İkincil kaplama, lityum iyon pil ayırıcıda grafen oksidin yüzey modifikasyonunu gerçekleştirir
Lityum pillerin dört ana malzemesinden biri olan ayırıcı çok önemli bir rol oynar. Maliyeti ayrıca tüm pilin yaklaşık% 10'unu oluşturur. Diyaframın üretim süreci iki türe ayrılabilir: Şekil 1'de gösterilen ıslak yöntem ve Şekil 2'de gösterilen kuru yöntem. Yaş işlemin kuru işleme oranı yaklaşık 8: 2'dir. Lityum pillerin üretim kapasitesindeki hızlı artışla birlikte diyafram üreticileri, üretimlerini genişletmiş ve yeni üretim üsleri kurmuş, bunların arasında Enjie, Xingyuan Materials ve Cangzhou Pearl gibi diyafram liderleri, bölgesel üretim üsleri kurmak ve diyafram pazarını ele geçirmek için milyarlarca dolar harcadılar. .
Şekil 1 Islak diyafram
Şekil 2 Kuru proses diyaframı
Son zamanlarda, Güney Kore Daejeon'daki Elektronik ve İletişim Enstitüsü, bir bilimsel dergide, grafen oksidin lityum pil ayırıcılar üzerinde değiştirilmiş uygulamasının ayırıcıların çalışması için çok öğretici olduğunu yayınladı. Kore Elektronik Araştırma Enstitüsü, 1976'da kurulmuş, kar amacı gütmeyen bir kuruluştur. Çipler, bilgisayarlar ve dijital mobil sistemler gibi ileri teknoloji alanlarında benzersizdirler.
Makale, su bazlı bulamaç ve diyafram arasındaki afinite zorluğu sorununu çözmek için çok ekonomik bir işlem adımı benimser ve polar bulamaç uygulaması için çok iyi bir kılavuz sağlar.
Seperatör gözenekli yapıya sahip bir polimer filmdir.Lityum pillerde kullanıldığında yüksek termal stabiliteye, yüksek iyon geçiş hızına, lityum dendritlerin önlenmesine ve mükemmel alev geciktiriciliğine sahip olması gerekir. Basit bir diyaframın bu özelliklere aynı anda sahip olması zordur Günümüzde, diyaframı iyileştirmenin yaygın yöntemi, diyaframın yüzeyine seramik bir diyafram gibi bir kompozit malzeme eklemektir. Daldırma kaplama, elektrospinning, kaplama ve faz inversiyonu gibi diyafram birleştirme için birçok yöntem vardır. Çeşitli yöntemlerin uygulama senaryoları farklıdır ve maliyeti de farklıdır, bunlar arasında kaplama maliyeti daha düşüktür. Diyaframın katkı maddeleri de farklı işlevsel gereklilikler nedeniyle farklıdır Genel olarak, yaygın işlevsel diyaframlar, diyaframın mukavemetini artırmak için karbon kaplama tipi, metal oksit tipi veya iki kompozit tiptir.
Geleneksel diyafram, PE, PP veya ikisinin karışımından oluşur ve yüzey hidrofobik bir ortamdır. Yaygın olarak kullanılan NMP mikro-polar çözücüler, ayırıcı ile uyumlu olabilir, ancak NMP, lityum pillerin şiddetli fiyat savaşına uygun olmayan belirli bir kirliliğe ve yüksek maliyete sahiptir.Ayrıca, işlevsel nanomateryaller, polariteye nadiren eklenir. Malzeme.
Makale akıllıca ikincil kaplama yöntemini kullanıyor, biri geleneksel diyaframı grafen oksit çözeltisine batırmak, ikincisi ise grafen oksit ve silikon dioksit karışımlı bileşenleri kaplamak. Birinci kaplama, ikinci kaplama için hidrofilik bir ortam sağlar, böylece diyaframın yüzey özelliklerinin dönüşümünü tamamlar.
Deneyde kullanılan grafen, Hummers yöntemi ile hazırlandı. Kütle fraksiyonu% 0.02 olan bir grafen oksit çözeltisi hazırlandı ve çözücü olarak hacim oranı 20/1 olan bir izopropanol sulu çözeltisi kullanıldı. Kaplamadan önce 30 dakika ultrasonik dispersiyon. Geleneksel diyaframı çözelti içinde 15 ila 30 saniye bekletin ve oda sıcaklığında kurumasını bekleyin. Grafen oksit ve silikon dioksitin karıştırılmış çözeltisi, kütle oranı% 1 olan bir grafen oksit sulu çözeltisidir ve diğer bileşenler kütle oranı GO: SiO2: CMC = 100: 3: 0.08 ile eklenir, bir sıyırma bıçağı ile kaplanır ve vakum 60 kurutma. Ayırıcı yapıldıktan sonra performansını test etmek için bir düğme haline getirilir Düğmenin katodu lityum kobalt oksit ve negatif elektrot lityum metaldir. Diyaframın yüzey morfolojisi, temas açısı, iyonik iletkenliği ve elektrokimyasal performansı da karşılaştırılır.
Poliolefin ayırıcıların hidrofobikliğine esas olarak malzemenin kendisinin ve gözenekli yapısının yüzey hidrofobikliği neden olur. Diyafram yüzeyindeki düzensiz lifli yapı da hidrofobikliğe katkıda bulunur. Diyafram yüzeyindeki su ve polietilen molekülleri arasındaki temas açısı, Şekil 6'da gösterildiği gibi daha büyüktür ve Cassie-Baxter modeline uygundur, bu nedenle sulu bir bulamacın diyafram yüzeyini eşit şekilde ıslatması zordur.
