Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Abstract

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Introduction

סוללות ליתיום-יון מהוות מקור מבטיח למלא את הדרישות ההולכות וגובר של התקני אחסון אנרגיית 1-4. שיפורים ביכולת של Libs לא רק לשפר את הטווח האפקטיבי של כלי רכב חשמליים 5,6, אלא גם לשפר את מחזור החיים שלהם על ידי הפחתת עומק פריקה, אשר בתורו מגדיל את הכדאיות של Libs לשימוש ביישומי אחסון אנרגיית רשת 7.

שימש במקור למכשירי שמיעה בשנתי ה -1970 8, תאי מטבע היום משמשים בדרך כלל בפיתוח וההערכה של חומרי אלקטרודה חדשים וקיימים. כאחד מגורמי הצורה הקטנים ביותר לסוללות, תאים אלה מייצגים דרך פשוטה ויעילה ליצירת סוללות במסגרת מחקר אקדמית. סוללת ליתיום יון טיפוסית מורכבת קתודה, אנודה, אספנים הנוכחיים, ומפריד נקבובי המונע shorting של האנודה והקתודה. במהלך המבצע של סוללת ליתיום-יון, ioNS ואלקטרונים ניידים. במהלך פריקה, יונים לנסוע מהאלקטרודה השלילית (האנודה) באמצעות המפריד הנקבובי ולאלקטרודה החיובית, או קתודה. בינתיים, אלקטרונים לנסוע דרך האספן הנוכחי, מעבר למעגל החיצוני, לבסוף recombining עם היונים בצד הקתודה. על מנת להקטין את כל התנגדויות הקשורים יון והעברת אלקטרונים, הרכיבים צריכים להיות בכיוון נכון - נסיעות יוני המרחק צריכה להיות ממוזערות. בדרך כלל רכיבים אלה משולבים בתצורה "כריך". סוללות משומשות בכלי רכב חשמליים, טלפונים סלולריים, ומוצרי אלקטרוניקה מורכבות מסנדוויצ'ים גדולים שצורה ספיראלית פצע או מקופל, בהתאם לגורם הצורה של הסוללה. של תאי סוגים אלה יכולים להיות קשים מאוד לייצור בקנה מידה קטנה ללא עלויות גבוהות. עם זאת, בתא בגודל מטבע יש כריך אחד בלבד בתוך התא. למרות שציוד מיוחד עדיין יש צורך ליצור את האלקטרודות אני תאי n מטבע, התאים עצמם ניתן להרכיב במהירות ביד וחתום בתוך סביבה מבוקרת.

הביצועים של סוללות, ללא קשר לסוג, תלויים בחומרים היוצרים את האלקטרודה החיובית ושלילית, הבחירה של אלקטרוליט, וארכיטקטורת תא 4,9-13. אלקטרודה LIB טיפוסית מורכבת משילוב של לי-המכיל חומר פעיל, תוסף מוליך, קלסר פולימרים, וחלל הריק שמלא באלקטרוליט. עיבוד אלקטרודה יכול להיות מאורגן לחמישה שלבים עיקריים: ערבוב יבש אבקה, ערבוב רטוב, הכנת מצע, יישום סרט, וייבוש - צעד שניתן לעתים קרובות מעט תשומת לב. כאשר ייצור אלקטרודה באמצעות מדרגות עיבוד אלה, המטרה הסופית היא להשיג סרט אלקטרודה אחיד הכולל את החומר הפעיל, תוסף מוליך, קלסר. התפלגות אחידה זה היא קריטית לביצועים אופטימליים של Libs 14-18.

NT "> מדריך זה מייצג את הצעדים מנוצלים בטקסס A & M באנרגית המעבדה ומדעי התחבורה (ETSL) ובאוניברסיטת מדינת טקסס לייצור תאי מטבע להערכת אלקטרודה חומרים חדשים וקיימים. מעבר לבסיסיים צעדים מצאו מתועד במקורות רבים , יש לנו כלל המומחיות שלנו בשלבים קריטיים, וציין פרטים חשובים שלעתים קרובות נותרים מחוץ מסמכי שיטות דומים ופרסומים רבים. בנוסף, השיטות פיזיות ואלקטרוכימיים העיקריות המשמשות במעבדה שלנו (רכיבה על אופניים וgalvanostatic אלקטרוכימי עכבת ספקטרוסקופיה (EIS)) הם הובהרו ב.

