LFP バッテリーの性能に対する NMP 濃度の影響

リン酸鉄リチウム (LiFePO4) 正極 電極材料油性スラリーは通常Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）を使用し、 溶媒としてジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミドを使用しているため、次のような問題があります。 溶剤回収の困難さ、大量使用、環境汚染などが挙げられます。 LiFePO4 正極材料の水系スラリーには脱イオン水を使用します。 環境に優しく、低コストであるが、水ベースの溶剤 バインダー正極シートは柔軟性が低い、弱いなどの問題がある 活物質の付着と電気化学的性能の低下。この中で 紙、NMP添加量の異なる正極シートを作製 正極の性能に対する NMP の影響を研究する準備ができています 水性バインダー LA132 を使用して作成されたシート。

実験

水性バインダー LA132、超電導 カーボンブラック、脱イオン水、LiFePO4を一括してスラリー状に調製 比率は 2.5:2.5:50:40 です。 0、1%、2%、および 3% NMP、A、B、C、D の番号が付けられています。正極をカレンダー加工します。乾燥中 正極を真空中で100℃で24時間放置 水分とNMPを除去し、活物質を含む正極を除去 含有量95％を用意しました。それを直径20mmの円盤状に切ります。 CR2016を組み立てる リチウム金属シート負極付きコイン電池、1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (体積比 1:1:1) 電解液、微多孔性ポリプロピレンセパレーター、乾燥アルゴンガス中 グローブボックスを満たした。

まず、A、B、C、D 電極を曲げます シートを 180 度回転させ、電極シートの接着力をテストします。 引張試験機。次に、電極シートの靭性試験を実行します。 靭性試験機による（シャフトロッドの直径は1、2、3、4、6、8、 それぞれ10mm、10mm)、表面に亀裂がないか観察します。 巻回後の電極シートの状態。バッテリーの充放電テスト 電流密度は0.1C、試験電圧は2.5~3.5Vです。

結果と考察

図 1 は接着力の試験図です 180°曲げた LiFePO4 電極の。それは可能です 図1から電極の密着性が大幅に向上していることがわかります。 NMPの添加により密着性が向上しました。 電極の高さは添加した NMP の量に比例します。接着はバンの一種です デアワールス力。これは分子間の相互作用に依存します。

LiFePO4の製造工程中 電極シートの場合、電極シートは必ず接触します。 空気中の酸素。加熱プロセス中、加熱された電極シートは 酸素と反応して酸性基を形成します。酸性基には電子が欠けており、 水性バインダー中の (-CN) と弱い分子間水素結合を形成します。 スラリーのチクソ性が変化し、流動性が低下し、ムラが発生します。 スラリーコーティング。 NMP を添加すると、電極上の酸性基が中和されます。 シート。電極表面での電子の損失を減らすことができます。 シート間の密着性を高め、スラリーのチキソトロピー性を防止します。 バインダーと集電体。正極スラリーが均一に 分散され流動性が向上し利用率が向上します。 スラリーと電極シートの分離。したがって、 電子豊富な溶媒 NMP はバッテリーの性能を向上させることができます。

表 1 に、次の結果を示します。 4種類の電極シートの柔軟性試験。図 1 を観察すると、次のことがわかります。 直径6mmの針を巻いた際に表面にクラックが発生しているのが確認されました。 正極Aを試験し、直径1mmの巻針を巻いたとき 試験の結果、電極 B ～ D には表面亀裂はありませんでした。ことがわかります。 最も柔軟性が劣るのは純水ベースの正極シートです。 準備中にひび割れ、破損、破れが発生しやすい。 NMP の追加 電極シートの柔軟性を向上させ、利用率を高めます。 電極シートの比率。 LA132 バインダーのラテックス粒子は強力です 分子間力が強く、ねじり能力が低い極性ポリマー、および 電極シートが破れやすいです。 NMPの添加により、 LA132バインダーのラテックス粒子が増加し、撚り能力が向上します。 増加すると分子鎖の回転能力が低下し、柔軟性が低下します。 電極シートの性能が向上します。

表 2 に電気化学的特性を示します。 電極シートの性能試験結果です。初回放電比容量、充放電の値 効率、放電中央電圧、定電流比は基本的に 同じ。これは、NMP の添加が放電に影響を及ぼさないことを示しています。 正極の容量と充放電特性 正極シートの活物質

図 2 ～ 4 に関係を示します 定電流比、定格放電比容量、放電間 4枚の電極シートの中間電圧とNMP添加量。

図 2 から、以下のことがわかります。 同じテスト条件、4 つの充電定電流比 バッテリーはすべて 98.2% 以上です。図 3 と 4 から、次のことがわかります。 同じ電極シートの放電比容量と中間電圧 放出率の増加とともに減衰し続けます。

放電容量と中間電圧 電極 A と B の電流は、異なる放電速度でも基本的に同じです。として 放電率が増加すると、中央電圧と放電容量が増加します。 電極 C と D は徐々に増加します。 NMP が追加されると、 濃度が 1% 以下の場合、定格放電性能は低下します。 バッテリーには影響しません。 NMPを以上の濃度で添加した場合 1%、NMP は正極の放電容量と中央電圧に影響を与えます。

図 5 はサイクル性能曲線を示しています 4種類のバッテリーの中から。図 5 を観察すると、次のことがわかります。 充放電サイクルの開始、容量減衰傾向 電極シートAと電極シートBは同様であり、容量は減衰します。 電極シートCと電極シートDの傾向は同様ですが、 電極シートＣと電極シートＤの減衰率が大きい。として サイクルが継続すると、電極シート A、C、D の劣化が加速し、 電極シート B の減衰速度は基本的に変化しません。最後のバッテリー 容量維持率は電極シートDï=C=A=Bです。これは、NMP の量が増加すると、 添加量が1％未満であるとサイクル特性の向上に有利です。 NMP の添加量が 1% を超えると、バッテリーのサイクルが バッテリーの特性に影響を与えます。

結論

正極の密着性 NMPを添加することでシートの密着性が向上し、徐々に粘着力が増します。 NMPの添加量が増加。 NMP を添加すると、酸性基が 電極は中性化され、電極上の電子の損失を減らすことができます。 電極表面のスラリーのチキソトロピー性を高め、 バインダーと集電体を接着して正極を作ります スラリーが均一に分散され、流動性が向上し、 スラリーと電極の利用。 NMPの添加量が 1%未満であれば、バッテリーの定格放電性能には影響しません。 電池のサイクル特性を向上させることができます。ただし、 NMPの添加量が1%を超えると、NMPは放電容量に影響を与えます。 正極電圧と中間電圧を低減し、サイクルを短縮します。 バッテリーの特性