Şekil 3 İlk kaplama prensibinin şematik diyagramı
Şekil 3, ilk kaplamanın adımlarını ve prensibini canlı bir şekilde göstermektedir, yani grafen oksit sulu çözeltisi diyafram üzerinde kurutulduktan sonra, diyafram katmanının nano gözeneklere sahip olmasından dolayı diyafram yüzeyinde bir grafen oksit levha tabakası oluşacaktır. Ve grafen oksit mikron boyutundadır. İzopropanol sulu çözeltisi ile PE diyaframı arasındaki temas açısı, Şekil 7'de gösterildiği gibi küçüktür. Yüzey gerilimi küçüktür ve grafen oksit çözelti içinde iyi bir şekilde dağılabilir, böylece tamamen ezilmiş grafit oksit iken ilk kaplama sorunsuz bir şekilde elde edilebilir. Olefin sulu çözeltisi, büyük bir yüzey gerilimine sahiptir ve Şekil 4 ve Şekil 5'te gösterildiği gibi kaplanamaz. Grafen oksit, çeşitli hidrofilik fonksiyonel gruplar içerir, böylece ikinci kaplamaya yardımcı olabilir.
Şekil 4 Diyafram üzerindeki grafen oksit sulu çözeltisinin kaplanması
Şekil 5 Diyafram üzerinde grafen oksit izopropanol sulu çözeltisinin kaplanması
Şekil 6 Su ve değiştirilmemiş diyafram arasındaki temas açısı
Şekil 7 Su ve modifiye diyaframın temas açısı
Grafen oksitle kaplı zarın ve modifiye edilmemiş zarın iyonik iletkenliği, EIS testini geçerek temelde değişmeden kaldı, sırasıyla 0.596 mS.cm-1 ve 0.581 mS.cm-1 idi. Grafen oksitin kendisi kusurlara sahip olduğundan ve grafen oksit tabakasının kendisi nispeten ince olduğundan, mikroskobik bir bakış açısından, grafen oksit tabakasının iyon iletimi üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur.
İkinci kaplama için karşılaştırmalı bir test gerçekleştirilmiştir İlk modifiye edilmiş diyafram sulu grafen oksit bulamacını bunun üzerine homojen bir şekilde kaplayabilirken, modifiye edilmemiş diyafram bunu yapamaz.
Bu basit ve kolay çalıştırma yöntemiyle, aynı oksitlenmiş karbon nanotüpler ve nano metalik gümüş diyafram üzerine kaplanabilir. Bu aynı zamanda işlevsel polar bulamacın değiştirilmiş ayırıcısının uygulanabilirliğini de kanıtlamaktadır.
Bir lityum iyon pil, grafen oksit ve silikon dioksit karışımı ile modifiye edilmiş bir ayırıcı kullanılarak monte edilir Ayırıcı üzerindeki kaplamanın kalınlığı 5 mikrondan azdır. Birleştirilmiş lityum iyon pilin negatif elektrodu bir lityum metal levha kullanır. Hepimizin bildiği gibi, lityum metal levhalar negatif elektrot olarak kullanıldığında, lityum pil döngü sırasında lityum dendritler üretecektir.Dendritlerin büyümesi diyaframı delecek ve pozitif ve negatif elektrotları bağlayarak pilin kısa devre yapmasına ve alev almasına neden olarak güvenlik tehlikelerine neden olacaktır. Modifiye edilmiş diyaframın yüzeyi grafen oksit pulları ile kaplanmıştır, bu da uygun bir bariyer ve koruma rolü oynar.Bir yandan, silika varlığı grafen oksit pullarının yığılmasını önleyebilir ve iyon iletiminin direncini azaltabilir. XRD ve EIS testlerinden bir nokta doğrulanabilir, diğer yandan grafen oksidin mukavemetini güçlendirerek hizmet ömrünü uzatır. Saf grafen oksit tabakalarla karşılaştırıldığında, silikon dioksitin varlığı yüzey pürüzlülüğünü artırabilir ve elektrolitin ıslanmasını ve emilmesini kolaylaştırabilir.
Birleştirilmiş lityum pil, Şekil 8'de gösterildiği gibi 1C oranında bir döngü testine tabi tutulur. 200 döngüden önce, değiştirilmiş diyaframın lityum pilinin şarjı ve deşarjı nispeten kararlıydı ve 200 döngüden sonra belirli dalgalanmalar oldu. Buna karşılık, değiştirilmemiş ayırıcıya sahip pil, 100 döngüden sonra ciddi şekilde dalgalanmaya başladı ve 220 döngüden sonra neredeyse hiç kapasite yoktu. Coulomb verimlilik diyagramı da yaklaşık bir yasayı gösterir.
Şekil 8 İki lityum pilin Döngü kapasitesi ve Coulomb verimlilik diyagramları
Diyaframın polaritesini iyileştirmeye yönelik bu araştırma yöntemi pratik öneme sahiptir, yüksek endüstriyel fizibiliteye sahiptir ve malzeme performansını önemli ölçüde geliştirir.
Ulusal elektrikli araçlar gibi enerji sektöründeki politikaların güçlü desteğiyle, lityum pillerin performansı kesinlikle yüksek güvenlik, yüksek enerji yoğunluğu ve düşük maliyet durumuna yükseltilecektir. Bu özelliklerin gerçekleştirilmesi, teknolojinin gelişmesine, malzemelerin iyileştirilmesine, karbon nanotüpler, grafen ve molibden disülfür gibi yeni malzemelerin uygulanmasına ve bilimsel ve teknolojik çalışanların çoğunun tam girdisine bağlıdır.
Referanslar
Ju Y. K. ve diğerleri, lityum ikincil pillerde fonksiyonel ayırıcılar için grafen oksit kaynaklı yüzey modifikasyonu.Sci. Rep. (2019) 9: 2464
Metin / Yığın Uzunluğu