Protocol

יש להיזהר בעת שימוש בכל אחד מהממסים, חומרים כימיים, או האבקות יבשות מנוצלות בפרוטוקול זה. קראו את כל גיליונות MSDS ולקחת אמצעי בטיחות מתאים. ציוד בטיחות סטנדרטי כולל כפפות, משקפי מגן, וחלוק מעבדה.

1. הכנת קטודה

הערה: הסקירה סכמטי של תהליך ייצור הקתודה מוצגת באיור 1.

figure-protocol-587
איור 1. סקירה סכמטי של הצעדים מנוצלים בETSL ליצור קתודית. התהליך העיקרי כוללת הכנה ויציקה של תרחיף האלקטרודה על מצע אלומיניום ניקה, ואחרי ייבוש של גיליון אלקטרודה והתאגדות לתאי מטבע. אנא לחץ כאן ל להציג גדול יותר version של נתון זה.

  1. אלומיניום הכנת תשתית
    1. חותך 4.5 "על ידי 12" גיליון של 15 מיקרומטר אלומיניום עבה (אל) נייר כסף באמצעות חותך נייר או מספריים.
    2. ריסוס אצטון על פני השטח של לוח פלסטיק נקי לדבוק נייר ללוח ולאחר מכן למקם את גיליון נייר על הלוח.
    3. לרסס כמות נדיבה של אצטון על פני השטח של נייר הכסף ומתחיל לקרצף את כל פני השטח באמצעות כרית ויסקי בתנועות חצי העיגול קטנים. ריסוס אצטון נוסף על פני השטח ולנגב את השאריות עם מגבת נייר.
    4. חזור על שלבי 1.1.2-1.1.3 לצד השני ולאחר מכן לחזור פעם נוספת לצד הליהוק.
    5. לשטוף חרוט גיליון אל עם מים ללא יונים (DI) על ליהוק הצד הראשון, ולאחר מכן להפוך ולחזור עם צד שני. לשפשף-מחדש את פני השטח של נייר אל כיכולת הרטיבות עניה מציג מים DI ולא זורם מעל פני השטח של גיליון להרכיב בלי טיפות. חזור על שטיפה עם איזופרופילכּוֹהֶל.
    6. העבר את גיליון אל ניקה בין שתי מגבות נייר ולאפשר לו להתייבש במשך כ 20 דקות מתחת לדחיסה בין שני מטוסים שטוחים ומגבות נייר.
  2. Slurry הכנה
    1. בחר את המשקולות של חומר פעיל, תוסף המוליך וקלסר בהתבסס על הרכב הרצוי של גיליון אלקטרודה. בחר במשקל אבקה יבש כולל של 1.25 גר ', עם 70% WT ליתיום מנגן-קובלט-תחמוצת, ציפוי והחי 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NMC, חומר פעיל), 20% WT פחמן שחורים (מוליך תוסף) ו -10% polyvinylidene difluoride (PVDF, קלסר).
    2. מדוד את 0.875 גרם של NMC ו0.25 גרם של פחמן שחור ומקום למרגמת אגת ועלי. קל לערבב את החומרים יחד ללא שחיקה. לאחר תערובת מתחילה להיווצר, טחנה ביד במכתש ועלי במשך 3-5 דקות, עד שאבקה אחידה נצפתה חזותית.
    3. העבר את האבקה המעורבת לתוך צינור ערבוב חד פעמיעם חתיכת נייר לשקול. להוסיף 16 כדורי זכוכית (קוטר 6 מ"מ) לאבקה, יחד עם 5.5 מיליליטר של 1-מתיל-2-pyrrolidinone (תמ"א), הממס בלתי מימי.
    4. מניחים את הצינור חד פעמי על תחנת כונן צינור ולנעול למקומו. הפעל את הכונן ובלהגדיל לאט למהירות המרבית. לאפשר תוכן לערבב במשך 15 דקות.
