Bygging og testing av Knappcelle av litium ion-batterier
Summary
En protokoll for å konstruere og teste Knappcelle av litium ion-batterier er beskrevet. De spesifikke prosedyrer for å lage en fungerende elektrode, forbereder en teller elektrode, montering en celle i en hanskerommet og testing cellen blir presentert.
Abstract
Oppladbare lithium ion batterier har brede programmer i elektronikk, der kundene alltid kreve mer kapasitet og lengre levetid. Lithium ion-batterier har også blitt vurdert å bli brukt i elektriske og hybrid biler 1 eller enda strømnettet stabiliseringsoperasjoner systemer 2. Alle disse programmene simulere en dramatisk økning i forskning og utvikling av batteri materialer 3-7, inkludert nye materialer 3,8, doping 9, nanostrukturering 10-13, belegg eller overflate modifikasjoner 14-17 og romanen permer 18. Følgelig har et økende antall fysikere, kjemikere og materialer forskere nylig våget seg inn på området. Coin celler er mye brukt i forskningslaboratorier for å teste nye batteri materialer, selv for forskning og utvikling som mål store og kraftige programmer, blir liten mynt cellene ofte brukt for å teste kapasitet og hastighet mulighetene inye materialer i den innledende fasen.
I 2010 startet vi en National Science Foundation (NSF) sponset forskningsprosjekt for å undersøke overflaten adsorpsjon og disordering i batteriet materialer (Grant nei. DMR-1006515). I den innledende fasen av dette prosjektet, har vi kjempet for å lære teknikker for montering og testing mynt celler, som ikke kan oppnås uten en rekke hjelp av andre forskere i andre universiteter (gjennom hyppige samtaler, e-post utveksling og to befaringer). Dermed føler vi at det er gunstig å dokumentere, både tekst og video, en protokoll for montering og testing av en mynt celle, som vil hjelpe andre nye forskere på dette feltet. Dette arbeidet representerer "Bredere impact" aktivitetene våre NSF prosjekt, og det vil også bidra til å utdanne og inspirere studenter.
I denne videoen artikkelen, dokumentere vi en protokoll for å sette sammen en CR2032 mynt celle med en LiCoO à jobber elektrode, et Li teller elektrode,og (den mest brukte) polyvinylidene fluorid (PVDF) bindemiddel. For å sikre nye elever til lett gjenta protokollen, holder vi protokollen som konkret og tydelig som vi kan. Det er imidlertid viktig å merke seg at i konkrete forsknings-og utviklingsarbeid, mange parametere vedtatt her kan varieres. Først kan man lage mynt celler i ulike størrelser og teste jobbe elektroden mot en disk elektrode annet enn Li. Second, lagt til mengder C svart og bindemiddel i de arbeidende elektrodene er ofte varierte å passe bestemt formål av forskning, for eksempel, ble store mengder C svart eller inert pulver lagt til arbeiderklassen elektroden til å teste den "indre" ytelse av katoden materialer 14. Tredje, bedre bindemidler (annet enn PVDF) har også utviklet og brukt 18. Endelig kan andre typer elektrolytter (i stedet for LiPF 6) også brukes, faktisk, vil visse høyspente elektroder materialer krever bruk av spesielle electrolytes 7.
Protocol
Discussion
Etter vår erfaring er det mest kritiske trinnet i utarbeidelsen av arbeids elektroden lage gode slam med konsistens. Som vist i figur 4, kan overskytende NMP i slurry resultere i en sprukket belegg, mens utilstrekkelig NMP kan resultere i en porøs overflate. I arbeidet presenteres her, er CR2032 mynt celle saker som er 20 mm i diameter brukt. Det bør bemerkes at klokkebatteri tilfeller av forskjellige størrelser kan brukes, der elektroden størrelsene bør varieres deretter. Under celle montering, a…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi ønsker å takke for støtten fra Keramikk programmet i Divisjon for Materials Research av US National Science Foundation, under tilskuddet nei. DMR-1006515 (program leder, Dr. Lynnette D. Madsen).
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number |
| Poly(vinylidene fluoride) | Sigma-Aldrich | 182702 |
| 1-Methyl-2-pyrrolidinone, 99.5% | Alfa Aesar | 31903 |
| LiCoO2 | Alfa Aesar | 42090 |
| Carbon black, acetylene, 99.9+% | Alfa Aesar | 39724 |
| LiPF6 in EC:DMC:DEC | MTI Corporation | EQ-Be-LiPF6 |
| Celgard separator | Celgard | C480 |
| Analog Vortex Mixer | VWR | 58816-121 |
| Vacuum oven | ||
| Vacuum pump | ||
| Hydraulic press | ||
| Coin cell case | MTI Corporation | EQ-CR2032-CASE-304 |
| Spring and spacer | MTI Corporation | EQ-CR20SprSpa-304 |
| Glovebox | mBraun | UNILAB |
| Battery tester | Arbin Instruments | BT2143 |
References
- Cairns, E. J., Albertus, P. Batteries for Electric and Hybrid-Electric Vehicles. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 1, 299-320 (2010).
- Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. -. M. Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices. Science. 334, 928-935 (2011).
- Goodenough, J. B. Cathode materials: A personal perspective. J. Power Sources. 174, 996-1000 (2007).
- Yamada, A., Chung, S. C., Hinokuma, K. Optimized LiFePO4 for lithium battery cathodes. Journal of the Electrochemical Society. 148, A224-A229 (2001).
- Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode materials. Chemical Reviews. 104, 4271-4301 (2004).
- Tarascon, J. M., Armand, M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature. 414, 359-367 (2001).
- Goodenough, J. B., Kim, Y. Challenges for Rechargeable Li Batteries. Chemical Materials. 22, 587-603 (2010).
- Ceder, G. Identification of cathode materials for lithium batteries guided by first-principles calculations. Nature. 392, 694-696 (1998).
- Chung, S. Y., Bloking, J. T., Chiang, Y. M. Electronically conductive phospho-olivines as lithium storage electrodes. Nature Materials. 1, 123-128 (2002).
- Bruce, P. G., Scrosati, B., Tarascon, J. M. Nanomaterials for rechargeable lithium batteries. Angewandte Chemie-International Edition. 47, 2930-2946 (2008).
- Arico, A. S., Bruce, P., Scrosati, B., Tarascon, J. M., Van Schalkwijk, W. Nanostructured materials for advanced energy conversion and storage devices. Nature Materials. 4, 366-377 (2005).
- Hochbaum, A. I., Yang, P. D. Semiconductor Nanowires for Energy Conversion. Chemical Reviews. 110, 527-546 (2010).
- Wang, Y., Cao, G. Z. Developments in nanostructured cathode materials for high-performance lithium-ion batteries. Advanced Materials. 20, 2251-2269 (2008).
- Kang, B., Ceder, G. Battery materials for ultrafast charging and discharging. Nature. 458, 190-193 (2009).
- Liu, J., Manthiram, A. Improved Electrochemical Performance of the 5 V Spinel Cathode LiMn1.5Ni0.42Zn0.08O4 by Surface Modification. Journal of the Electrochemical Society. 156, A66-A72 (2009).
- Kayyar, A., Qian, H. J., Luo, J. Surface adsorption and disordering in LiFePO4 based battery cathodes. Applied Physics Letters. 95, (2009).
- Sun, K., Dillon, S. J. A mechanism for the improved rate capability of cathodes by lithium phosphate surficial films. Electrochemistry Communications. 13, 200-202 (2011).
- Kovalenko, I. A Major Constituent of Brown Algae for Use in High-Capacity Li-Ion Batteries. Science. 333, 75-79 (2011).
