I . Charakterystyka i zalety segregatorów poliakrylanu (PAA)
Minimalny obrzęk rozpuszczalników elektrolitów: wykazuje niski obrzęk, utrzymując integralność strukturalną arkuszy elektrod podczas cykli ładowania/rozładowania .
Wysoka proporcja grup karboksylowych: wysoka gęstość polarnych grup karboksylowych tworzy silne wiązania wodorowe z aktywnymi materiałami zawierającymi hydroksyl, zwiększając stabilność dyspersji .
Ciągłe tworzenie filmu: Tworzy jednolity film na powierzchniach materiałowych, poprawia kontakt między aktywnymi materiałami a obecnymi kolekcjonerami .
Doskonała stabilność mechaniczna: ułatwia łatwość przetwarzania podczas produkcji elektrod .
Ulepszone tworzenie SEI i wydajność cyklu: Wysokie stężenie polarnych grup funkcjonalnych sprzyja wiązaniu wodorowym z powierzchniami materiału krzemu i pomaga w tworzeniu stabilnej warstwy stałego elektrolitu (SEI), co powoduje doskonały żywotność cyklu .
II . Wyzwania rozwojowe
Konwencjonalne systemy spoiwa PAA (kwas poliakrylowy) dla elektrod zwykle wykorzystują połączone polimery PAA jako spoiwo anodowe . jako polimer o wysokiej moleku, PAA oferuje doskonałą przyczepność, stabilność dyspersji i hamowanie korozji . Stabilizuje strukturę sieciową, powoduje czynną stabilność, a także mrużanie. Rozszerza żywotność arkusza elektrody .
Jednak polarne grupy funkcjonalne ułatwiają wiązanie wodorowe w długich łańcuchach molekularnych PAA . To ogranicza swobodną rotację łańcuchów, zwiększając ich zdolność . W konsekwencji rozszerzanie rozszerzania materiałów oparte na rozszerzaniu rozszerzania rozszerzania rozszerzania rozszerzania się podczas cyklizacji, leczenia. Procesy i ostatecznie ogranicza ulepszenia wydajności elektrochemicznej baterii .
III . praktyki badawcze w praktycznych zastosowaniach PAA klasy baterii
1. bateria sodowo-jonowa twarde anody węglowe
Producenci twardych anod węglowych dla baterii sodu (SIB) narzucają rygorystyczne wymagania na spoiwa PAA . wysokiej jakości, wysoce elastyczny spoiwa PAA ma kluczowe znaczenie dla ochrony integralności strukturalnej hard węgla anod .
Na obecnym rynku anody węglowej SIB, stosowanie niespełniających standardów spoiwa PAA znacznie zwiększa ryzyko podwyższonego oporu wewnętrznego, negatywnie wpływając na wydajność baterii i niezawodność ., premium, wysoce elastyczna spoiwa PAA skutecznie złagodzi te problemy .
Wydajność elektrochemiczna, przewodność, zdolność do adaptacji środowiskowej i odporność na korozję elastycznego spoiwa PAA są również czynnikami krytycznymi, bezpośrednio wpływającymi na jakość ostatecznego produktu anody węglowej twardej .
Oprócz właściwości cech, praktyczna aplikacja koncentruje się w dużej mierze na parametrach wydajności, takich jak charakterystyka spoiwa, zawartość solidna, siła adhezji i poziom pH . Parametry te bezpośrednio korelują z wydajnością operacyjną anody węglowej twardej .
2. anody na bazie krzemowe
Anody baterii litowo-jonowej na bazie krzemowej oferują określoną pojemność o rzędu wielkości wyższą niż konwencjonalny grafit . Jednak tworzenie stabilnych anod krzemowych jest trudne z powodu znacznych zmian objętości podczas poprawy stopu elektrochemicznego {{4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4 {4} Most z litą .. Badania wykorzystują karboksymetylocelulozę (CMC) i wiążki fluorku poliwinylidenu (PVDF) .
Znaczący zbiór badań eksperymentalnych wskazuje, że czyste PAA ma właściwości mechaniczne porównywalne z CMC, ale zawiera wyższe stężenie grup funkcjonalnych karboksylowych . To umożliwia PAA działanie jako spoiwa dla anod Si, zapewniając doskonałą wydajność .
Badania ponadto pokazują pozytywny wpływ powlekania węglowego na stabilność anody . powlekane węgiel anod Si nanopowder (testowane między 0 . 01 i 1 V vs . li/li+), obejmując PAA na poziomie tak niskim jak 15 WT%, Wykazują wyjątkową stabilność nad pierwszą 100 cykli. Dalej do eksploracji nowych segregatorów, takich jak seria alkoholu poliwinylowego (PVA).
Skierowanie PAA z innymi materiałami reprezentuje nowy kierunek rozwoju, w tym wiążki sieciowe AA-CMC, wiążki usieciowane PAA-PVA, połączone wiążki połączone PAA-Pani (polianilinowe) i wiążki EDTA-PAA .
3. pva-g-paa (PVA-GRAFTED-PAA)
Nowatorski spoiwo rozpuszczalny w wodzie, PVA-G-PAA, jest syntetyzowany przez szczelinowanie PAA na łańcuchy boczne wysoce elastycznego PVA (alkohol poliwinylowy) . Ta funkcjonalna modyfikacja grupy zwiększa elastyczność systemu spoiwa PAA, jednocześnie opuszczając doskonałe właściwości adhezyjnych PVA .}}
Ta wolna rodnik polimeryzacji przeszczepu wprowadza elastyczność, kompensując ograniczenia strukturalne czystej wiążki PAA .