    5. להוסיף 1.25 גרם של PVDF 10% בפתרון תמ"א ישירות לצינור. מניחים את הצינור בחזרה אל הכונן ומאפשר ערבוב במשך 8 דקות, בעקבות אותו ההליך ב1.2.4. אם הצינור מותר לשבת במשך יותר מ 5 דקות לפני היציקה (להלן), לערבב את התוכן עבור 15 דקות נוספות.
  3. ליהוק וייבוש
    1. נקה את משטח המתכת של מוליך סרט האוטומטי עם אלכוהול איזופרופיל ומגבת נייר. ודא שלהב הרופא הוא נקי, ומוגדר לגובה הרצוי הליהוק (200 מיקרומטר).
    2. למרוח שכבה של אלכוהול איזופרופיל אל פני השטח של מוליך הסרט ומקום DRIמצע אלומיניום אד צד מבריק כלפי מטה על גבי המשטח. לחץ החוצה אלכוהול איזופרופיל העודף עם מגבת נייר מקופלת עד שכל הקמטים ואיזופרופיל יוסרו. דואג כדי למנוע את קריעת המצע על ידי החזקת תקיפות אחד של המצע במקום.
    3. הסר את צינור הערבוב מהכונן הצינור ולפתוח את המכל. יוצקים את slurry על פני השטח של המצע בקו 2-3 אינץ 'כ 1 אינץ' מהחלק העליון (בצד ליהוק ראשוני) של המצע. הסר את כל כדורי זכוכית מגיליון עם פינצטה מתכתית נקייה.
    4. קבע את מהירות הליהוק עד 20 מ"מ / sec, ולהפעיל את זרוע הליהוק של סרט המוליך.
    5. הרם את האלקטרודה יצוקה מפני שטח של מוליך הסרט באמצעות פיסת הקרטון דקה כדי להבטיח שאין קמטים להיווצר על גיליון.
    6. לאפשר גיליון אלקטרודה להתייבש במשך 16 שעות בRT (~ 24 מעלות צלזיוס) ואחרי הייבוש ב 70 מעלות צלזיוס במשך ~ 3 שעות או עד שהגיליון הוא יבש. ודא כי האלקטרודה היא מבודדת לסביבה בפושלי מכסה המנוע או תא אטום כדי למנוע התייבשות לא אחידה.
  4. קתודת אלקטרודה ביול
    1. הנח את גיליון אלקטרודה המיובש על גיליון ניקה של מתכת ואלומיניום. קח את ½ "ניקוב חורים ומניח אותו בעדינות על אזור של גיליון עם משטח אחיד (קצוות עשויים להופיע לא אחידים). לאט לאט להפעיל לחצו על האגרוף (ביד) ו" גליל" לחץ סביב הקצוות האגרוף כדי להבטיח חתך נקי.
    2. (אלטרנטיבי) חותך את דיסק אלקטרודה ניצול חותך דיסק מדויק במקום ניקוב ידני.
    3. הסר את האלקטרודה מגיליון עם פינצטה ניקתה, פלסטיק ולמקם אותו לתוך בקבוקון שכותרתו, עם משטח אלקטרודה פונה כלפי מעלה. חזור פעמיים.
    4. (אופציונאלי) מניחים אלקטרודה אגרוף על פני השטח של עיתונות המעבדה. החל לחץ של בערך 4 MPa (הלחץ האופטימלי משתנה בהתאם לעיתונות המנוצלת). חזור לאלקטרודות שנותרו.
    5. מניחים את הבקבוקונים בVacuאממ ותנור לאפשר את האלקטרודות ליבשה נוספת ב 120 מעלות צלזיוס ב-0.1 מגפ"ס לשעה 12 כדי להסיר כל לחות שנותרה. לאחר, להסיר את האלקטרודות ולשקול אותם בתוך 0.0001 גרם.
    6. פתח את חדר הקבלה של תא הכפפות ומניח את צלוחיות על המגש. סגור את תא הדלת ולהבטיח חותם חזק על ידי שימוש בשתי אצבעות כדי להדק הפתח חדר קבלה.
    7. להביא את הוואקום אל -0.1 MPa, ולאחר מכן למלא עם ארגון. חזור על תהליך זה 1-2 פעמים יותר, תלוי בדגימות הועברו לתא הכפפות.

