Caratterizzazione di batterie agli ioni di litio con il metodo PeakForce TONNO

Di Editors AZoNano

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Introduzione

Leggero batterie agli ioni di litio con i loro alta densità di energia sono diventati parte integrante di quasi tutti i dispositivi elettronici di consumo. Questo dispositivo di accumulo dell'energia trova la sua ultima applicazione nei veicoli in esecuzione. Tuttavia, solo circa il 10% della capacità teorica di batterie agli ioni di litio è in grado di essere sfruttati. Quindi, più ricerca si sta facendo per migliorare la formulazione e la strutturazione del anodo e catodo materiali, durata e costi, la chimica dei materiali e le caratteristiche di sicurezza. L'elettrodo della batteria è costruito da micrometro vincolante ai materiali dimensioni nanometriche uso di additivi e lasciando spazio in movimento per gli ioni di litio. L'utilizzo di nanomateriali legati in un modo così ha vantaggi quali la capacità della batteria maggiore e ad alto tasso di carica e scarica. Il TONNO PeakForce metodo può essere utilizzato per la caratterizzazione delle batterie al litio, come spiegato nelle sezioni successive.

Caratterizzazione di batterie agli ioni di litio

I materiali utilizzati come catodo nelle batterie agli ioni di litio sono per lo più materiali compositi, come ad esempio L333 - Li [Ni _{1 / 3} Mn _{1 / 3} Co _{1 / 3]} O _2. La L333 particelle sono legate tra loro con fluoruro di polivinile (PVDF) e per migliorare la conduttività elettronica, acetilene nero (AB) è anche aggiunto. Al fine di visualizzare la distribuzione dei componenti e di caratterizzare la rete conduttore che collega il L333 particelle, il TONNO PeakForce metodo è stato impiegato. La topografia ha mostrato la grandezza approssimativa di L333 particelle da 3 a 15μm e quella delle particelle PVDF e AB come 50nm. Inoltre, ci sono stati due strati di conducibilità, con la L333 particelle che non sono stati coperti da AB + PVDF che costituiscono lo strato inferiore conduttivo. Gli strati di coperte di PVDF e AB formata la band più conduttivo. PVDF di per sé non è un buon conduttore, solo se miscelato con AB fa condotta, che è dovuto al nanoparticelle di collegamento tra di loro. Gli strati condurre anche visualizzato minore elasticità e adesione. La scoperta L333 strati sono separati elettricamente dall'elettrodo e quindi non contribuiscono alla potenza della batteria. La mappa attuale dei dati ha due picchi - uno formato da L333 e un altro di PVDF + AB - e la rete conduttiva copre il 56% di area nella mappa.

Figura 1. PF-TONNO immagini di una batteria Li [Ni _{1 / 3} Mn _{1 / 3} Co _{1 / 3]} O ₂ catodo composito, sulla riga in alto sono topografia, DMT modulo, adesione e le mappe attuali. La sovrapposizione di una mappa in corso sulla topografia è indicato nella riga inferiore. Le immagini sono state scattate in una dimensione AFM ICON in condizioni ambientali, con una sonda DDESP (costante della molla è stato calibrato per essere 93N / m), la scansione 50ìm ad un bias campione DC 500mV. Per gentile concessione del Dott. Zheng campione e Battaglia, Lawrence Berkeley National Laboratory.

PVDF + AB Ottimizzazione contenuto in Lini _0,8 Co _{0,15 0,05} Al O ₂ catodo

Un altro materiale catodico composto, Linca (Lini _0,8 Co _{0,15 0,05} Al O ₂₎ è stato sperimentato per migliorare le prestazioni delle batterie agli ioni di litio. Utilizzando TONNO PeakForce , l'effetto sulle caratteristiche del composito variando PVDF + AB contenuto è stato studiato. Figura 9 mostra i risultati dell'esperimento ha variando il PVDF + AB contenuto del 3,2%, 12,8% e il 24%. Il rapporto di PVDF per AB è stata 1:0.6.

Figura 2. Analisi dei cuscinetti delle mappe di corrente (non mostrato) di Lini _0,8 Co _{0,15 0,05} Al O ₂ catodo composti contenenti 3,2%, 12,8% e il 24% PVDF + AB. Per gentile concessione del Dott. Zheng campione e Battaglia, Lawrence Berkeley National Laboratory.

È stato osservato che l'aumento di conducibilità era proporzionale alla quantità di AB + PVDF. Quando 12,8% del PVDF + AB è stato aggiunto, la copertura di rete conduttivo quasi completato.

Figura 3. Plot della copertura di rete conduttivi e conducibilità media (a) e medio modulo elastico (b) più di 50 micron area di scansione in funzione del contenuto percentuale di PVDF + AB in Lini _0,8 Co _{0,15 0,05} Al O ₂ composito sullo stesso campioni utilizzati nella Figura 2.

Conduttività aumenta con la resistenza interna della batteria si riduce, quindi la densità di potenza della batteria è anche aumentato. Un'altra osservazione è che il modulo elastico del catodo è diminuita con aumento del contenuto di PVDF + AB. Questo implicava che il catodo è diventato più accomodante per variazioni di volume che si sono verificati quando gli ioni di litio è entrato il catodo. Le misure diverse dalla TONNO PeakForce insieme ad altri studi possono dare il giusto cammino verso l'ottimizzazione dell'applicazione della batteria al litio.

Conclusioni

Per riassumere, TONNO PeakForce costituisce un metodo efficace per studiare i materiali catodici della batteria al litio. Questa tecnica può essere applicata anche allo studio dei materiali anodo e determinare le loro caratteristiche di invecchiamento nel tempo o durante il ciclo di carica e scarica, durante i quali la degradazione meccanica o aumento della resistenza può accadere. TONNO PeakForce misure combinate con i dati di altre tecniche possono essere utilizzate per ottimizzare risultati per soddisfare le diverse esigenze applicative.

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