ฉัน . ลักษณะและข้อดีของ binders polyacrylate (PAA)
อาการบวมน้อยที่สุดในตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์: แสดงอาการบวมต่ำรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างของแผ่นอิเล็กโทรดในระหว่างรอบการชาร์จ/คายประจุ .
สัดส่วนที่สูงของกลุ่มคาร์บอกซิล: ความหนาแน่นสูงของกลุ่มคาร์บอกซิลขั้วโลกก่อตัวเป็นพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแกร่งด้วยวัสดุที่มีส่วนผสมของไฮดรอกซิลเพิ่มความเสถียรในการกระจายตัว .}
การสร้างภาพยนตร์อย่างต่อเนื่อง: สร้างฟิล์มเครื่องแบบบนพื้นผิววัสดุปรับปรุงการสัมผัสระหว่างวัสดุที่ใช้งานและนักสะสมปัจจุบัน .
ความเสถียรเชิงกลที่ยอดเยี่ยม: อำนวยความสะดวกในการประมวลผลในระหว่างการผลิตอิเล็กโทรด .
การก่อตัวของ SEI ที่เพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพการขี่จักรยาน: ความเข้มข้นสูงของกลุ่มฟังก์ชันขั้วโลกส่งเสริมพันธะไฮโดรเจนกับพื้นผิววัสดุซิลิกอนและช่วยในการสร้างชั้นอิเล็กโทรไลต์อินเตอร์เฟส (SEI) ที่มีเสถียรภาพ
II . ความท้าทายในการพัฒนา
ระบบสารยึดเกาะ PAA (polyacrylic acid) ทั่วไปสำหรับอิเล็กโทรดโดยทั่วไปใช้พอลิเมอร์ PAA ที่เชื่อมโยงข้ามเป็นสารยึดเกาะขั้วบวก . เป็นพอลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูง PAA นำเสนอการยึดเกาะที่ไม่สม่ำเสมอ วัสดุและขยายอายุการใช้งานแผ่นอิเล็กโทรด .}
อย่างไรก็ตามกลุ่มการทำงานของขั้วโลกช่วยให้พันธะไฮโดรเจนภายในโซ่โมเลกุลยาวของ PAA . สิ่งนี้จะ จำกัด การหมุนของโซ่ฟรีเพิ่มความแข็งแกร่ง . ดังนั้นแผ่นอิเล็กโทรดที่ใช้ PAA กระบวนการที่คดเคี้ยวและในที่สุดก็ จำกัด การปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่ .
III . การวิจัยในการใช้งานจริงของ PAA เกรดแบตเตอรี่
1. แอโนดคาร์บอนแข็งของแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน
ผู้ผลิตขั้วบวกคาร์บอนแข็งสำหรับแบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน (SIBs) กำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับสารยึดเกาะ PAA . เครื่องผูก PAA ที่มีคุณภาพสูงและมีความยืดหยุ่นสูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปกป้องความสมบูรณ์ของโครงสร้าง
ในตลาดขั้วบวกคาร์บอนแข็ง SIB ในปัจจุบันการใช้สารยึดเกาะ PAA ที่ต่ำกว่ามาตรฐานจะเพิ่มความเสี่ยงของความต้านทานภายในที่สูงขึ้นส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และความน่าเชื่อถือ . ในทางกลับกันพรีเมี่ยม PAA ที่ยืดหยุ่นสูงช่วยบรรเทาปัญหาเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ .}}
ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าการนำไฟฟ้าการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมและความต้านทานการกัดกร่อนของสารยึดเกาะ PAA ที่ยืดหยุ่นก็เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้วบวกคาร์บอนสุดท้าย .
นอกเหนือจากลักษณะโดยธรรมชาติแล้วแอปพลิเคชันที่ใช้งานได้จริงมุ่งเน้นไปที่พารามิเตอร์ประสิทธิภาพเช่นลักษณะของสารยึดเกาะเนื้อหาที่เป็นของแข็งความแข็งแรงของการยึดเกาะและระดับ pH . พารามิเตอร์เหล่านี้มีความสัมพันธ์โดยตรงกับประสิทธิภาพการทำงานของขั้วบวกคาร์บอนแข็ง .}
2. ขั้วบวกที่ใช้ซิลิกอน
แอโนดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ซิลิกอนมีความจุเฉพาะลำดับของขนาดที่สูงกว่ากราไฟท์ทั่วไป . อย่างไรก็ตามการสร้างขั้วบวกซิลิคอนที่มีเสถียรภาพนั้นท้าทายเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรอย่างมีนัยสำคัญ การวิจัยใช้ประโยชน์จาก carboxymethyl cellulose (CMC) และ polyvinylidene fluoride (PVDF) binders .}
การวิจัยเชิงทดลองที่สำคัญบ่งชี้ว่า PAA บริสุทธิ์มีคุณสมบัติเชิงกลเทียบเคียงได้กับ CMC แต่มีความเข้มข้นของกลุ่มการทำงานของคาร์บอกซิลที่สูงขึ้น . สิ่งนี้ทำให้ PAA ทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะสำหรับ SI anodes
การวิจัยเพิ่มเติมแสดงให้เห็นถึงผลกระทบเชิงบวกของการเคลือบคาร์บอนต่อความเสถียรของขั้วบวก . ขั้วบวก Si Nanopowder ที่เคลือบด้วยคาร์บอน (ทดสอบระหว่าง 0 . 01 และ 1 V vs . li/li+) ช่องทางใหม่สำหรับการสำรวจสารยึดเกาะนวนิยายเช่นซีรี่ส์ Polyvinyl Alcohol (PVA)
crosslinking PAA กับวัสดุอื่น ๆ แสดงถึงทิศทางการพัฒนาใหม่รวมถึงสารยึดเกาะ AA-CMC cross-linked, pAA-PVA cross-linked binders, paa-pani (polyaniline) binders cross-linked และ binders EDTA-PAA .}
3. PVA-G-PAA (PVA-grafted-PAA)
สารยึดเกาะที่ละลายน้ำได้ใหม่ PVA-G-PAA ถูกสังเคราะห์โดยการปลูกถ่าย PAA ลงบนโซ่ด้านข้างของ PVA ที่มีความยืดหยุ่นสูง (แอลกอฮอล์โพลีไวนิล) . การปรับเปลี่ยนกลุ่มที่ใช้งานได้นี้ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบสารยึดเกาะ PAA ของ PVA
การปลูกถ่ายอวัยวะการปลูกถ่ายอวัยวะอิสระนี้แนะนำความยืดหยุ่นชดเชยข้อ จำกัด โครงสร้างของสารยึดเกาะ PAA บริสุทธิ์ .
ในระหว่างการผลิตแผ่นอิเล็กโทรดการบดอัดการกลิ้งจะดำเนินการอย่างต่อเนื่องโดยใช้แรงดันลูกกลิ้งที่แตกต่างกันในส่วนที่กำหนดความยาวของแผ่น .} กระบวนการนี้ช่วยเพิ่มความเหนียวของแผ่น, ลดการเสียรูปเพิ่มความสามารถเฉพาะของอิเล็กโทรดเพิ่มความสามารถในการเพิ่มความสามารถของอัตรา
4. PAA PRELITHIATION (LIPAA)
การประยุกต์ใช้วัสดุซิลิกอน-คาร์บอน (SI-C) กำหนดความต้องการที่สูงขึ้นในระบบสารยึดเกาะขั้วบวกและระบบตัวแทนนำไฟฟ้า . สารยึดเกาะ PVDF แบบแข็งแบบดั้งเดิมนั้นไม่เหมาะสมสำหรับ Si anodes . acrylic paa binders Si Anodes . ดังนั้น PAA binders มีประสิทธิภาพสูงสำหรับ Si anodes .}
การศึกษาระบุว่าลิเธียมโพลีอะคริเลต (LIPAA) มีประสิทธิภาพสูงกว่า PAA แม้ว่าเหตุผลพื้นฐานนั้นไม่ชัดเจน . การวิจัยที่กว้างขวางได้ดำเนินการเพื่ออธิบายกลไกที่อยู่เบื้องหลังประสิทธิภาพที่เหนือกว่าของ Lipaa .}
อิเล็กโทรดที่ประกอบด้วย 15% nano-Si, กราไฟท์เทียม 73%, 2% คาร์บอนแบล็ก, และสารยึดเกาะ 10% (ทั้ง PAA หรือ LIPAA) ได้รับการศึกษา . หลังจากการอบแห้งเริ่มต้นขั้นตอนการอบแห้งที่ 100-200 Anodes ที่ใช้ LIPAA กับ ~ 610 mAh/g สำหรับ Anodes ที่ใช้ PAA .
