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Jeff Dahn手把手教你做扣电:学术研究全扣电制作指南

Jeff Dahn手把手教你做扣电:学术研究全扣电制作指南

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      为了评估正极材料的性能,学术研究中多制作正极/Li片半扣电进行评估。但正极/Li片半扣电有两个显著的缺点:(1)Li片能提供富足的Li+,会一定程度掩盖真实电池的副反应,导致扣电结果和真实电池结果偏差较大;(2)无法评估真实电池中正极和负极的相互作用。为此,Jeff Dahn组提出直接制作正极/石墨全扣电,并为此提供了详细的制作指南,详见A Guide to Full Coin Cell Making for Academic Researchers. Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (2): A329-A333.

【 图文浅析 】

Jeff Dahn手把手教你做扣电:学术研究全扣电制作指南

      图1. NMC622/石墨全扣电制作示意图:(a)两层Celgard隔膜;(b)单层BMF隔膜。

      实验对比了两种方法制备NMC622/石墨全扣电性能,两种方法的制作过程分别如图1a和图1b所示。两种方法的区别在于所使用的隔膜不同,一种使用的是双层Celgard隔膜,一种使用单层BMF隔膜。实验所用的正极和负极均从小软包电池拆解得到,冲压后极片面积相同。电解液溶剂选用的是EC/DEC。电解液分步滴加,具体详见原文。

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      图2. 按照传统方法制作三组NMC622/石墨全扣电结果。电池1/5 C化成,1/3 C电流在30 ℃、3.0-4.3 V进行循环测试。

      首先,作者按照传统方法制备了三组NMC622/石墨全扣电并进行了循环测试。如图3所示,三组电池的循环性能差异很大,拆解后发现第Ⅱ组和第Ⅲ组正负极没有对好发生了析锂(图中绿色箭头所指)。反复制作发现正负极不能对好的原因出在弹簧片和不锈钢隔板,传统扣电制作多使用镊子夹住弹簧片和不锈钢隔板的一端放在极片上。由于手法的原因弹簧片和不锈钢往往以一定的角度接触极片,就是该角度导致正负极不能对好(是不是有点懵?)。为此,作者提出使用真空笔来解决以上问题。

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      图3. 按传统方法和使用真空笔制作的NMC622/石墨全扣电循环性能对比。黑色圆圈代表传统制作,绿色圆圈为使用真空笔制作。

      图3是按传统方法和使用真空笔制作的全扣电循环性能对比。不难看出使用真空笔代替传统方法用的镊子后,全扣电的循环性能显著提升。有没有很神奇的感觉?!

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      图4. 使用双层Celgard隔膜(a)和单层BMF隔膜(b)制作的NMC622/石墨全扣电循环性能对比。

      制作手法的问题解决了,紧接着对比了图1中两种全扣电制备方法得到的全扣电循环性能对比。如图4所示,使用单层BMF隔膜制备的全扣电循环性能较双层Celgard隔膜简直不要太好。作者认为原因是BMF隔膜较Celgard隔膜更厚且压缩性更好,进而能在扣电中保持很好的平整度。

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      图5. NMC622/石墨软包电池(a)和NMC622/石墨全扣电(b)循环性能对比。其中A和C  为在冬季循环100周结果,B为秋季循环200周结果,D为夏季循环200周结果。

      简单而实用才是硬道理。最后,将使用真空笔、BMF隔膜制备的全扣电循环结果和正常小软包循环结果进行了对比。如图5所示,全扣电结果和小软包结果有很好的可比性,这也意味着将来不用吐槽扣电和软包结果差异大的梗了。此外,不同季节全扣电循环结果存在一定差异,这也意味着实验过程我们应该充分考虑各种细节和影响因素。

【 感想 】

      问题无处不在,只要你细心肯思考都有解决办法。没idea的时候不妨想想实验遇到的小问题和细节,多留心、从问题入手,何愁出不了高质量的paper。加油!

【 论文信息 】

      Vivian Murray, David S. Hall, J. R. Dahn. A Guide to Full Coin Cell Making for Academic Researchers. Journal of The Electrochemical Society, 2019, 166 (2): A329-A333.

      http://jes.ecsdl.org/content/158/1/A51.abstract

供稿丨深圳市清新电源研究院

部门丨媒体信息中心科技情报部

撰稿人丨方小贱

主编丨张哲旭


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本文由清新电源原创,作者方小贱,转载请申请并注明出处:http://www.sztspi.com/archives/173753.html

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