Habowska, M. (2020). Water based lithium-nickel-manganese-cobalt-oxide-slurry preparation as cathodes for Li-ion batteries [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2020.53420
lithium ion battery; positive electrode; solvent free
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Abstract:
Wiederaufladbare Lithium-Ionenbatterien sind eine der vielversprechendsten Energiespeichersysteme die in vielen Anwendungen, z.b. in verschiedenen tragbaren elektronischen Geräten (Mobiltelefone, Laptops, usw.), elektrischen Fahrzeugen Verwendung finden. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades für die Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie findet die Lithium-Technologie große Aufmerksamkeit. Die Entwicklung von sauberen und nachhaltigen Energiesystemen ist von globaler Bedeutung. Die elektrochemischen Eigenschaften von Lithium-Ionenbatterien hängen sehr stark von den verwendeten Materialien, deren Struktur und dem Zelldesign ab. Um die Batterieperformance zu optimieren wird an Elektrodenmaterialien, Elektrolyten, Additiven, Bindern und Membranen geforscht. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von wasserbasierten Bindemitteln (Carboxymethylzellulose - CMC, Fluoroacrylatlatex) für die bekannten Nickel-Mangan-Cobalt-Mischungen (NMC 111, NMC532, NMC622) für positive Elektroden. Die derzeitige Technologie nutzt Polyvinylidene-Diflourid - PVDF und das giftige N-methyl-2-pyrrolidone NMP, die durch umweltfreundliche Binde- und Lösemittel ersetzt werden sollen. Die Eigenschaften der hergestellten Elektroden wurden in dieser Arbeit mit den folgenden Methoden untersucht: a) zyklische Lade-/Entladetests mit dem Maccor Battery & Cell Test Gerät im CC-CV Modus (Konstantstrom-Konstantspannung) b) zyklischer Voltammetrie mit Ameteks Geräten und Programm, c) Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie/Analyse (EDAX/EDS), d) verschiedene händische mechanische Prüfungen um die Haftungseigenschaften der Beschichtung auf dem Stromkollektor abzuschätzen.
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Rechargeable lithium-ion batteries are one of the most promising energy storage systems using in various portable electronics (cellular phones, laptops, computers), hybrid electric vehicles (HEVs) and plug-in HEVs (p-HEVs). Due to the high conversion efficiency between the chemical and the electrical energy, the lithium-ion technology has attracted a great deal of attention. Moreover, the development of clean and sustainable energy systems is one of the strategies of global significance. The electrochemical properties of lithium-ion battery depend strongly on its materials, structure and design. To achieve improvement of the battery performance, researches carried out studies on electrode materials, electrolytes, additives, binders and membranes. In this work, the main goal was to show properties and working scheme of lithium-ion batteries, which were based on three well known nickel-manganese-cobalt lithium oxides (NMC 111, NMC 532 and NMC 622) materials with water-soluble binder mixtures of carboxymethyl cellulose (CMC) and fluorine acrylic latex. The commercial used organic solvent based poly(vinylidene difluoride) PVDF processing with harmful and toxic N-methyl-2-pyrrolidone NMP has been substitute by environmentally friendly binder fluorine acrylic latex. Properties of prepared cathodes were examined in this thesis by: a) cycling charge-discharge tests with Maccor Battery & Cell Test Equipment used in CC-CV (constant current, constant voltage), b) cyclic voltammograms tests with Ameteks program, c) scanning electron microscopy (SEM) and electron dispersive X-ray spectroscopy/analysis (EDAX/EDS), d) some organoleptic tests were used to determine properties of active material coating on current collector.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers