I . Caractéristiques et avantages des liants en polyacrylate (PAA)
Bounlage minimal dans les solvants d'électrolyte: présente un faible gonflement, en maintenant l'intégrité structurelle des feuilles d'électrodes pendant les cycles de charge / décharge .
Proportion élevée de groupes carboxyle: la haute densité des groupes carboxyle polaires forme de fortes liaisons hydrogène avec des matériaux actifs contenant de l'hydroxyle, améliorant la stabilité de la dispersion .
Formation de film continu: crée un film uniforme sur les surfaces des matériaux, améliorant le contact entre les matériaux actifs et les collectionneurs actuels .
Excellente stabilité mécanique: facilite la facilité de traitement pendant la fabrication d'électrodes .
Performance de formation et cyclisme SEI améliorée: la concentration élevée de groupes fonctionnels polaires favorise la liaison hydrogène avec des surfaces de matériau de silicium et aide à former une couche interphase d'électrolyte solide (SEI), résultant en une durée de vie cyclable supérieure .
II . Défis de développement
Les systèmes de liant PAA conventionnels (acide polyacrylique) pour les électrodes utilisent généralement des polymères PAA réticulés comme liant anode . comme polymère de poids moléculaire élevé, PAA offre une excellente adhésion, la stabilité de la dispersion et l'inhibition de la corrosion . stabilise la structure du réseau et prolonge la durée de vie de la feuille d'électrode .
Cependant, les groupes fonctionnels polaires facilitent la liaison hydrogène dans les longues chaînes moléculaires de PAA . Cela restreint la rotation libre des chaînes, augmentant leur rigidité ., par conséquent, les feuilles d'électrodes basées processus, et limite finalement les améliorations des performances électrochimiques de la batterie .
III . Pratiques de recherche dans des applications pratiques du PAA de qualité battace
1. Anodes de carbone dur de batterie sodium-ion
Les fabricants d'anodes de carbone dur pour les batteries sodium-ion (SIBS) imposent des exigences strictes aux liants PAA . Un liant PAA hautement flexible de haute qualité est crucial pour protéger l'intégrité structurelle des anodes de carbone dur .
Sur le marché actuel des anodes en carbone dur SIB, l'utilisation de liants de PAA de qualité inférieure augmente considérablement le risque de résistance interne élevée, impactant négativement l'efficacité et la fiabilité de la batterie ., un liant PAA premium et hautement flexible atténue efficacement ces problèmes .
Les performances électrochimiques, la conductivité, l'adaptabilité environnementale et la résistance à la corrosion du liant PAA flexible sont également des facteurs critiques, influençant directement la qualité du produit final en anode en carbone dur .
Au-delà des caractéristiques inhérentes, l'application pratique se concentre fortement sur les paramètres de performance tels que les caractéristiques du liant, le contenu solide, la résistance à l'adhésion et le niveau de pH . Ces paramètres sont directement en corrélation avec l'efficacité opérationnelle de l'anode du carbone dur .
2. Anodes à base de silicium
Les anodes de batterie lithium-ion à base de silicium offrent une capacité spécifique un ordre de grandeur supérieur à celle du graphite conventionnel . cependant, la formation d'anodes en silicium stable est difficile en raison de changements de volume significatif La recherche utilise la carboxyméthyl cellulose (CMC) et les liants de fluorure de polyvinylidène (PVDF) .
Un corpus important de recherches expérimentales indique que le PAA pur possède des propriétés mécaniques comparables à CMC mais contient une concentration plus élevée de groupes fonctionnels carboxyle . Cela permet à la PAA d'agir comme un liant pour les anodes SI, offrant des performances supérieures .
La recherche démontre en outre l'impact positif du revêtement de carbone sur la stabilité de l'anode . anodes de nanopourbe en carbone (testées entre 0 . 01 et 1 V vs . li / li +), incorporant des niveaux PAA à 15% en poids, illustra la stabilité exceptionnelle par rapport aux premiers cycles {9}. Avances pour explorer de nouveaux liants comme la série d'alcool polyvinylique (PVA).
PAA de réticulation avec d'autres matériaux représente une nouvelle direction de développement, notamment des liants réticulés AA-CMC, des liants réticulés PAA-PVA, des liants réticulés PAA-PANI (polyaniline) et des liants Edta-PAA . et
3. PVA-G-PAA (PVA-GRAFT-PAA)
Un nouveau liant soluble dans l'eau, PVA-G-PAA, est synthétisé par la greffe de PAA sur les chaînes latérales de PVA hautement flexible (alcool polyvinylique) . Cette modification du groupe fonctionnel améliore la flexibilité du système de liant PAA tout en tirant parti des excellentes propriétés d'adhésion de PVA de PVA.
Cette polymérisation de greffe de radical libre introduit l'élasticité, compensant les limites structurelles des liants PAA purs .