Podczas wytwarzania arkusza elektrody wykonuje się zagęszczenie ciągle w sposób ciągły przy użyciu zmiennych ciśnień wałkowych w segmentach określonych długości arkusza . Proces ten zwiększa wytrzymałość arkusza, minimalizowanie deformacji, zwiększenie pojemności specyficznej dla elektrody, poprawy zdolności prędkości i rozszerzania żywotności cyklu akumulatora .
4. PAA Prelithation (LIPAA)
Zastosowanie materiałów krzem-węgiel (SI-C) nakłada wyższe wymagania na spoiwo anodowe i systemy środków przewodzących . tradycyjne sztywne spoiwa PVDF są nieodpowiednie dla grup SI anod . Acrylic PAA i znaczące czynności z całego poziomu, a znaczące interfejsy i znaczące okresy łączące cykliczne i wielokrotnie ulepszające łącznie z cyklicznym okresem. Si Anodes . Zatem spoiwa PAA są bardzo skuteczne dla anod Si .
Badania wskazują, że litowy poliakrylan (LIPAA) przewyższa samą PAA, chociaż przyczyny leżące u podstaw były niejasne . przeprowadzono obszerne badania w celu wyjaśnienia mechanizmu lepszej wydajności Lipaa .
Elektrody złożone z 15% nano-Si, 73% sztucznego grafitu, 2% sadzy i 10% spoiwa (albo PAA lub LipAa) zostały zbadane . po początkowym suszeniu, wykonano wtórne suszone na 100-200 stopień, aby usunąć resztkową wilgotność .. Anody oparte na LiPAA w porównaniu z ~ 610 mah/g dla anod opartych na PAA .
Krzywe wydajności cyklu pełnych komórek za pomocą katod NMC532
Rysunek A: Komórki z spoiwa LipAA nie wykazują istotnej korelacji między wydajnością cyklu a wtórną temperaturą suszenia . katoda NMC532 dostarczyła pojemność początkową 127 mAH/g przy c/3, co oznacza ~ 91 mah/g po 90 cyklach .}
Rysunek B: Komórki z spoiwa PAA wykazują wyraźną zależność od wtórnej temperatury suszenia (czerwony 120 stopni, złoto o 140 stopni, zielony 160 stopni, 180 stopni niebieski) ., podczas gdy komórka PAA o 160 stopni wykazała najwyższą pojemność początkową, a komórka suszona o najniższym poziomie 120 stopni - najniższa, najniższa komórka 160 stopni degradowana najszybcie Suszona komórka 140 stopni degradowana wolniej, utrzymując ~ 71 mah/g .
Wydajność Coulombic w pierwszym cyklu (CE): Komórki LipAa osiągnęły ~ 84% (tylko komórka LipAa o 200 stopni była nieco niższa przy ~ 82%) . ich wydajność Coulombic szybko wzrosła do ~ 99 . 6% w pierwszych 5 cyklach . Osiągnięte komórki PAA ~ 80% First-CE (tylko 180 stopni Paa była ognioła PAA. znacznie niższe przy ~ 75%), wymagające ~ 40 cykli osiągnięcia 99,6% CE - znacznie wolniej niż komórki LipAA.
Testy rozładowania impulsu na 50% głębokości rozładowania (DOD) ujawniły znacznie niższą oporność wewnętrzną w komórkach LipAA w porównaniu z komórkami PAA [odwołana na rysunku poniżej], bez widocznego połączenia z wtórną temperaturą suszenia dla LipAA ., oporność komórek PAA wzrosła nieznośnie z wyższymi wtórnymi temperaturami suszenia wtórnego .}}
Analiza termogravimetryczna (TGA) Kevina A . Hays [odwołany poniżej rysunek] na anodach LipAa i PAA zidentyfikowano dwa główne etapy odwodnienia: 1) Wolne usunięcie wody (~ 40 stopni), 2) Zadowolenie wody (75 stopnia, PaA ~ 125 stopnia) . dodatkowe szczyty masy ciała dla PAA140-208}}}}}. i LipAa między stopniem 85-190, przypisywany polimeryzacji niektórych grup karboksylowych uwalniających wodę [odwoływając się do reakcji poniżej] . Ta reakcja jest mniej wyraźna w Lipaa, gdzie Li zastępuje h w ~ 80% grup karboksylowych .}
Polimeryzacja o wysokiej temperaturze grup karboksylowych PAA może osłabić interakcję między PAA i SI, potencjalnie wyjaśniając słabą wydajność cyklu wysuszonych anodnych PAA o wysokiej temperaturze ., testy siły PAE wykazały, że podczas gdy adhezja PAA zmniejszała się wraz z wyższymi suszącymi temperaturami, pozostała wyższa niż lipaa ogólnie, sugerując, że inne czynniki przyczyniają się do przewagi lifya, co stanowi nadrzędne czynniki. Cycling .
Ⅳ . Wniosek
Badanie to identyfikuje słabą stabilność elektrochemiczną jako kluczowy czynnik ograniczający wydajność cyklu PAA . Przy niskich potencjałach, PAA przechodzi częściową konwersję naLipAa, Generowanie gazu wodorowego:
PAA + ... ->LipAa + H₂
Ta reakcja wyjaśnia niższy pierwszy cykl CE komórek PAA (~ 80%) w porównaniu do komórek LipAA (~ 84%) i znacznie dłuższy czas (~ 40 cykli vs .<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
Tob nowa energia- Twój profesjonalny partner wMateriały akumulatorowe, Sprzęt i rozwiązania linii produkcyjnej .
