I . A poliakrilát (PAA) kötőanyagok jellemzői és előnyei
Minimális duzzanat az elektrolit oldószerekben: alacsony duzzanat, az elektródlapok szerkezeti integritásának fenntartása töltés/kisülési ciklusok során .
A karboxilcsoportok magas aránya: A poláris karboxilcsoportok nagy sűrűségű erős hidrogénkötéseket képeznek hidroxil-tartalmú aktív anyagokkal, javítva a diszperziós stabilitást .
Folyamatos filmképződés: Egységes filmet hoz létre az anyagfelületekről, javítva az aktív anyagok és az aktuális gyűjtők közötti érintkezést .
Kiváló mechanikai stabilitás: megkönnyíti a feldolgozás könnyűségét az elektróda gyártása során .
Fokozott SEI -képződés és kerékpáros teljesítmény: A poláris funkcionális csoportok magas koncentrációja elősegíti a hidrogénkötést a szilícium anyagfelületekkel és elősegíti a stabil szilárd elektrolit interfázis (SEI) réteg kialakulását, ami kiváló ciklus élettartamot eredményez .
II . Fejlesztési kihívások
A hagyományos PAA (poliakrilsav) kötőanyag-rendszerek elektródokhoz általában a térhálósított PAA polimereket használják anód kötőanyagként ., mint egy nagy molekuláris súlyú polimer, a PAA kiváló tapadást, diszperziós stabilitást és korrózió gátlást kínál, és az aktív anyagokba tartozik az aktív anyagok, és az aktív anyagokba szorítják az aktív anyagokat, és megzavarják a hálózati struktúrát, és az aktív anyagokba szorítják az aktív anyagokat, és megzavarják a hálózati struktúrát, és a hálózati struktúrát megzavarják az annál. Elektródlap élettartam .
A poláris funkcionális csoportok azonban megkönnyítik a hidrogénkötést a PAA hosszú molekuláris láncain belül . Ez korlátozza a láncok szabad forgását, növelve a merevségüket . Következésképpen a PAA-alapú elektródapályák általában gyenge szilárdsági anyagokat mutatnak, amelyek a Hinders-celláknak a hangerő-átjárókkal szembeni hatást gyakorolják, és ez kompromisszumos, hogy ellenálljanak a szélsőségeseknek, hogy a Piklusok a hangerő-átjárókkal rendelkezzenek, és a Hinders-t a Hindersnek, a Hindersnek, hogy ellenálljanak a szélsőségeseknek, a Hindersnek, hogy a Hinders-cellák ellenálljanak, hogy ellenálljanak a feszültség-indukált indukáltaknak a hangerő-átjárók által, és folyamatok, és végül korlátozza az akkumulátor elektrokémiai teljesítményének javulását .
III . Kutatási gyakorlatok az akkumulátor-minőségű PAA gyakorlati alkalmazásaiban
1. nátrium-ion akkumulátor kemény szén anódok
A nátrium-ion akkumulátorokhoz szükséges kemény szén anódok gyártói (SIBS) szigorú követelményeket írnak elő a PAA kötőanyagokra . A magas színvonalú, nagyon rugalmas PAA kötőanyag elengedhetetlen a kemény szén anódok szerkezeti integritásának védelme érdekében. .}}}}}}}
A jelenlegi SIB kemény szén anód -piacon a nem megfelelő PAA -kötőanyagok használata jelentősen növeli a megnövekedett belső ellenállás kockázatát, negatívan befolyásolja az akkumulátor hatékonyságát és a megbízhatóságot . Ezzel szemben egy prémium, rendkívül rugalmas PAA kötőanyag hatékonyan enyhíti ezeket a problémákat .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
A rugalmas PAA -kötőanyag elektrokémiai teljesítménye, vezetőképessége, környezeti alkalmazkodóképessége és korrózióállósága szintén kritikus tényezők, közvetlenül befolyásolva a végső kemény szén anód termék minőségét .