Pendant la fabrication de la feuille d'électrode, le compactage en roulage est effectué en continu en utilisant des pressions de rouleaux variables à travers les segments de longueur définis de la feuille . Ce processus améliore la ténacité à la feuille, minimisant la déformation, augmentant la capacité spécifique à l'électrode, améliorant la capacité de taux et prolongeant la durée de vie du cycle de batterie ., améliorant la capacité de taux et prolongeant la durée de vie du cycle de la batterie., et prolongeant la durée de vie du cycle de batterie., et prolongeant la durée de vie du cycle de batterie., améliorant la capacité de taux et prolongeant la durée de vie du cycle de batterie., et prolongeant la durée de vie du cycle de batterie., et prolongeant la durée de vie du cycle de la batterie., Amélioration de
4. PAA Préliation (Lipaa)
L'application de matériaux de silicium-carbone (SI-C) impose des demandes plus élevées sur les liants de liant anode et les agents conducteurs . Les liants PVDF rigides traditionnels ne sont pas adaptés aux anodes Si anodes . acryliques PAA contiennent de nombreux groupes de caricatures capables de former des liaisons hydrogenes avec des groupes fonctionnels sur les surfaces SI, la promotion de la promotion et la formation de SIR de la procédure de cycle de cycle de SI, de la promotion des services de séparation et de la procédure de cycle de cycle de SI, Si anodes . Ainsi, les liants PAA sont très efficaces pour les anodes Si .
Des études indiquent que le polyacrylate de lithium (LIPAA) surpasse le PAA lui-même, bien que les raisons sous-jacentes n'étaient pas claires ., des recherches approfondies ont été menées pour élucider le mécanisme derrière les performances supérieures de Lipaa .
Des électrodes composées de 15% de nano-Si, 73% de graphite artificiel, 2% de noir de carbone et 10% de liant (PAA ou Lipaa) ont été étudiés . Après le séchage initial, une étape de séchage secondaire à 100-200 a été effectuée pour supprimer des capacités résiduelles entièrement ~ 790 MAH /. Les tests de cellules en culine ont révélé des capacités de ~ 790 MAH / GOP pour les tests de cellules en culine Anodes à base de lipaa contre ~ 610 mAh / g pour les anodes basées sur PAA .
Courbes de performance du cycle de cellules complètes à l'aide de cathodes NMC532
Figure A: Les cellules avec liant LiPAA ne montrent aucune corrélation significative entre les performances du cycle et la température de séchage secondaire . La cathode NMC532 a fourni une capacité initiale de 127 mAh / g à C / 3, en diminuant à ~ 91 mAh / g après 90 cycles .
Figure B: Cells with PAA binder exhibit a clear dependence on secondary drying temperature (120℃red, 140℃gold, 160℃green, 180℃blue). While the 160℃dried PAA cell showed the highest initial capacity and the 120℃dried cell the lowest, the 160℃dried cell degraded fastest, reaching ~62 mAh/g after 90 cycles. The 140 degré de cellules séchées dégradées plus lentement, en maintenant ~ 71 MAH / G .
Efficacité coulombique au premier cycle (CE): les cellules LiPAA ont atteint ~ 84% (seule la cellule Lipaa de 200 degrés était légèrement inférieure à ~ 82%) . leur efficacité coulombique a rapidement augmenté à ~ 99 . 6% dans les 5 premiers cycles . cellules PAA ont été réduites ~ 80% de premier cycle de premier cycle (unique à ~ 75%), nécessitant environ 40 cycles pour atteindre 99,6% CE - nettement plus lent que les cellules LiPAA.
Les tests de décharge d'impulsions à 50% de profondeur de la décharge (DoD) ont révélé une résistance interne significativement plus faible dans les cellules LipAA par rapport aux cellules PAA [figure référencée ci-dessous], sans lien apparent avec la température de séchage secondaire pour Lipaa . dans le contraste, la résistance aux cellules PAA a augmenté de manière visible avec des températures de séchage secondaire plus élevées .
Analyse thermogravimétrique (TGA) par Kevin A . Hays [Figure référencée ci-dessous] sur les anodes Lipaa et PAA a identifié deux étapes de déshydratation principales: 1) Élimination de l'eau gratuite (~ 40 degrés) 140-208 degré et lipaa entre 85-190, attribué à la polymérisation de certains groupes carboxyle libérant de l'eau [réaction référencée ci-dessous] . Cette réaction est moins prononcée dans Lipaa, où Li remplace H dans ~ 80% des groupes carboxyle .
La polymérisation à haute température des groupes carboxyle de l'APA peut affaiblir l'interaction entre le PAA et le SI, expliquant potentiellement les mauvaises performances cyclables des anodes PAA séchées à haute température . Cependant, il a montré que la résistance à la peigne a montré plus
Ⅳ . Conclusion
Cette étude identifie une mauvaise stabilité électrochimique comme un facteur clé limitant les performances du cycle de PAA . à de faibles potentiels, la PAA subit une conversion partielle enLipaa, Génération d'hydrogène gazeux:
PAA + ... ->Lipaa + h₂
Cette réaction explique le CE au premier cycle inférieur des cellules PAA (~ 80%) par rapport aux cellules LiPAA (~ 84%), et le temps significativement plus long (~ 40 cycles vs .<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
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