Bau und Erprobung von Knopfzellen von Lithium Ionen Batterien
Summary
Ein Protokoll zu konstruieren und zu testen Knopfzellen Lithium-Ionen-Batterien wird beschrieben. Die besonderen Verfahren zur Herstellung einer Arbeitselektrode, eine Gegenelektrode Herstellung, Montage einer Zelle in einer Glovebox und Testen der Zelle präsentiert werden.
Abstract
Wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Batterien haben breite Anwendungen in der Elektronik, wo die Kunden immer mehr Leistung und längere Lebensdauer zu verlangen. Lithium-Ionen-Batterien wurden ebenfalls berücksichtigt, um in Elektro-und Hybridfahrzeuge 1 oder sogar Stromnetz Stabilisierungssysteme 2 verwendet werden. All diese Anwendungen simulieren einen dramatischen Anstieg bei der Erforschung und Entwicklung von Batterie-Materialien 3-7, einschließlich neuer Materialien 3,8, Doping 9, 10-13 Nanostrukturierung, Beschichtungen oder Oberflächenmodifikationen 14-17 und neuartige Bindemittel 18. Folglich haben eine zunehmende Zahl von Physikern, Chemikern und Materialien Wissenschaftler vor kurzem in dieses Gebiet gewagt. Knopfzellen sind weit verbreitet in Forschungslabors verwendet werden, um neue Batterie-Materialien zu testen, auch für die Forschung und Entwicklung, dass Ziel-Groß-und High-Power-Anwendungen, kleine Münze Zellen werden oft verwendet, um die Kapazitäten und Fähigkeiten der Geschwindigkeit testenneue Materialien in der Anfangsphase.
Im Jahr 2010 haben wir begonnen, ein National Science Foundation (NSF) gefördertes Forschungsprojekt, um die Oberfläche Adsorption und Unordnung in Batterie-Materialien (Grant No. DMR-1006515) zu untersuchen. In der Anfangsphase dieses Projekts haben wir gekämpft, um die Techniken der Montage und Prüfung Knopfzellen, die nicht ohne Hilfe von zahlreichen anderen Forschern an anderen Universitäten (durch häufige Anrufe, E-Mail-Austausch und zwei Besuche vor Ort) erreicht werden kann, zu lernen. So fühlen wir, dass es nützlich ist, um zu dokumentieren, die sowohl Text und Video, ein Protokoll über die Montage und Prüfung eine Knopfzelle, die andere neue Forscher in diesem Bereich helfen. Dieser Aufwand steht für die "breiteren Auswirkungen" Aktivitäten unserer NSF-Projekt, und es wird auch dazu beitragen, aufzuklären und zu begeistern Schüler.
In diesem Video-Artikel dokumentieren wir ein Protokoll, um eine CR2032 Knopfzelle mit einer LiCoO 2 Arbeitselektrode, eine Gegenelektrode Li montieren,und (die meist üblichen) Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Bindemittel. Um sicherzustellen, dass neue Lernende ohne weiteres wiederholen Sie das Protokoll, halten wir das Protokoll als spezifische und ausdrückliche, wie wir können. Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass in spezifischen Forschungs-und Entwicklungsarbeit, viele Parameter hier angenommen variiert werden kann. Zuerst wird, kann man Knopfzellen unterschiedlicher Größe und Testen der Arbeitselektrode gegen eine Gegenelektrode, das von Li. Zweite, ergänzte die Mengen von C schwarz und Bindemittel in den Arbeitselektroden werden oft variiert, um den besonderen Zweck der Forschung entsprechen, zum Beispiel große Mengen von C schwarz oder gar inerten Pulvers wurden zur Arbeitselektrode hinzugefügt, um die "intrinsische" Performance testen von Kathodenmaterialien 14. Drittens besser Einbände (andere als PVDF) wurden ebenfalls entwickelt und verwendet 18. Schließlich können andere Arten von Elektrolyten (anstelle von LiPF 6) verwendet werden, in der Tat bestimmte Hochspannungselektrode Materialien die Verwendung von speziellen Elektrolyse erfordernYTES 7.
Protocol
Discussion
Nach unserer Erfahrung ist der wichtigste Schritt bei der Vorbereitung der Arbeitselektrode auf einem guten Schlämmen mit Konsistenz. Wie in 4 gezeigt ist, kann überschüssiges NMP in der Aufschlämmung in einem gerissenen Beschichtung führen, während ausreichend NMP in einer porösen Beschichtung führen kann. In der vorliegenden Arbeit werden CR2032 Knopfzelle Fälle, die 20 mm im Durchmesser verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass Knopfzelle Fälle von verschiedenen Größen verwendet werden k…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken für die Unterstützung durch die Keramik-Programm in der Division of Materials Research der US National Science Foundation, im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung nicht. DMR-1006515 (Programm-Manager, 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
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