I . kenmerken en voordelen van polyacrylaat (PAA) bindmiddelen
Minimale zwelling in elektrolytoplosmiddelen: vertoont lage zwelling, het handhaven van de structurele integriteit van elektrodebladen tijdens lading/ontladingscycli .
Hoog aandeel carboxylgroepen: de hoge dichtheid van polaire carboxylgroepen vormt sterke waterstofbruggen met hydroxylbevattende actieve materialen, waardoor de dispersie-stabiliteit wordt verbeterd .
Continue filmvorming: maakt een uniforme film op materiaaloppervlakken, het verbeteren van het contact tussen actieve materialen en huidige verzamelaars .
Uitstekende mechanische stabiliteit: vergemakkelijkt het gemak van verwerking tijdens de productie van elektroden .
Verbeterde SEI -vorming- en fietsprestaties: de hoge concentratie van polaire functionele groepen bevordert waterstofbinding met siliciummateriaaloppervlakken en AIDS bij het vormen van een stabiele vaste elektrolytinterfase (SEI) -laag, resulterend in superieure cyclusleven .
II . Ontwikkelingsuitdagingen
Conventionele PAA (polyacrylzuur) bindersystemen voor elektroden gebruiken meestal cross-gekoppelde PAA-polymeren als het anode-binder . Als een hoogmoleculair gewogen polymeer, biedt PAA uitstekende adhesie, dispersion-stabiliteit en corrosie-remming .} It stabiliseert de netwerkstructuur in de anodes van de anodes, de anodes van het actieve materiaal en de anodes van het actieve materiaal en de anodes van het actieve materiaal en de anodes van het actieve materiaal en de anodes van de anodes, desodes van de nodige, en de anode-structuur, en de aode-structuur van de anodes, en de anodes van de aodes, en de anodes van het actieve materiaal, en de anodes van de aodes, Breidt de levensduur van het elektrodeblad uit .
De polaire functionele groepen vergemakkelijken echter waterstofbinding binnen de lange moleculaire ketens van PAA . Dit beperkt gratis rotatie van de ketens, waardoor hun stijfheid verhoogt . bijgevolg, PAA-gebaseerde elektrode-vellen in het algemeen een slechte taaiheid. processen, en beperkt uiteindelijk verbeteringen in batterij -elektrochemische prestaties .
III . onderzoekspraktijken in praktische toepassingen van batterij-grade PAA
1. natrium-ionbatterij harde koolstofanodes
Fabrikanten van harde koolstofanodes voor natriumbatterijen (SIB's) leggen strenge vereisten op aan PAA-bindmiddelen . Een hoogwaardige, zeer flexibele PAA-binder is cruciaal voor het beschermen van de structurele integriteit van harde koolstofanodes .
In de huidige SIB -markt voor harde koolstofanode, verhoogt het gebruik van ondermaatse PAA -bindmiddelen het risico van verhoogde interne weerstand aanzienlijk, wat de batterijefficiëntie en betrouwbaarheid negatief beïnvloedt . Omgekeerd, een premium, zeer flexibel PAA -binder effectief vermindert deze problemen .
De elektrochemische prestaties, geleidbaarheid, aanpassingsvermogen van het milieu en de corrosieweerstand van het flexibele PAA -bindmiddel zijn ook kritieke factoren, die direct de kwaliteit van het uiteindelijke harde koolstofanodeproduct beïnvloeden .
Naast inherente kenmerken, richt de praktische toepassing zich sterk op prestatieparameters zoals bindmiddelkenmerken, vaste inhoud, hechtsterkte en pH -niveau . Deze parameters correleren direct met de operationele efficiëntie van de harde koolstofanode .
2. siliciumgebaseerde anodes
Op siliconen gebaseerde lithium-ionbatterijanodes bieden een specifieke capaciteit een volgorde van grootte hoger dan conventioneel grafiet . Echter, het vormen van stabiele siliciumanodes is een uitdaging vanwege aanzienlijke volumeveranderingen vanwege de elektrochemische legering/dealloying van silicon met lithium {. binder selectie en optimalisatie is vital voor het verbeteren van silicon anode. Onderzoek maakt gebruik van carboxymethylcellulose (CMC) en polyvinylideen fluoride (PVDF) bindmiddelen .
Een significant lichaam van experimenteel onderzoek geeft aan dat pure PAA mechanische eigenschappen bezit die vergelijkbaar zijn met CMC maar een hogere concentratie van carboxylfunctionele groepen bevat . Hiermee kan PAA fungeren als een binder voor si -anodes, waardoor superieure prestaties worden geleverd .
Onderzoek toont verder de positieve impact van koolstofcoating op anode-stabiliteit . koolstof-gecoate Si nanopowder anodes (getest tussen 0 .} 01 en 1 V vs . Li/li+), met behulp van PAA op niveaus als 15 wt%, tentoonstelling van de niveaus Voor het verkennen van nieuwe bindmiddelen zoals de Polyvinyl Alcohol (PVA) -serie.
Crosslinking PAA met andere materialen vertegenwoordigt een nieuwe ontwikkelingsrichting, waaronder AA-CMC verknoopte bindmiddelen, PAA-PVA verknoopte bindmiddelen, PAA-Pani (polyaniline) verknoopte bindmiddelen en EDTA-PAA-banken .
3. PVA-G-PAA (PVA-Grafted-PAA)
Een nieuw in water oplosbaar bindmiddel, PVA-G-PAA, wordt gesynthetiseerd door PAA te enten op de zijketens van zeer flexibele PVA (Polyvinyl Alcohol) . Deze functionele groepsmodificatie verbetert de flexibiliteit van het PAA Binder-systeem terwijl de uitstekende adhesie van PVA}}}}}}
Deze vrije radicale entenpolymerisatie introduceert elasticiteit, compensatie van de structurele beperkingen van pure PAA-bindmiddelen .
Tijdens de fabricage van de elektrodeblad wordt de rollende verdichting continu uitgevoerd met behulp van variërende roldrukken over gedefinieerde lengtesegmenten van het blad . Dit proces verbetert bladstaai, het minimaliseren van de vervorming, het minimaliseren van de elektrodespecifieke capaciteit, het verbeteren van de snelheidscapaciteit en het verlengen van de levensduur van de batterijcyclus .}}}}}}}}}}
4. paa prelithiation (lipaa)
The application of silicon-carbon (Si-C) materials imposes higher demands on anode binder and conductive agent systems. Traditional rigid PVDF binders are unsuitable for Si anodes. Acrylic PAA binders contain numerous carboxyl groups capable of forming hydrogen bonds with functional groups on Si surfaces, promoting SEI formation and significantly improving the cycle life van si anodes . dus zijn PAA -bindmiddelen zeer effectief voor si anodes .
Studies geven aan dat lithiumpolyacrylaat (lipaa) PAA zelf presteert, hoewel de onderliggende redenen onduidelijk waren . Uitgebreid onderzoek is uitgevoerd om het mechanisme achter LipAA's superieure prestaties . te verduidelijken .
Elektroden bestaande uit 15% nano-Si, 73% kunstmatige grafiet, 2% koolstofzwart en 10% bindmiddel (PAA of lipaa) werden bestudeerd . Na het eerste drogen werd een secundaire droogstap uitgevoerd bij 100-200 diploma uitgevoerd om het resterende vocht te verwijderen om volledig.}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} van lip}} onderzocht. Op lipaa gebaseerde anodes versus ~ 610 mAh/g voor PAA-gebaseerde anodes .
Cyclusprestatiekrommen van volledige cellen met behulp van NMC532 -kathoden
Afbeelding A: Cellen met LIPAA -bindmiddel vertonen geen significante correlatie tussen cyclusprestaties en secundaire droogtemperatuur . De NMC532 -kathode leverde een initiële capaciteit van 127 mAh/g bij C/3, die daalde tot ~ 91 mah/g na 90 cycli .}
Afbeelding B: Cellen met PAA -bindmiddel vertonen een duidelijke afhankelijkheid van secundaire droogtemperatuur (120 graden rood, 140 graden goud, groen, 180 graden blauw) . Terwijl de gedroogde PAA -cel van 160 graden de hoogste celcy's van de 120 graden de 140 graden, de 140 graden mah/g na 90 graden mah/g toonde. Gedroogde cel afgebroken langzamer, met behoud van ~ 71 mAh/g .
First-cycle Coulombic Efficiency (CE): LiPAA cells achieved ~84% (only the 200℃LiPAA cell was slightly lower at ~82%). Their Coulombic efficiency rapidly increased to ~99.6% within the first 5 cycles. PAA cells achieved ~80% first-cycle CE (only the 180℃PAA cell was Aanzienlijk lager bij ~ 75%), waarvoor ~ 40 cycli nodig zijn om 99,6% CE te bereiken - aanzienlijk langzamer dan lipaa -cellen.
Pulsafvoertests op 50% ontladingsdiepte (DoD) onthulden significant lagere interne resistentie in LIPAA -cellen in vergelijking met PAA -cellen [hieronder waarnaar wordt verwezen], zonder duidelijke link naar secundaire droogtemperatuur voor LIPAA . In tegenstelling tot de resistentie van de PAA -celbescherming brachten bedenisbaar met hogere secundaire droogtemperaturen {2.}
Thermogravimetric Analysis (TGA) door Kevin A . Hays [hieronder doorverbonden hieronder] op LIPAA en PAA Anodes identificeerden twee hoofduitzettingstappen: 1) Vrije waterverwijdering (~ 40 graden), 2) Adsorbed waterverwijdering (LIPAA ~ 75 graden, PAA ~ 125 graden) {65 graden 140-208 graad en lipaa tussen 85-190 graad, toegeschreven aan polymerisatie van sommige carboxylgroepen die water vrijgeven [hieronder waarnaar wordt verwezen] . Deze reactie is minder uitgesproken in lipaa, waarbij Li vervangt in ~ 80% van carboxylgroepen.}}.}
Hoge-temperatuur polymerisatie van PAA-carboxylgroepen kan de interactie tussen PAA en SI verzwakken, waardoor de slechte cyclusprestaties van gedroogde PAA-anodes met hoge temperatuur mogelijk worden verklaard . Maar de pelsterktetests hebben aangetoond dat, terwijl PAA-adhesie afnam met hogere drogentemperaturen, het hoger dan lipaa totale factoren, suggereren andere factoren die zijn bijgedragen aan lipaa's superieure cycle cycle cycle cycle cycle.
Ⅳ . conclusie
Deze studie identificeert een slechte elektrochemische stabiliteit als een sleutelfactor die PAA's cyclusprestaties beperkt . Bij lage potentialen ondergaat PAA gedeeltelijke conversie naarLipaaa, het genereren van waterstofgas:
PAA + ... ->Lipaa + h₂
Deze reactie verklaart het lagere CE van de eerste cyclus van PAA-cellen (~ 80%) vergeleken met LIPAA-cellen (~ 84%), en de aanzienlijk langere tijd (~ 40 cycli versus .<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
Tob nieuwe energie- Uw professionele partner inBatterijmaterialen, Apparatuur en productielijnoplossingen .