A velejáró jellemzőkön túl a gyakorlati alkalmazás nagymértékben a teljesítményparaméterekre összpontosít, mint például a kötőanyag -jellemzők, a szilárd tartalom, a tapadási szilárdság és a pH -szint . Ezek a paraméterek közvetlenül korrelálnak a . kemény szén anód működési hatékonyságával
2. szilícium-alapú anódok
A szilícium-alapú lítium-ion akkumulátor-anódok egy speciális kapacitást kínálnak, mint a hagyományos grafit ., a stabil szilícium anódok képződése azonban a szignifikáns térfogatváltozások miatt a szilícium-stabilitással való stabilitással valósulást és az optimalizálást az elektrokémiai ötvözés során. A kutatás a karboxi -metil -cellulózt (CMC) és a polivinilidén -fluorid (PVDF) kötőanyagokat használja .
A kísérleti kutatások jelentős része azt mutatja, hogy a tiszta PAA -nak mechanikai tulajdonságai vannak, amelyek összehasonlíthatók a CMC -vel, de magasabb karboxil -funkcionális csoportokat tartalmaznak . Ez lehetővé teszi a PAA -nak, hogy kötőanyagként működjön az SI anódok számára, és jobb teljesítményt nyújt .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
A kutatás tovább demonstrálja a szénbevonat pozitív hatását az anód stabilitásra . szén-bevonatú Si nanopowder anódok (0 . 01 és 1 v vs között tesztelve, beépítve a PAA-t 15 wt%-ot Új kötőanyagok felfedezése, például a polivinil -alkohol (PVA) sorozat.
A PAA térhálósítása más anyagokkal új fejlesztési irányt képvisel, beleértve az AA-CMC térhálósított kötőanyagokat, a PAA-PVA térhálósított kötőanyagokat, a PAA-Pani (polianilin) térhálósított iratgyűjtőket és az EDTA-PAA kötőanyagokat .}
3. PVA-G-PAA (PVA-graft-PAA)
Egy új, vízben oldódó kötőanyagot, a PVA-G-PAA-t szintetizálnak úgy, hogy a PAA-t a nagyon rugalmas PVA (polivinil-alkohol) oldalláncára oltják . Ez a funkcionális csoport módosítása javítja a PAA kötőanyag-rendszer rugalmasságát
Ez a szabad radikális oltási polimerizáció rugalmasságot vezet be, kompenzálva a tiszta PAA kötőanyagok szerkezeti korlátait .
Az elektródlemez gyártása során a gördülési tömörítést folyamatosan hajtják végre, változó hengernyomás felhasználásával a . lap meghatározott hosszúságú szegmenseiben ez a folyamat javítja a lap szilárdságát, minimalizálja a deformációt, növeli az elektróda -specifikus kapacitást, javítja az akkumulátor -ciklus élettartamát .}}}}}}}}}}}}}
4. PAA PRELITITION (LIPAA)
A szilícium-szén (Si-C) anyagok alkalmazása nagyobb igényeket vet fel az anód-kötőanyagra és a vezetőképes szerrendszerekre. . A hagyományos merev PVDF kötőanyagok nem alkalmasak a Si anódok számára . akril paa kötőanyagok számára, amelyek jelentősen fejlesztik a ciklusos életet, amely a cikluscsoportokkal, és a Si felületeknél, a si-felületen történő promóciós formációt, és amely a Si Si felületeken történő előmozdítás, és amely a Si Si felületek előmozdítását képezi, és amely a CycleNe Shi-t, és amely a Si Si felületek promóciós formájában alakul ki. SI anódok . Így a PAA kötőanyagok rendkívül hatékonyak a Si anódok esetében .
A tanulmányok azt mutatják, hogy a lítium -poliakrilát (LIPAA) felülmúlja a PAA -t, bár a mögöttes okok nem voltak egyértelműek . kiterjedt kutatásokat végeztek a LIPAA felsőbb teljesítményének mechanizmusának tisztázására .
15% nano-Si-ből, 73% mesterséges grafitból, 2% -os szénfeketeből és 10% -os kötőanyagból (PAA vagy Lipaa) alkotott elektródokat vizsgáltunk . A kezdeti szárítás után, egy másodlagos szárítási lépést végeztünk a100-200 fokozaton ~ ~ ~ ~ 79-es fokozatú ~ ~ 79-es fokozaton. anódok és ~ 610 mAh/g a PAA-alapú anódokhoz .