เส้นโค้งประสิทธิภาพรอบของเซลล์เต็มโดยใช้ NMC532 cathodes
รูปที่ A: เซลล์ที่มี LIPAA Binder ไม่แสดงความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญระหว่างประสิทธิภาพของวัฏจักรและอุณหภูมิการอบแห้งทุติยภูมิ . แคโทด NMC532 ส่งความจุเริ่มต้นที่ 127 mAh/g ที่ C/3 ลดลงเหลือ ~ 91 mAh/g หลังจาก 90 รอบ .}
รูปที่ B: เซลล์ที่มีสารยึดเกาะ PAA แสดงการพึ่งพาที่ชัดเจนเกี่ยวกับอุณหภูมิการอบแห้งทุติยภูมิ (120 องศาแดง, 140 องศาทอง, สีเขียว 160 องศา, สีน้ำเงิน 180 องศา) . ในขณะที่เซลล์ PAA แห้ง 160 องศาแสดงให้เห็นถึงความจุเริ่มต้นสูงสุด เซลล์แห้งเสื่อมโทรมช้ากว่าการรักษา ~ 71 mah/g .
ประสิทธิภาพของ Coulombic รอบแรก (CE): เซลล์ LIPAA ประสบความสำเร็จ ~ 84% (เพียง 200 องศาเซลล์ Lipaa ต่ำกว่าเล็กน้อยที่ ~ 82%) . ประสิทธิภาพ coulombic ของพวกเขาเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเป็น ~ 99 . 6% ภายใน 5 cycles ~ 75%) ต้องการ ~ 40 รอบถึง 99.6% CE - ช้ากว่าเซลล์ LIPAA อย่างชัดเจน
การทดสอบการปล่อยพัลส์ที่ระดับความลึก 50% ของการปลดปล่อย (DOD) เผยให้เห็นความต้านทานภายในที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในเซลล์ lipaa เมื่อเทียบกับเซลล์ PAA [ตัวเลขอ้างอิงด้านล่าง] โดยไม่มีการเชื่อมโยงที่ชัดเจนไปยังอุณหภูมิการอบแห้งทุติยภูมิสำหรับ lipaa . ในทางตรงกันข้าม
การวิเคราะห์ Thermogravimetric (TGA) โดย Kevin A . Hays [รูปที่อ้างอิงด้านล่าง] บน lipaa และ paa anodes ระบุสองขั้นตอนการคายน้ำหลัก: 1) การกำจัดน้ำฟรี (~ 40 องศา), 2) 140-208 องศาและ lipaa ระหว่าง 85-190 องศาประกอบกับการเกิดพอลิเมอไรเซชันของกลุ่มคาร์บอกซิลบางกลุ่มปล่อยน้ำ [ปฏิกิริยาอ้างอิงด้านล่าง] . ปฏิกิริยานี้มีการออกเสียงน้อยกว่าใน Lipaa
พอลิเมอไรเซชันอุณหภูมิสูงของกลุ่ม PAA carboxyl อาจทำให้การมีปฏิสัมพันธ์ระหว่าง PAA และ SI อ่อนแอลงซึ่งอาจอธิบายถึงประสิทธิภาพของวัฏจักรที่ไม่ดีของ Anodes PAA ที่อุณหภูมิสูงอุณหภูมิสูง . อย่างไรก็ตามการทดสอบความแข็งแรงของเปลือก ขี่จักรยาน .
ⅳ . บทสรุป
การศึกษาครั้งนี้ระบุความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าที่ไม่ดีเป็นปัจจัยสำคัญที่ จำกัด ประสิทธิภาพวัฏจักรของ PAA . ที่ศักยภาพต่ำ PAA ผ่านการแปลงบางส่วนเป็นบางส่วนเป็นlipaaสร้างก๊าซไฮโดรเจน:
PAA + ... ->lipaa + h₂
ปฏิกิริยานี้อธิบายถึง CE แรกที่ต่ำกว่าของเซลล์ PAA (~ 80%) เมื่อเทียบกับเซลล์ LIPAA (~ 84%) และเวลานานขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (~ 40 รอบเทียบกับ .}<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
Tob ใหม่พลังงาน- หุ้นส่วนมืออาชีพของคุณในวัสดุแบตเตอรี่, อุปกรณ์และโซลูชันสายการผลิต .
