Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.
Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.
लिथियम आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण उपकरणों 1-4 की बढ़ती जरूरतों को पूरा करने के लिए एक आशाजनक स्रोत का प्रतिनिधित्व करते हैं। LIBS की क्षमता में सुधार केवल बिजली के वाहनों 5,6 के प्रभावी रेंज में सुधार, लेकिन यह भी बदले में ग्रिड ऊर्जा भंडारण अनुप्रयोगों 7 में उपयोग के लिए LIBS की व्यवहार्यता बढ़ जाती है जो मुक्ति की गहराई को कम करने के द्वारा अपने जीवन चक्र में सुधार नहीं होगा।
मूल रूप से 1970 के दशक के 8 में एड्स सुनवाई के लिए इस्तेमाल किया, सिक्का कोशिकाओं आज आमतौर पर नए और मौजूदा इलेक्ट्रोड सामग्री के विकास और मूल्यांकन में इस्तेमाल कर रहे हैं। बैटरी के लिए छोटी सी फार्म कारकों में से एक के रूप में, इन कोशिकाओं को एक शैक्षिक अनुसंधान सेटिंग में बैटरी बनाने के लिए एक सरल और प्रभावी तरीके से प्रतिनिधित्व करते हैं। एक ठेठ लिथियम-आयन बैटरी एक कैथोड, एनोड, वर्तमान कलेक्टरों, और एनोड और कैथोड के shorting रोकता है कि एक झरझरा विभाजक के होते हैं। एक लिथियम आयन बैटरी के आपरेशन के दौरान, आईओएनएस और इलेक्ट्रॉनों मोबाइल हैं। निर्वहन के दौरान, आयनों झरझरा विभाजक के माध्यम से नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) से और सकारात्मक इलेक्ट्रोड, या कैथोड में यात्रा करते हैं। इस बीच, इलेक्ट्रॉनों अंत में कैथोड पक्ष पर आयनों के साथ पुनर्संयोजन, बाहरी सर्किट के पार, वर्तमान कलेक्टर के माध्यम से यात्रा करते हैं। आयन और इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के साथ जुड़े किसी भी प्रतिरोध को कम करने के लिए, घटकों के ठीक से उन्मुख होने की जरूरत है – दूरी आयनों पर्यटन को कम से कम किया जाना चाहिए। आमतौर पर इन घटकों को एक "सैंडविच" विन्यास संयुक्त रहे हैं। बिजली के वाहनों, सेल फोन, और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में इस्तेमाल बैटरी spirally घाव या मुड़ा, बैटरी के फार्म का कारक पर निर्भर कर रहे हैं कि बड़े सैंडविच से मिलकर बनता है। कोशिकाओं के इन प्रकार के उच्च लागत वसूल बिना छोटे पैमाने पर निर्माण करने के लिए बहुत मुश्किल हो सकता है। हालांकि, एक सिक्का सेल में कोशिका के भीतर केवल एक ही सैंडविच है। विशेष उपकरणों इलेक्ट्रोड बनाने के लिए भी आवश्यक है, हालांकि मैं एन सिक्का कोशिकाओं, खुद को जल्दी से एक नियंत्रित वातावरण में हाथ से इकट्ठा किया और सील किया जा सकता कोशिकाओं।
बैटरी के प्रदर्शन, प्रकार की परवाह, सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट की पसंद है, और सेल वास्तुकला 4,9-13 कि फार्म सामग्री पर निर्भर है। एक ठेठ उदारीकरण इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री, प्रवाहकीय additive, बहुलक बांधने की मशीन, और एक इलेक्ट्रोलाइट से भर जाता है कि शून्य अंतरिक्ष ली युक्त का एक संयोजन से बना है। – अक्सर कम ध्यान दिया जाता है कि एक कदम शुष्क पाउडर मिश्रण, गीला मिश्रण, सब्सट्रेट तैयारी, फिल्म आवेदन, और सुखाने: इलेक्ट्रोड प्रसंस्करण पांच मुख्य चरणों में आयोजित किया जा सकता है। इन प्रसंस्करण कदम का उपयोग कर एक इलेक्ट्रोड का उत्पादन करते हैं, अंत लक्ष्य सक्रिय सामग्री, प्रवाहकीय additive, बांधने की मशीन से मिलकर एक वर्दी इलेक्ट्रोड फिल्म को प्राप्त है। यह समान वितरण LIBS 14-18 के अनुकूलतम प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है।
