ПВП, или поливинилпирролидона, играет жизненно важную роль в области твердотельных батарей. Он играет уникальную роль во многих ключевых звеньях, значительно улучшая производительность и стабильность твердотельных батарей.

поливинилпирролидона как диспергатор углеродных нанотрубок
Улучшите дисперсию катодной суспензии: добавление соответствующего количества ПВП в катодную суспензию аккумулятора может значительно улучшить дисперсию суспензии, как у волшебного «мастера дисперсии». Вещества, которые в противном случае могли бы агломерироваться друг с другом, под действием ПВП равномерно распределяются, превращая суспензию из ньютоновской жидкости в неньютоновскую жидкость. Это изменение имеет большое значение, поскольку в это время вязкость суспензии стабилизируется на более низком уровне, что похоже на открытие более плавного «высокоскоростного канала» для тока, что полезно для снижения катодного импеданса. Когда импеданс положительного электрода снижается, передача электронов внутри батареи становится более эффективной, тем самым улучшая общую производительность батареи и позволяя батарее выводить электрическую энергию более стабильно и эффективно.

Уменьшение объемного расширения отрицательного электрода на основе кремния. Отрицательный электрод на основе кремния будет испытывать объемное расширение до 300% в процессе зарядки и разрядки. Это похоже на «воздушный шар», который постоянно расширяется и сжимается, что может легко привести к повреждению структуры электрода. ПВП может образовывать слой «защитной брони», умело покрывая поверхность частицами кремния. Этот слой брони эффективно решает проблему объемного расширения отрицательного электрода на основе кремния во время зарядки и разрядки, а также улучшает проводимость отрицательного электрода на основе кремния. Улучшение проводимости делает перенос электронов более плавным в отрицательном электроде на основе кремния, а также улучшается стабильность цикла, что значительно продлевает срок службы батареи.

Поливинилпирролидон как пленкообразующая добавка
Формирование защитного слоя электрода: ПВП позволяет аккуратно создать на поверхности электрода плотный защитный слой. Этот защитный слой подобен надеванию прочного «защитного костюма» для электрода. Он может эффективно уменьшить ненужные побочные реакции между активными веществами и электролитами. В процессе зарядки и разрядки аккумулятора чрезмерные реакции между электролитами и активными материалами часто потребляют энергию аккумулятора и снижают его производительность. Защитный слой, образованный ПВП, предотвращает возникновение этой чрезмерной реакции, позволяя более эффективно использовать энергию аккумулятора.

Модулирует каналы транспорта ионов: когда ПВП образует комплекс с твердым сульфидным/оксидным электролитом, он точно настраивает каналы транспорта ионов посредством уникальных водородных связей. Эта настройка подобна тщательному планированию более удобного «эксклюзивного канала» для ионов лития, который значительно улучшает проводимость ионов лития. Ионы лития могут быстрее перемещаться внутри аккумулятора, ускоряя скорость зарядки и разрядки аккумулятора, а также повышая эффективность его работы.

Поливинилпирролидон в качестве вспомогательного связующего.
Снижение затрат и повышение гибкости: в твердотельных батареях на полимерной основе, таких как электролиты на основе ПЭО, ПВП успешно заменил традиционный ПВДФ. Такая замена имеет двойное преимущество: с одной стороны, она снижает затраты на процесс и экономит производителям аккумуляторов много денег. PVP, с другой стороны, повышает гибкость батареи. Традиционный ПВДФ может иметь определенные ограничения по гибкости, а гибкие сегменты ПВП подобны введению в батарею «коэффициента гибкости», увеличивая механическую пластичность твердого электролита и увеличивая его удлинение при разрыве до 5–8%. Такое увеличение гибкости позволяет аккумулятору лучше адаптироваться к различным сложным условиям использования и снижает вероятность его повреждения внешними силами.

Уменьшение изменений громкости: В процессе зарядки и разрядки аккумулятора неизбежно происходят изменения громкости. Благодаря своей особой структуре PVP может эффективно смягчить влияние этого изменения объема. Это своего рода «буфер», который играет роль в стабилизации структуры внутри аккумулятора, обеспечивая стабильность аккумулятора в процессе зарядки и разрядки и дополнительно продлевая срок службы аккумулятора.

Подавляет дендриты и усиливает ионную проводимость
Формирование пленки SEI для предотвращения прокола дендритов: на поверхности металлического лития ПВП может образовывать пленку SEI, которая представляет собой пленку на границе раздела с твердым электролитом. Процесс формирования этой пленки очень важен. Кислородсодержащие функциональные группы в ПВП будут реагировать преимущественно с литием, образуя стабильный слой, богатый Li2O. Этот стабильный слой действует как прочный «барьер», эффективно препятствующий росту и разрушению дендритов лития. Если дендриты лития растут бесконтрольно, они могут пробить сепаратор и вызвать короткое замыкание в батарее, что повлечет за собой проблемы с безопасностью. Пленка SEI, изготовленная из ПВП, принципиально устраняет эту скрытую опасность и обеспечивает безопасность аккумулятора.

Повышенная ионная проводимость. Помимо ингибирования дендритов, SEI-пленка, образованная ПВП, также усиливает ионную проводимость. Он обеспечивает более благоприятную среду для передачи ионов лития внутри аккумулятора, позволяя ионам лития проходить более плавно, дополнительно улучшая общую производительность аккумулятора и улучшая его работу в процессе зарядки и разрядки.