A teljes cellák ciklus teljesítmény -görbéi NMC532 katódok segítségével
A ábra: A LIPAA kötőanyaggal rendelkező sejtek nem mutatnak szignifikáns összefüggést a ciklus teljesítménye és a másodlagos szárítási hőmérséklet között . Az NMC532 katód 127 mAh/g kezdeti kapacitást hozott C/3 -nál, ~ 91 mAh/g -re csökkentve 90 ciklus után .}
Figure B: Cells with PAA binder exhibit a clear dependence on secondary drying temperature (120℃red, 140℃gold, 160℃green, 180℃blue). While the 160℃dried PAA cell showed the highest initial capacity and the 120℃dried cell the lowest, the 160℃dried cell degraded fastest, reaching ~62 mAh/g after 90 cycles. The 140 A fokos szárított sejt lassabban lebomlik, ~ 71 mAh/g fenntartása .
Első ciklusú coulombikus hatékonyság (CE): A LIPAA sejtek ~ 84% -ot értek el (csak a 200 fokos LIPAA-sejt kissé alacsonyabb volt ~ 82%) ~ 75% -nál), amely ~ 40 ciklust igényel a 99,6% CE eléréséhez - jelentősen lassabb, mint a LIPAA sejtek.
Az impulzus kisülési tesztek 50% -os kisülési mélységben (DOD) szignifikánsan alacsonyabb belső rezisztenciát tártak fel a LIPAA sejtekben a PAA -sejtekhez képest [az alábbiakban hivatkozott ábra], a LIPAA . szekunder száradási hőmérsékletének látszólagos kapcsolata nélkül a PAA -sejtek ellenállása fokozottan növekedett a másodlagos száradási hőmérsékleteknél a magasabb másodlagos szárítási hőmérsékleten.
Termogravimetrikus elemzés (TGA) Kevin A . Hays [az alábbiakban hivatkozott ábra] által a LIPAA és a PAA anódokon két fő dehidrációs lépést azonosított: 1) Szabad víz eltávolítása (~ 40 fok), 2) Adszorbeált víz eltávolítása (Lipaa ~ 75 fok, PAA ~ 125 fok).}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {7} fokozatos elvesztést eredményezi. fok és LIPAA a 85-190 fok között, amelyet egyes karboxilcsoportok polimerizációjának tulajdonítanak, amely felszabadítja a vizet [az alábbiakban hivatkozott reakció] . Ez a reakció kevésbé van kiejtve a LIPAA -ban, ahol a LI helyettesíti a karboxilcsoportok ~ 80% -át .}} .
A PAA-karboxilcsoportok magas hőmérsékletű polimerizációja gyengítheti a PAA és a SI közötti kölcsönhatást, potenciálisan magyarázva a magas hőmérsékletű szárított PAA anódok gyenge ciklusos teljesítményét . A héja szilárdsági tesztjei azt mutatják, hogy míg a PAA adhéziója a magasabb szárítási hőmérsékletekkel csökkent, mint a lipaa, a lipaa-nál, a lipaa-nál, a lipaa-hoz}, amely más tényezőkhöz jár, a Lipaa felesleges ciklusához}}, mint a lipaa, a lipaa-nál magasabb, mint a lipaa, a lipaa-nál magasabb, mint a lipaa, a lipaa-nál magasabb, mint a lipaa, a lipaa-nál nagyobb, ha más tényezőkkel járnak, ha más tényezőkkel járnak, ha más tényezők hozzájárulnak a lipaa felesleges ciklusához.
Ⅳ . Következtetés
Ez a tanulmány a gyenge elektrokémiai stabilitást azonosítja a PAA ciklus teljesítményének korlátozó kulcsfontosságú tényezőjeként.Lipaa, hidrogéngáz előállítása:
PAA + ... ->Lipaa + h₂
Ez a reakció magyarázza a PAA-sejtek alacsonyabb első ciklusú CE-jét (~ 80%) a LIPAA sejtekhez képest (~ 84%) és a szignifikánsan hosszabb időt (~ 40 ciklus vs .<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
Új energia tob- Professzionális partneredAkkumulátoranyagok, Berendezések és gyártási vonalmegoldások .
