Construcción y verificación de las células de la moneda de baterías de ion de litio
Summary
Un protocolo para construir y poner a prueba las células de la moneda de baterías de iones de litio se describe. Los procedimientos específicos de toma de un electrodo de trabajo, la preparación de un contra-electrodo, montaje de una celda dentro de una caja de guantes y probar la celda se presentan.
Abstract
Las baterías recargables de iones de litio tienen amplias aplicaciones en la electrónica, donde los clientes siempre exigen más capacidad y mayor vida útil. Baterías de ión litio también se han considerado para ser utilizado en vehículos eléctricos e híbridos 1 o sistemas de la red eléctrica, incluso de estabilización 2. Todas estas aplicaciones simular un aumento dramático en la investigación y el desarrollo de materiales de la batería 3-7, incluyendo nuevos materiales 3,8, el dopaje 9, nanoestructuración 10-13, revestimientos o modificaciones de superficies 14-17 y aglutinantes novedosos 18. En consecuencia, un número creciente de físicos, químicos y científicos de los materiales recientemente han incursionado en esta área. Las células de la moneda son ampliamente utilizados en los laboratorios de investigación para poner a prueba los nuevos materiales de la batería, e incluso para la investigación y desarrollo que las aplicaciones de destino a gran escala y de alta potencia, las células pequeñas de monedas se utilizan a menudo para poner a prueba las capacidades y competencias de velocidad delos nuevos materiales en la etapa inicial.
En 2010, comenzó la National Science Foundation (NSF), patrocinado proyecto de investigación para investigar la superficie de adsorción y el desorden en los materiales de la batería (subvención no. DMR-1006515). En la etapa inicial de este proyecto, hemos luchado para aprender las técnicas de montaje y prueba de las células de la moneda, que no se puede lograr sin la ayuda de numerosos otros investigadores de otras universidades (a través de llamadas frecuentes, los intercambios de correo electrónico y dos visitas de campo). Por lo tanto, creemos que es beneficioso para documentar, tanto por texto y vídeo, un protocolo de montaje y prueba de una célula de la moneda, lo que ayudará a otros nuevos investigadores en este campo. Este esfuerzo representa el "mayor impacto", las actividades de nuestro proyecto de la NSF, y también ayudará a educar e inspirar a los estudiantes.
En este artículo de vídeo, se documenta un protocolo para montar una pila de botón CR2032 con una LiCoO 2 electrodo de trabajo, un electrodo contador de Li,y (la mayoría de uso general) de fluoruro de polivinilideno (PVDF) aglutinante. Para asegurarse de nuevos estudiantes a repetir fácilmente el protocolo, seguimos el protocolo lo más específico y explícito posible. Sin embargo, es importante señalar que en específico de investigación y trabajo de desarrollo, muchos parámetros adoptado aquí se puede variar. En primer lugar, se puede hacer que las células de monedas de diferentes tamaños y probar el electrodo de trabajo frente a un electrodo contador que no sea Li. En segundo lugar, las cantidades de C negro y aglutinante añadido en los electrodos de trabajo son a menudo variar para adaptarse a la finalidad particular de la investigación, por ejemplo, grandes cantidades de negro C o incluso polvo inerte se añadieron al electrodo de trabajo para probar la "intrínseca" rendimiento de 14 materiales de cátodo. En tercer lugar, aglutinantes mejores (que no sea PVDF) también han desarrollado y utilizado 18. Finalmente, otros tipos de electrolitos (en lugar de LiPF 6) también se pueden utilizar, de hecho, ciertos materiales de alto voltaje de los electrodos se requieren los usos de Electrol especialytes 7.
Protocol
Discussion
En nuestra experiencia, el paso más crítico en la preparación del electrodo de trabajo está haciendo lechadas buenos con consistencia. Como se muestra en la Figura 4, el exceso de NMP en la suspensión puede resultar en un revestimiento agrietado, mientras insuficiente NMP puede resultar en un revestimiento poroso. En el trabajo presentado aquí, CR2032 celda de moneda de los casos que son de 20 mm de diámetro se utilizan. Cabe señalar que los casos de monedas de células de diferentes tamaños se…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos el apoyo del programa de Cerámica en la División de Investigación de Materiales de los EE.UU. National Science Foundation, bajo la subvención no. DMR-1006515 (director del programa, el Dr. D. Lynnette 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 |
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