2. גיליון האנודה לסלולרי מלא

  1. סעיף 1 חזור למעט באמצעות רדיד נחושת עבה 9 מיקרומטר כמצע במקום רדיד אלומיניום. ההרכב של גיליון עשוי להשתנות כדי להתאים לצרכימים ספציפיים.

3. תא מטבע טרום הרכבה

זהירות: הבנייה של תאי מטבע מתבצעת בתוך סביבה (ארגון) אינרטי בתוך תא כפפות. Eיש לנקוט זהירות Xtreme כדי למזער את החשיפה של הסביבה הפנימית לאווירה חיצונית. עבודה עם חומרים חדים בתוך התא הכפפות צריכה להיות ממוזערת במידת האפשר. ככלל, צריכה משימה בתוך התא הכפפות לקחת 3 פעמים יותר מאשר המהירות שבה המשימה הייתה להתבצע מחוץ. כפפות גם צריכה להיות משוחק על כפפות תא הכפפות כדי למזער את החשיפה בעבודה עם חומרים שונים.

הערה: הרכיבים דרושים לבניית תא המטבע, כולל כובע, מקרה, מעיין גל, אטמים, מפרידי, סרט ליתיום, אלקטרוליט ונותר בכלים כגון פינצטה פלסטיק (עבור מיקום רכיב) נמצאת בתוך תא כפפות מילאו-ארגון עם O 2 ו- H 2 O רמות נשמרות מתחת 0.5 חלקים למיליון. כל הרכיבים מוכנסים לתוך תא הכפפות (כולל מגבוני משימה נטול מוך) צריכים להיות מחוממים O / N בתנור ואקום ב 120 מעלות צלזיוס בלחץ של -0.1 מגפ"ס כדי להסיר כללַחוּת.

  1. הכנת האלקטרודה נגדית
    1. בתוך תא הכפפות, להסיר סרט ליתיום (0.75 מ"מ עובי) מיכל אטום ולרדד חלק על פני השטח של בלוק פלסטיק. באמצעות סכין גילוח, לגרד בזהירות כל חמצון שחור בצבע ממשטח נייר. קח בזהירות רבה כדי להימנע מחיתוך הכפפות.
    2. קח "אגרוף חור 9/16 ואגרוף החוצה דיסק של סרט ליתיום. השתמש באצבע (הופרדה מליתיום ידי כפפות גומי בתוך תא כפפות) או כלי קהה אחר לדחוף את דיסק ליתיום מהאגרוף.
    3. קח spacer עבה 0.5 מ"מ ובעדינות להחיל את דיסק ליתיום אל פני השטח בין אצבעות. ודא מקלות דיסק ליתיום למרכז spacer ושטוח - משטח אחיד עלול לגרום להפצות הנוכחיות לא אחידות.
  2. אלקטרוליט הכנה
    1. אחסן את האלקטרוליט של בחירה (במקרה זה 1 M LiPF 6 בEC / דצמבר 1: 1 על ידי כרך) עםבתא הכפפות בכל העת במכל אלומיניום, כאלקטרוליט הוא רגיש.
    2. הסר כמות קטנה של אלקטרוליט מיכל המקור לתוך מיכל עבודה.
  3. Celgard מפריד הכנה
    1. הנח גיליון של הקרום המפריד בין גיליון מקופל של נייר מדפסת. הנח את הנייר והקרום המקופלים על גיליון של מתכת ואלומיניום.
    2. הנח שכבת ריפוד על גבי ניקוב החורים ולהשתמש פטיש לאגרוף החוצה "קרום מפריד קוטר ¾.
    3. העבר את דיסקי מפריד אגרוף לתוך תא כפפות ניצול ההליכים המפורטים ב1.4.6-1.4.7.
      הערה: מומלץ לבצע שלב זה בכמויות גדולות כדי להימנע מצורך האגרוף החוצה מפרידים בודדים עבור כל תא בגודל מטבע נבנים.

4. תא מטבע עצרת

הערה: התצורה של תא המטבע היאמוצג באיור 2.

figure-protocol-10538
רכיבי 2. תא מטבע איור מוצגים לפי סדר המיקום בתוך תא. מיקום של הקתודה ואחריו אביב מפריד, אטם, האלקטרודה נגדית וגל, ואחרי האיטום של התא. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו .

  1. פתח את דלת חדר קבלת פנים. משוך כל רכיבים בתוך חדר המבוא לתא הכפפות ולאטום את דלת חדר קבלת פנים.
  2. הנח מקרה תא מטבע לתוך סירה לשקול קטנה. מניחים את הקתודה למרכז מקרה תא מטבע. החל 1-2 ~ 30 טיפות μl של אלקטרוליט למרכז של האלקטרודה ולהחיל 1 טיפה בצדדים מנוגדים של שולי המקרה.
  3. מניחים "מפריד אחד ¾ בעל פני השטח של האלקטרודה. כוח את כל בועות שלהיות לכוד באמצעות הקצה השטוח של פינצטה, ומחדש מרכז הקתודה ידי גרירה את העניין בשפה וטפיחות קלים את האלקטרודה למקומו. החל 1-2 טיפות נוספות של אלקטרוליט, כדי לאפשר תנועה טובה יותר של האלקטרודה אם היא נדבקת למקומו המקורי.
  4. מניחים את האטם למקרה, עם הצד השטוח כלפי מטה וצד השפתיים כלפי מעלה. לאשר את הכיוון של האטם ידי מחזיק עד האור לפני החדרת תא.
  5. החל 2-3 ~ 30 טיפות μl של אלקטרוליט למרכז התא, ומניח את האלקטרודה הנגדית מוכנה אל המרכז עם ליתיום פונה כלפי מטה. מניחים את אביב הגל על ​​גבי האלקטרודה הנגדית במרכז.
  6. מלא את התא עד אפס המקום (~ 0.7 מיליליטר) עם אלקטרוליט עד שנוצר המניסקוס מעוגל, קמור המכסה את רוב שטח אביב גל.
  7. בזהירות להניח את כובע תא מטבע על גבי t ניצול התאהוא פינצטה כדי להחזיק את הכובע במרכז אנכי מעל לתא. דואג למרכז הכובע כדי למנוע אובדן מוגזם של אלקטרוליט.
  8. לחץ כלפי מטה על הכובע (ביד) עד שהיא מציבה לשפה של האטם. העבר את התא לcrimper ולהבטיח שהתא מרוכז בחריץ של קוביית crimping. לחיצה על תא לחץ של ~ 6.2 מגפ"ס (900 psi) ושחרור.
  9. הסר את התא מcrimper (ביד), ולנקות את כל האלקטרוליטים עודפים. חזור על שלבים 4.2- 4.9 עד שכל התאים הרצויים בנויים. נקה כל נשפך אלקטרוליט, להציב פח אשפה למכל מתאים. להעביר את התאים מתא הכפפות ולתייג אותם.

5. הערכת אלקטרוכימי

  1. חבר את התאים ניקו לCycler הסוללה. ודא המסופים מחוברים כראוי על ידי מדידת הפוטנציאל במעגל הפתוח. אם לא חיובי, להפוך את החיבורים.
  2. חישוב הנוכחי הרצוי על בסיס המשקל היבש ELECtrode על פני השטח של מצע האלומיניום, המסה הידועה של האלומיניום, אחוז החומר הפעיל לפי משקל, והיכולת הספציפית המדורגת של החומר הפעיל מנוצל.
    1. עם מסה נמדדת אלקטרודה של .0090 גרם, מסת דיסק אלומיניום של .0054 G, וקיבולת מדורגת של 155 mAh / g, לקבוע רצוי הנוכחי כז (.0090 - .0054 ז) × 0.70 × 155 mAh / g = .3906 mAh. להזרמה בזרם הנדרש לפרוק את התא באופן מלא בשעה 1 (1C), להחיל הנוכחי הוא .3906 mA.
  3. הגדר את לוח הזמנים על Cycler לטעינה / פריקת התא בין רמות המתח העליונות והתחתונות של 4.2 V ו -2.8 V. מחזור התא 4 פעמים בשיעור של C / 10 (galvanostatic, קבוע הנוכחי). לאחר מכן לחייב את התא פעם אחת בC / 10.
  4. לאחר C / 10 תשלום -5, להסיר את התא מCycler (במידת צורך) ולבצע אלקטרוכימי עכבת ספקטרוסקופיה 19 (EIS) בתא, אחרי המנוחה לשעה 1. הנח את התא אחוריעל Cycler והפריקה בC / 10. בצע EIS פעם נוספת לאחר המנוחה לשעה 1.
  5. הנח את התא בחזרה אל Cycler ומחזור 5 הפעמים התא בשיעורים של C / 5, C, 2C, 5C, ו10C, ואחריו 100 1C מחזורים.
  6. לקבוע את היכולת הספציפית של תאים בכל C-שיעור על ידי חלוקת הקיבולת בmAh על ידי המסה של הווה חומר פעיל בקתודה. לחשב את שימור היכולת על ידי חלוקת הקיבולת הספציפית הממוצעת של 5 1C המחזורים האחרונים על ידי היכולת הספציפית הממוצעת של 5 1C המחזורים הראשונים.

