Costruzione e collaudo di Pile Batterie agli ioni di litio
Summary
Un protocollo per costruire e testare batterie a bottone di batterie agli ioni di litio viene descritto. Le specifiche procedure di realizzazione di un elettrodo di lavoro, preparando un controelettrodo, assemblando una cella all'interno di un portaoggetti e verifica della cella sono presentati.
Abstract
Le batterie ricaricabili agli ioni di litio hanno applicazioni ampie in elettronica, in cui i clienti richiedono sempre più capacità e una maggiore durata. Batterie agli ioni di litio sono stati considerati per essere utilizzato in veicoli elettrici ibridi e 1 o addirittura elettrici sistemi di stabilizzazione della griglia 2. Tutte queste applicazioni simulare un drammatico aumento nella ricerca e nello sviluppo di materiali batteria 3-7, compresi i materiali nuovi 3,8, il doping 9, nanostrutturazione 10-13, rivestimenti o modificazioni superficiali 14-17 e 18 nuovi leganti. Di conseguenza, un numero crescente di fisici, chimici e scienziati dei materiali hanno recentemente avventurato in questa zona. Pile sono ampiamente utilizzati nei laboratori di ricerca per testare i materiali della nuova batteria, anche per la ricerca e sviluppo che le applicazioni di destinazione su larga scala e ad alta potenza, batterie a bottone di piccole dimensioni sono spesso usati per testare le capacità e le capacità di tasso dinuovi materiali nella fase iniziale.
Nel 2010, abbiamo iniziato un National Science Foundation (NSF), patrocinata progetto di ricerca per studiare la superficie di assorbimento e disordinando in materiali della batteria (concessione n. DMR-1006515). Nella fase iniziale di questo progetto, abbiamo lottato per apprendere le tecniche di assemblaggio e collaudo batterie a bottone, che non possono essere raggiunti senza l'aiuto di numerosi altri ricercatori in altre Università (attraverso chiamate frequenti, scambi e-mail e due visite in loco). Pertanto, riteniamo che sia utile per documentare, per testo e video, un protocollo di assemblaggio e collaudo di una cella moneta, che aiuterà gli altri nuovi ricercatori in questo campo. Questo sforzo rappresenta i "più ampia" Impact attività del nostro progetto NSF, ed aiuterà anche ad educare e ispirare gli studenti.
In questo articolo video, documentare un protocollo di montare una batteria CR2032 moneta con un elettrodo di 2 LiCoO di lavoro, un elettrodo contatore Li,e (la maggior parte comunemente usato) polivinilidenfluoruro (PVDF) legante. Al fine di garantire nuovi discenti per ripetere facilmente il protocollo, manteniamo il protocollo il più specifico ed esplicito possibile. Tuttavia, è importante notare che nella ricerca e sviluppo specifico, molti parametri adottato qui può essere variata. In primo luogo, si possono rendere le cellule monete di diverse dimensioni e testare l'elettrodo di lavoro contro un contro elettrodo diverso Li. In secondo luogo, le quantità di nero e C legante aggiunto in gli elettrodi di lavoro sono spesso adattate alle particolare scopo di ricerca, ad esempio, grandi quantità di C nero o addirittura polvere inerte sono stati aggiunti l'elettrodo di lavoro per verificare l'efficacia "intrinseca" di materiali catodici 14. Terzo, leganti meglio, diversi PVDF) hanno sviluppato e utilizzato 18. Infine, altri tipi di elettroliti (invece di LiPF 6) può anche essere utilizzato, infatti, alcuni alta tensione materiali elettrodici richiederà gli usi di electrol specialeYtes 7.
Protocol
Discussion
Nella nostra esperienza, la fase più critica nella preparazione dell'elettrodo di lavoro sta facendo impasti con buone consistenza. Come mostrato in Figura 4, NMP eccesso nello slurry può risultare in un rivestimento cracking, mentre insufficiente NMP può risultare in un rivestimento poroso. Nel lavoro presentato qui, CR2032 casi a bottone che sono 20 mm di diametro vengono utilizzati. Va notato che i casi monete cellule di diverse dimensioni possono essere utilizzati, quando le dimensioni degli …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Riconosciamo con gratitudine il sostegno del programma Ceramica nella divisione di materiali di ricerca della US National Science Foundation, con la concessione n. DMR-1006515 (program manager, il dottor 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).