NT "> इस गाइड नए और मौजूदा इलेक्ट्रोड सामग्री के मूल्यांकन के लिए सिक्का कोशिकाओं का निर्माण करने के लिए ऊर्जा और परिवहन विज्ञान प्रयोगशाला में टेक्सास ए एंड एम (ETSL) पर और टेक्सास राज्य विश्वविद्यालय में उपयोग किया कदम का प्रतिनिधित्व करता है। कई स्रोतों में दस्तावेज पाया बुनियादी कदम से परे , हम अक्सर इसी तरह के तरीकों के दस्तावेज और कई प्रकाशनों के बाहर छोड़ दिया जाता है कि महत्वपूर्ण जानकारी टिप्पण, महत्वपूर्ण कदम पर हमारी अपनी विशेषज्ञता को शामिल किया है। इसके अतिरिक्त, हमारी प्रयोगशाला में उपयोग प्राथमिक शारीरिक और विद्युत तरीकों (galvanostatic साइकिल और विद्युत प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी (EIS)) भीतर स्पष्ट कर रहे हैं।गीला मिश्रण चरणों के अनुकूलन जो प्रभावों इलेक्ट्रोड की एकरूपता और आसंजन घोल चिपचिपापन और कोटिंग की क्षमता है, के लिए महत्वपूर्ण हैं। यहां एक उच्च कतरनी मिश्रण विधि विलायक, Additive, बांधने की मशीन, और सक्रि?…
The authors have nothing to disclose.
इस काम के लिए आर्थिक रूप से टेक्सास ए एंड एम विश्वविद्यालय के संकाय अनुसंधान दीक्षा अनुदान (मुखर्जी) और टेक्सास राज्य विश्वविद्यालय शुरू हुआ धन (रोड्स) द्वारा समर्थित है।
LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1) | Targray | PLB-H1 | |
CNERGY Super C-65 | Timcal | ||
Polyvinylidene Difluoride (PVDF) | Kynar | Flex 2801 | |
1-Methyl-2-pyrrolidinone anhydrous, 99.5% NMP | Sigma-Aldrich | 328634 | |
1.0 M LiPF6 in EC/DEC (1:1 by vol) | BASF | 50316366 | |
Celgard 2500 Separator | MTI | EQ-bsf-0025-60C | 25um thick; Polypropylene |
Aluminum Foil | MTI | EQ-bcaf-15u-280 | |
Lithium Ribbon | Sigma Aldrich | 320080 | 0.75 mm thickness |
2-Propanol, ACS reagent, ≥99.5% | Sigma Aldrich | 190764 | |
Acetone, ACS reagent, ≥99.5% | Sigma Aldrich | 179124 | |
Stainless Steel CR2032 Coin Cell Kit | Pred Materials | case, cap, and PP gasket | |
Stainless Steel Spacer | Pred Materials | 15.5 mm diameter x 0.5 mm thickness | |
Stainless Steel Wave Spring | Pred Materials | 15 mm diameter x 1.4 mm height | |
Analytical Scale | Ohaus | Adventurer AX | |
Agate Mortar and Pestle | VWR | 89037-492 | 5 inch diameter |
Tube Drive | IKA | 3645000 | |
20 ml Stirring Tube | IKA | 3703000 | |
Glass balls | McMaster-Carr | 8996K25 | 6 mm diameter |
Automatic Film Applicator | Elcometer | K4340M10- | |
Doctor Blade | Elcometer | K0003580M005 | |
Die Set | Mayhew | 66000 | |
Vacuum Oven | MTI | ||
Vacuum Pump | MTI | ||
Laboratory Press | MTI | YLJ-12 | |
Hydraulic Crimper | MTI | MSK-110 | |
Glovebox | MBraun | LABstar | |
Battery Cycler | Arbin Instruments | BT2000 | |
Potentiostat/Galvanostat/EIS | Biologic | VMP3 |