תוצאות

גיליון אלקטרודה להטיל כראוי אמור להופיע אחיד במראה פני השטח ולדבוק כראוי לאספן הנוכחי. בדרך כלל מתקלף של גיליון אלקטרודה נגרמת על ידי שני תחריט עני של המצע, או שיש קצת תמ"א בשלב הערבוב הראשוני. לחלופין, יותר מדי יכול לגרום לתמ"א גיליון להציג רמה ...

Discussion

אופטימיזציה של שלבי ערבוב הרטובים הן קריטיות ליכולת צמיגות slurry וציפוי, אשר משפיעה על האחידות והדבקה של האלקטרודה. הנה שיטת ערבוב גבוהה גזירה מנוצלת, שבו הממס, התוסף, קלסר, וחומר פעיל מעורבבים יחד ניצול התנועות הקינטית של כדורי זכוכית הווה בבקבוקונים. טכניקת ערבוב זה ?...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכת כלכלית על ידי אוניברסיטת A & M מענק ייזום מחקר סגל טקסס (Mukherjee) ואוניברסיטת טקסס מדינת מימון סטארט-אפ (רודוס).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
LiNiMNCoO2 (NMC, 1:1:1)TargrayPLB-H1
CNERGY Super C-65Timcal
Polyvinylidene Difluoride (PVDF)KynarFlex 2801
1-Methyl-2-pyrrolidinone anhydrous, 99.5% NMPSigma-Aldrich328634
1.0 M LiPF6 in EC/DEC (1:1 by vol)BASF50316366
Celgard 2500 SeparatorMTIEQ-bsf-0025-60C25um thick; Polypropylene
Aluminum FoilMTIEQ-bcaf-15u-280
Lithium RibbonSigma Aldrich3200800.75 mm thickness
2-Propanol, ACS reagent, ≥99.5%Sigma Aldrich190764
Acetone, ACS reagent, ≥99.5%Sigma Aldrich179124
Stainless Steel CR2032 Coin Cell Kit Pred Materialscase, cap, and PP gasket
Stainless Steel Spacer Pred Materials15.5 mm diameter x 0.5 mm thickness
Stainless Steel Wave Spring Pred Materials15 mm diameter x 1.4 mm height
Analytical ScaleOhausAdventurer AX
Agate Mortar and PestleVWR89037-4925 inch diameter
Tube DriveIKA3645000
20 ml Stirring TubeIKA 3703000
Glass ballsMcMaster-Carr8996K256 mm diameter
Automatic Film ApplicatorElcometerK4340M10-
Doctor BladeElcometerK0003580M005
Die SetMayhew66000
Vacuum OvenMTI
Vacuum PumpMTI
Laboratory PressMTIYLJ-12
Hydraulic CrimperMTIMSK-110
GloveboxMBraunLABstar
Battery CyclerArbin InstrumentsBT2000
Potentiostat/Galvanostat/EISBiologicVMP3

