड शीट की सतह पर इलेक्ट्रॉनों के नुकसान को कम कर सकता है, थिक्सोट्रॉपी से घोल को रोक सकता है, और बाइंडर और वर्तमान कलेक्टर के बीच आसंजन को बढ़ा सकता है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल समान रूप से फैलाया जाता है और तरलता में सुधार होता है, जिससे घोल और इलेक्ट्रोड शीट की उपयोग दर में सुधार होता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन-समृद्ध विलायक एनएमपी को जोड़ने से बैटरी के प्रदर्शन में सुधार हो सकता है।

तालिका 1 चार प्रकार की इलेक्ट्रोड शीट के लचीलेपन परीक्षण के परिणाम दिखाती है। चित्र 1 का अवलोकन करने पर, यह पाया जा सकता है कि जब 6 मिमी व्यास वाली वाइंडिंग सुई ने सकारात्मक इलेक्ट्रोड ए का परीक्षण किया, तो सतह पर दरारें दिखाई दीं, और जब 1 मिमी व्यास वाली वाइंडिंग सुई का परीक्षण किया गया, तो इलेक्ट्रोड बी~डी में सतह पर दरारें नहीं थीं। यह देखा जा सकता है कि सबसे खराब लचीलापन शुद्ध पानी आधारित सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट है, जिसमें तैयारी के दौरान दरारें, टूटने और फटने का खतरा होता है। एनएमपी जोड़ने से इलेक्ट्रोड शीट के लचीलेपन में सुधार हो सकता है और इलेक्ट्रोड शीट की उपयोग दर बढ़ सकती है। LA132 बाइंडर में लेटेक्स कण मजबूत ध्रुवीय पॉलिमर होते हैं जिनमें मजबूत अंतर-आणविक बल और खराब घुमा क्षमता होती है, और इलेक्ट्रोड शीट को तोड़ना आसान होता है। एनएमपी के जुड़ने से, LA132 बाइंडर में लेटेक्स कणों का व्यास बढ़ जाता है, घुमाने की क्षमता बढ़ जाती है, आणविक श्रृंखला घूमने की क्षमता कम हो जाती है, और इलेक्ट्रोड शीट का लचीलापन बढ़ जाता है।

तालिका 1 इलेक्ट्रोड लचीलेपन और एनएमपी अतिरिक्त मात्रा के बीच संबंध
नहीं।	D10	D8	D6	D4	D3	D2	D1
A	नहीं	लचीला	लचीला	लचीला	लचीला	लचीला	लचीला
B	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं
C	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं
D	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं	नहीं

तालिका 2 इलेक्ट्रोड शीट के विद्युत रासायनिक प्रदर्शन परीक्षण परिणाम दिखाती है। प्रथम डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता, चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता, डिस्चार्ज माध्य वोल्टेज और निरंतर वर्तमान अनुपात के मान मूल रूप से समान हैं। इससे पता चलता है कि एनएमपी के जुड़ने से सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट की सकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री की डिस्चार्ज क्षमता और चार्ज और डिस्चार्ज विशेषताओं पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

तालिका 2 इलेक्ट्रोड के विद्युत रासायनिक गुण
नहीं।	प्रथम डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता /(mAh·g-1)	चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता /%	डिस्चार्ज माध्यिका वोल्टेज /वी	लगातार चालू अनुपात /%
A	157.0	97.90	3.384	99.3
B	157.1	98.10	3.386	99.4
C	156.9	98.00	3.385	99.4
D	157.0	97.90	3.385	99.3

Figure 2 Relationship between constant current ratio and NMP addition amount

आंकड़े 2 से 4 निरंतर वर्तमान अनुपात, दर डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता, डिस्चार्ज माध्य वोल्टेज और चार इलेक्ट्रोड शीट की एनएमपी अतिरिक्त मात्रा के बीच संबंध दिखाते हैं।

चित्र 2 से, यह पाया जा सकता है कि समान परीक्षण स्थितियों के तहत, चार बैटरियों का चार्जिंग निरंतर वर्तमान अनुपात 98.2% से ऊपर है। चित्र 3 और 4 से, यह पाया जा सकता है कि एक ही इलेक्ट्रोड शीट की डिस्चार्ज विशिष्ट क्षमता और माध्य वोल्टेज डिस्चार्ज दर में वृद्धि के साथ क्षय होता रहता है।

Figure 3 Relationship between discharge specific capacity and NMP addition amount

इलेक्ट्रोड ए और बी की डिस्चार्ज क्षमता और माध्य वोल्टेज मूल रूप से अलग-अलग डिस्चार्ज दरों पर समान हैं। जैसे-जैसे डिस्चार्ज दर बढ़ती है, इलेक्ट्रोड सी और डी की औसत वोल्टेज और डिस्चार्ज क्षमता धीरे-धीरे बढ़ती है। यह देखा जा सकता है कि जब एनएमपी को 1% से अधिक की सांद्रता में जोड़ा जाता है, तो बैटरी का रेट डिस्चार्ज प्रदर्शन प्रभावित नहीं होगा। जब एनएमपी को 1% से अधिक की सांद्रता में जोड़ा जाता है, तो एनएमपी सकारात्मक इलेक्ट्रोड की डिस्चार्ज क्षमता और औसत वोल्टेज को प्रभावित करेगा।

Figure 4 Relationship between median voltage and NMP addition amount

चित्र 5 चार प्रकार की बैटरियों के चक्र प्रदर्शन वक्र को दर्शाता है। चित्र 5 को देखकर, यह पाया जा सकता है कि चार्ज और डिस्चार्ज चक्र की शुरुआत में, इलेक्ट्रोड शीट ए और इलेक्ट्रोड शीट बी की क्षमता क्षय प्रवृत्ति समान होती है, और इलेक्ट्रोड शीट सी और इलेक्ट्रोड शीट डी की क्षमता क्षय प्रवृत्ति समान होती है। , जबकि इलेक्ट्रोड शीट सी और इलेक्ट्रोड शीट डी की क्षय दर बड़ी है। जैसे-जैसे चक्र जारी रहता है, इलेक्ट्रोड शीट ए, सी और डी का क्षय तेज हो जाता है, और इलेक्ट्रोड शीट बी की क्षय दर मूल रूप से अपरिवर्तित रहती है। अंतिम बैटरी क्षमता प्रतिधारण दर इलेक्ट्रोड शीट D＜C＜A＜B है। इससे पता चलता है कि जब एनएमपी की मात्रा 1% से कम होती है, तो बैटरी की चक्र विशेषताओं में सुधार करना फायदेमंद होता है, और जब एनएमपी की मात्रा 1% से अधिक होती है, तो बैटरी की चक्र विशेषताएं प्रभावित होंगी।

Figure 5 Cycle curves of batteries with different NMP addition amounts

निष्कर्ष

एनएमपी जोड़कर सकारात्मक इलेक्ट्रोड शीट के आसंजन में सुधार किया जा सकता है, और एनएमपी की मात्रा में वृद्धि के साथ आसंजन धीरे-धीरे बढ़ता है। एनएमपी जोड़ने के बाद, इलेक्ट्रोड पर अम्लीय समूहों को बेअसर कर दिया जाएगा, जो इलेक्ट्रोड सतह पर इलेक्ट्रॉनों के नुकसान को कम कर सकता है, थिक्सोट्रॉपी से घोल को रोक सकता है, बाइंडर और वर्तमान कलेक्टर के आसंजन को बढ़ा सकता है, सकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल को समान रूप से फैला सकता है , और तरलता में सुधार करता है, जिससे घोल और इलेक्ट्रोड के उपयोग में सुधार होता है। जब एनएमपी की मात्रा 1% से कम जोड़ी जाती है, तो यह बैटरी के रेट डिस्चार्ज प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करेगी और बैटरी की चक्र विशेषताओं में सुधार कर सकती है। हालाँकि, जब एनएमपी की मात्रा 1% से अधिक होती है, तो एनएमपी सकारात्मक इलेक्ट्रोड की डिस्चार्ज क्षमता और औसत वोल्टेज को प्रभावित करेगा और बैटरी की चक्र विशेषताओं को कम करेगा।