Bevezetés
Az akkumulátor-kötőanyag olyan polimer anyag, amelyet aktív anyagok, például elektródák rögzítésére használnak a kollektorfólián. Biztosítja, hogy az elektródarészecskék a töltési és kisütési ciklusok során a helyükön maradjanak, miközben az ionok szabadon mozoghatnak. A lítium-ion akkumulátorokhoz használt egyik leggyakoribb kötőanyag a PVDF (polivinilidén-fluorid). Számos előnyt egyesít magában, mint például a mechanikai szilárdság, a tapadási potenciál, a kémiai és elektrokémiai stabilitás, a szerves oldószerekben való oldhatóság és az elektrolithoz viszonyított duzzadási tulajdonság.
A PVDF és az NMP szerkezeti képletei az 1. ábrán láthatók. A PVDF-et mindig oldószerrel együtt alkalmazzák, hogy homogén iszapot hozzanak létre. Az NMP-t (N-metil-2-pirrolidon) elsősorban a PVDF oldószereként használják. Magas kémiai ellenállóképessége miatt az NMP-t gyakran újrahasznosítják, és egy szárítási folyamat után újra felhasználható. Az NMP kritikus szerepet játszik, mivel homogén rétegeket tesz lehetővé az elektróda anyagán, ezáltal javítja az elektródák minőségét a teljesítmény, az energiasűrűség és az akkumulátor élettartama szempontjából.
Mérési feltételek
A mérési feltételeket az 1. táblázat részletezi.
Táblázat: Mérési feltételek
| Műszer | PERSEUS® TG Libra® |
|---|---|
| Hőmérséklet-tartomány | Szobahőmérséklettől 1000°C-ig |
| Fűtési sebesség | 10 K/perc |
| Tisztítógáz | Nitrogén és levegő (40 ml/min) |
| Tégely | Al2O3, nyitott (85 μl) |
Mérési eredmények és megbeszélés
Kezdetben a tiszta PVDF-et vizsgálták a HőstabilitásEgy anyag hőstabil, ha a hőmérséklet hatására nem bomlik el. Egy anyag hőstabilitásának meghatározására a TGA (termogravimetriás analizátor) egyik módja. termikus stabilitás, a bomlási viselkedés és a fejlődő gázok meghatározása céljából. A második lépésben NMP-ben oldott PVDF-et elemeztek. Mindkét mintát 800 °C-ra hevítettük inert atmoszférában. A 800°C és 1000°C között oxidáló atmoszférát alkalmaztunk. A tiszta PVDF bomlása 400°C felett kezdődik. Összesen három pirolízislépést detektáltunk. Miután a gázatmoszférát levegőre váltottuk, a Pirolitikus szénA pirolitikus szén olyan szén, amely szerves anyagok oxigénmentes légkörben történő pirolízise során keletkezik. pirolitikus szén égése következik be. A görbe azt mutatja, hogy minden tömegvesztési lépésnél IR-aktív anyagok szabadulnak fel (lásd a 2. ábrát).
A 3 dimenziós grafikon az összes mért IR-spektrumot a hőmérséklettel és a TGA-görbével korrelálva mutatja; lásd a 3. ábrát.
A 460°C-on és 570°C-on történő PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis során előforduló gázspektrumokat kivonjuk és összehasonlítjuk a gázfázisú könyvtárakkal. Így azonosították a szilícium-fluoridot és a hidrogén-fluoridot. Ez jó összhangban van az irodalmi adatokkal1) . Feltételezhető, hogy a TGA és az FT-IR közötti fűtött határfelületen bevonatként használt SiO2 reakcióba lép a HF-fel, és a kimutatott szilícium-fluoriddá alakul.
A PVDF-fel kombinált NMP-n végzett TGA-FT-IR mérést (5. ábra) ugyanilyen mérési körülmények között végeztük el. Inert körülmények között 800 °C-ig két tömegveszteséget detektáltunk, 95%-os és 2%-os lépést. Az oxidáló körülmények közötti égés 800°C felett a Pirolitikus szénA pirolitikus szén olyan szén, amely szerves anyagok oxigénmentes légkörben történő pirolízise során keletkezik. pirolitikus szén elégéséhez és szén-dioxid felszabadulásához vezetett. Ekkor 1,2%-os tömegveszteséget észleltek. Az FT-IR technika segítségével sikerült a Identify oldalon a felszabaduló termékeket azonosítani.
A 155°C-on mért spektrumot kivontuk és összehasonlítottuk a NIST gázfázisú spektrumok könyvtárával (6. ábra). Nagyon nagy hasonlóságot találtunk az NMP könyvtári spektrumával, így bizonyítható volt, hogy az NMP párolog és nem bomlik el a melegítés során. Elvileg tehát az NMP-t a szárítási folyamat után újrahasznosítani lehet az akkumulátorgyártás során.
A 432°C-on mért spektrumot, amely a második tömegvesztési lépéshez kapcsolódott, hidrogén-fluorid felszabadulásaként azonosították. Így a PVDF bomlása ebben a tömegvesztési lépésben kimutatható (7. ábra).
Összefoglaló
A TGA-FT-IR analízis segítségével jellemezni lehet a PVDF tipikus NMP-ben oldott, akkumulátorgyártáshoz használt oldatát. Az NMP PárologtatásEgy elem vagy vegyület elpárolgása fázisátalakulás a folyékony fázisból gőzzé. A párolgásnak két típusa létezik: a párolgás és a forrás.elpárolgásával együtt a PVDF bomlása is könnyen azonosítható volt a fejlődő gázelemzéssel. A TGA-FT-IR-kapcsolás tehát jól alkalmazható olyan korrozív gázok elemzésére is, mint a HF.