References

  1. Wagner, R., Preschitschek, N., Passerini, S., Leker, J., Winter, M. Current research trends and prospects among the various materials and designs used in lithium-based batteries. J Appl Electrochem. 43, 481-496 (2013).
  2. Whittingham, M. S. Lithium batteries and cathode materials. Chem Rev. 104, 4271-4301 (2004).
  3. Ellis, B. L., Lee, K. T., Nazar, L. F. Positive Electrode Materials for Li-Ion and Li-Batteries. Chem Mater. 22, 691-714 (2010).
  4. Tarascon, J. M., Armand, M. Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries. Nature. 414, 359-367 (2001).
  5. Smith, K., Wang, C. Y. Power and thermal characterization of a lithium-ion battery pack for hybrid-electric vehicles. J Power Sources. 160, 662-673 (2006).
  6. Lu, L. G., Han, X. B., Li, J. Q., Hua, J. F., Ouyang, M. G. A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles. J Power Sources. 226, 272-288 (2013).
  7. Dunn, B., Kamath, H., Tarascon, J. M. Electrical Energy Storage for the Grid: A Battery of Choices. Science. 334, 928-935 (2011).
  8. Cich, E. R. Button Cell battery. US patent. , (1972).
  9. Elul, S., Cohen, Y., Aurbach, D. The influence of geometry in 2D simulation on the charge/discharge processes in Li-ion batteries. J Electroanal Chem. 682, 53-65 (2012).
  10. Buqa, H., Goers, D., Holzapfel, M., Spahr, M. E., Novak, P. High rate capability of graphite negative electrodes for lithium-ion batteries. J Electrochem Soc. 152, A474-A481 (2005).
  11. Chen, Y. H., Wang, C. W., Zhang, X., Sastry, A. M. Porous cathode optimization for lithium cells: Ionic and electronic conductivity, capacity, and selection of materials. J Power Sources. 195, 2851-2862 (2010).
  12. Arora, P., Doyle, M., Gozdz, A. S., White, R. E., Newman, J. Comparison between computer simulations and experimental data for high-rate discharges of plastic lithium-ion batteries. J Power Sources. 88, 219-231 (2000).
  13. Dillon, S. J., Sun, K. Microstructural design considerations for Li-ion battery systems. Curr Opin Solid St M. 16, 153-162 (2012).
  14. Harris, S. J., Lu, P. Effects of Inhomogeneities-Nanoscale to Mesoscale-on the Durability of Li-Ion Batteries. J Phys Chem C. 117, 6481-6492 (2013).
  15. Liu, G., Zheng, H., Song, X., Battaglia, V. S. Particles and Polymer Binder Interaction: A Controlling Factor in Lithium-Ion Electrode Performance. J Electrochem Soc. 159, A214-A221 (2012).
  16. Zheng, H. H., Yang, R. Z., Liu, G., Song, X. Y., Battaglia, V. S. Cooperation between Active Material, Polymeric Binder and Conductive Carbon Additive in Lithium Ion Battery Cathode. J Phys Chem C. 116, 4875-4882 (2012).
  17. Liu, Z. X., Battaglia, V., Mukherjee, P. P. Mesoscale Elucidation of the Influence of Mixing Sequence in Electrode Processing. Langmuir. 30, 15102-15113 (2014).
  18. Liu, Z. X., Mukherjee, P. P. Microstructure Evolution in Lithium-Ion Battery Electrode Processing. J Electrochem Soc. 161, E3248-E3258 (2014).
  19. Zheng, H. H., Tan, L., Liu, G., Song, X. Y., Battaglia, V. S. Calendering effects on the physical and electrochemical properties of Li[Ni1/3Mn1/3Co1/3]O-2 cathode. J Power Sources. 208, 52-57 (2012).
  20. Zheng, H. H., Li, J., Song, X. Y., Liu, G., Battaglia, V. S. A comprehensive understanding of electrode thickness effects on the electrochemical performances of Li-ion battery cathodes. Electrochim Acta. 71, 258-265 (2012).
  21. Marks, T., Trussler, S., Smith, A. J., Xiong, D. J., Dahn, J. R. A Guide to Li-Ion Coin-Cell Electrode Making for Academic Researchers. J Electrochem Soc. 158, A51-A58 (2011).
  22. Li, C. C., Wang, Y. W. Binder Distributions in Water-Based and Organic-Based LiCoO2 Electrode Sheets and Their Effects on Cell Performance. J Electrochem Soc. 158, A1361-A1370 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

108

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved