I . Charakteristiky a výhody spojív polyakrylátu (PAA)
Minimálny opuch v elektrolytových rozpúšťadlách: vykazuje nízky opuch, udržiavanie štrukturálnej integrity elektródových listov počas cyklov náboja/výboja .
Vysoký podiel karboxylových skupín: Vysoká hustota polárnych karboxylových skupín tvorí silné vodíkové väzby s aktívnymi materiálmi obsahujúcimi hydroxyl, čím sa zvyšuje stabilita disperzie .
Kontinuálna tvorba filmu: Vytvára jednotný film na povrchoch materiálov, zlepšuje kontakt medzi aktívnymi materiálmi a súčasnými zberateľmi .
Vynikajúca mechanická stabilita: uľahčuje ľahké spracovanie počas výroby elektród .
Vylepšená tvorba SEI a cyklistika: Vysoká koncentrácia polárnych funkčných skupín podporuje vodíkové väzby s povrchmi kremíkového materiálu a pomáha pri tvorbe stabilnej pevnej elektrolytovej interfázy (SEI) vrstvy, čo vedie k vynikajúcej životnosti cyklu .
II . Výzvy na vývoj
Konvenčné spojivo PAA (kyselina polyakrylová) pre elektródy, ktoré zvyčajne využívajú zosieťované polyméry PAA ako anódové spojivo {{}} ako vysoko molekulárny polymér, PAA ponúka vynikajúcu adhéziu, disperznú stabilitu, disperznú disperznú disonciu, a inkózne a inkózne a a stabilizuje sieťovú štruktúru v rámci siete, zaisťuje disperznú disperriu, a zaisťuje disperznú disperriu, a Rozširuje životnosť hárku elektród .
Avšak polárne funkčné skupiny uľahčujú vodíkové väzby v rámci dlhých molekulárnych reťazcov paa . To obmedzuje voľnú rotáciu reťazcov a zvyšuje ich rigiditu . V dôsledku Procesy vinutia a nakoniec obmedzenia vylepšenia elektrochemického výkonu batérie .
III . Výskumné postupy v praktických aplikáciách PAA na úrovni batérie
1. sodíka-iónové batériu tvrdé uhlíkové anódy
Výrobcovia tvrdých uhlíkových anód pre batérie sodíkových iónov (SIB) ukladajú prísne požiadavky na spojivá PAA . Vysoko flexibilné a flexibilné spojivo PAA je rozhodujúce pre ochranu štrukturálnej integrity tvrdých uhlíkových anód .
Na súčasnom trhu s tvrdými uhlíkovými anódami SIB, použitie neštandardných spojivá PAA významne zvyšuje riziko zvýšeného vnútorného odporu, negatívne ovplyvňuje účinnosť a spoľahlivosť batérie {{}} naopak, prémiové, vysoko flexibilné spojivo PAA účinne zmierňuje tieto problémy .
Elektrochemický výkon, vodivosť, prispôsobivosť životného prostredia a odolnosť proti korózii flexibilného spojiva PAA sú tiež kritickými faktormi, ktoré priamo ovplyvňujú kvalitu konečného produktu tvrdého uhlíka .
Okrem vlastných charakteristík sa praktická aplikácia do značnej miery zameriava na parametre výkonu, ako sú charakteristiky spojiva, obsah solídneho obsahu, pevnosť adhézie a úroveň pH . Tieto parametre priamo korelujú s prevádzkovou účinnosťou tvrdého uhlíka .
2. anódy založené na kremíku
Anódy lítium-iónovej batérie založené na kremíku ponúkajú špecifickú kapacitu rádovo vyššie ako konvenčný grafit ., avšak vytváranie stabilných kremíkových anód je náročné v dôsledku významných zmien objemu počas elektrochemického legovania/detailu kremínu . je v prospech pre zlepšenie kremíka {4 { Využíva väzby karboxymetylcelulózy (CMC) a Polyvinylidén fluorid (PVDF) .
Významný súbor experimentálneho výskumu naznačuje, že čistý PAA má mechanické vlastnosti porovnateľné s CMC, ale obsahuje vyššiu koncentráciu karboxylových funkčných skupín {{}}, čo umožňuje PaA pôsobiť ako spojivo pre anódy SI, dodávajúc vynikajúci výkon {}}}
Výskum ďalej demonštruje pozitívny vplyv uhlíkového povlaku na stabilitu anódy . uhlíkovo-potiahnuté anódy SI nanOpwder (testované medzi 0 {{{} 01 a 1 v vs {.} li/li+), ktoré zahŕňajú úroveň PAA na úrovni až 15%hm. Avenes na skúmanie nových spojív, ako je séria Polyvinylalkohol (PVA).
Zosieťovanie PAA s inými materiálmi predstavuje nový vývojový smer, vrátane spojovacích spojov AA-CMC, zosieťované spojivá PAA-PVA, PAA-Pani (Polyaniline) zosieťované spojivá a spojivá EDTA-PAA .
3. pVa-g-paa (PVA-štep-paa)
Nové vo vode rozpustné spojivo, PVA-G-PAA, sa syntetizuje štepom Paa na bočné reťazce vysoko flexibilného PVA (polyvinylalkohol) . Táto funkčná modifikácia skupiny zvyšuje flexibilitu systému PAA Binder, pričom využíva vynikajúce vlastnosti adhézie PVA {{{}}}}}}
Táto voľne radikálna štepová polymerizácia zavádza elasticitu a kompenzuje štrukturálne obmedzenia čistých spojív PAA .
Počas výroby elektródových listov sa valcovanie vykonáva nepretržite pomocou rôznych tlakov valca naprieč definovanými segmentmi dĺžky hárku . Tento proces zvyšuje húževnatosť listu, minimalizuje deformáciu, zvýšenie kapacity špecifickej elektródy, zlepšenie schopnosti rýchlosti a rozširovanie životnosti cyklu batérie {{}}}
4. predbežné predpisy (LiPAA)
Aplikácia materiálov kremíka-uhlíka (SI-C) ukladá vyššie požiadavky na systémy spojiva anód a vodivých agentov . Tradičné tuhé rigidné skupiny PVDF nie sú nevhodné pre anódy SI . akrylové väzby PAA obsahujú početné karboxylové skupiny Karboxy. Si anódy ., PAA spojivá sú vysoko účinné pre anódy SI .
Štúdie naznačujú, že lítiový polyakrylát (LiPAA) prevyšuje samotný PAA, hoci základné dôvody boli nejasné . rozsiahly výskum sa uskutočnil na objasnenie mechanizmu za vynikajúcim výkonom .
Elektródy zložené z 15% nano-Si, 73% umelého grafitu, 2% uhlíkovej čiernej farby a 10% spojiva (buď PAA alebo LiPA) sa študovali {{{}} Po počiatočnom sušení, sekundárny suchý krok v {100-200 stupeň založený na lipany založený na založenej lipnici. Anódy verzus ~ 610 mah/g pre anódy založené na PAA .
Krivky výkonu cyklu plných buniek pomocou katód NMC532
Obrázok A: Bunky s spojivom LiPAA nevykazujú žiadnu významnú koreláciu medzi výkonom cyklu a sekundárnou teplotou sušenia . NMC532 katóda priniesla počiatočnú kapacitu 127 mAh/g v C/3, čo sa znížilo na ~ 91 mah/g po 90 cykloch .
Obrázok B: Bunky s spojivom PAA vykazujú jasnú závislosť od teploty sekundárneho sušenia (120 stupňov červená, 140 stupňov zlata, 160 stupňov zelená, 180 stupňov modro) {{}}, zatiaľ čo bunka SUSBRED 160 stupňov vykázala najvyššiu počiatočnú kapacitu a 120 stupňov {10 -stupňový cyklus {10.} { Sušená bunka degradovaná pomalšie, udržiavanie ~ 71 mah/g .
Coulombická účinnosť prvého cyklu (CE): Bunky LiPAA dosiahnuté ~ 84% (iba bunka LiPA 200 stupňov bola mierne nižšia pri ~ 82%) {{}} ich coulombická účinnosť sa rýchlo zvýšila na ~ 99 {. v prvých 5 cykloch . PAA bunky PAA dosiahnutá ~ 80% prvá Cycle (iba Cea Cya At At At. ~ 75%), čo vyžaduje ~ 40 cyklov na dosiahnutie 99,6% CE - výrazne pomalšie ako bunky LiPAA.
Testy pulzného výboja v 50% hĺbke vypúšťania (DOD) odhalili významne nižšiu vnútornú rezistenciu v bunkách LiPAA v porovnaní s bunkami PAA [odkazovaný obrázok nižšie], bez zjavného spojenia so sekundárnou teplotou sušenia pre LiPAA {. naopak, rezistencia na bunku PAA sa zvýšila s vyššou sekundárnou teplotou sušenia.}}}}}}}
Termogravimetrická analýza (TGA) od Kevin A . Hays [referenčný obrázok nižšie] na LiPA a PAA anódach identifikovaných dva hlavné kroky dehydratácie: 1) Odstránenie voľného vody (~ 40 stupňov), 2) Adsorbované pakuje voda medzi PAA medzi PAA. 140-208 Stupeň a LiPAA medzi stupňom 85-190, pripisovaný polymerizácii niektorých karboxylových skupín uvoľňujúcich vodu [referenčná reakcia nižšie] . Táto reakcia je menej vyslovená v LiAA, kde Li nahrádza H v ~ 80% karboxylových skupín.}}}}}}}}}}}}
Vysoko teplotná polymerizácia karboxylových skupín PAA môže oslabiť interakciu medzi PAA a SI, čo potenciálne vysvetľuje zlý výkon cyklu vysokoteplotných sušených anódov PAA . Avšak testy sily sily šupky ukázali, že zatiaľ čo adhézia PAA (PAA 3} {
Ⅳ . Záver
Táto štúdia identifikuje zlú elektrochemickú stabilitu ako kľúčový faktor obmedzujúci výkon cyklu PAA . pri nízkych potenciáloch, PAA prechádza čiastočnou konverziou na konverziuLiPAA, Generovanie plynu vodíka:
PAA + ... ->LiPAA + H₂
Táto reakcia vysvetľuje nižšie CE prvého cyklu buniek PAA (~ 80%) v porovnaní s bunkami LiPAA (~ 84%) a výrazne dlhší čas (~ 40 cyklov vs .<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
TOB Nová energia- Váš profesionálny partner vBatéria, Vybavenie a riešenia výrobnej linky .
