Jak vyhodnotit suspenzi elektrod lithiové-iontové baterie?

Při výrobě lithium-iontových baterií je příprava kaše prvním procesem. Vhodnost kaše po smíchání přímo ovlivňuje následné natírání a konečný výkon baterie a je rozhodujícím ukazatelem ceny baterie. Příprava kalu proto hraje ústřední roli při výrobě lithium-iontových baterií. Výzkum ukazuje, že ideální mikroskopická distribuce částic u elektrody lithium-iontové baterie je charakterizována rovnoměrnou disperzí aktivních materiálů bez aglomerace a disperzí tenkých-vrstev částic vodivé látky tvořící vodivou síť. Lithium{8}}iontové baterie vyrobené z elektrod s rovnoměrným rozložením částic vykazují vynikající elektrochemický výkon a dlouhou životnost. Proto se tekutost, stabilita a stejnoměrnost suspenzí lithium{10}}iontových baterií obvykle testuje a charakterizuje, aby se vyhodnotila jejich vhodnost pro následné procesy potahování a jejich příspěvek k výkonu aktivních materiálů baterie.

Při výrobě lithium-iontových baterií je příprava kaše prvním procesem. Vhodnost kaše po smíchání přímo ovlivňuje následné natírání a konečný výkon baterie a je rozhodujícím ukazatelem ceny baterie. Příprava kalu proto hraje ústřední roli při výrobě lithium-iontových baterií. Studie ukázaly, že ideální distribuce mikročástic u elektrod lithium-iontových baterií je charakterizována rovnoměrnou disperzí aktivních materiálů bez aglomerace a rozptýlením tenkých-částic vodivých látek tvořících vodivou síť. Lithium{8}}iontové baterie vyrobené z elektrod s rovnoměrným rozložením částic vykazují vynikající elektrochemický výkon a dlouhou životnost. Proto se tekutost, stabilita a jednotnost suspenzí lithium{10}}iontových baterií obvykle testuje a charakterizuje, aby se vyhodnotila jejich vhodnost pro následné procesy potahování a jejich účinnost při zvyšování výkonu aktivních materiálů baterie.

Suspenze elektrod nejsou -newtonské kapaliny a existují dva typy: suspenze kladných elektrod a suspenze záporných elektrod, které se dělí na systémy na bázi oleje-a vody-. Míchaná suspenze musí mít dobrou tekutost, stabilitu a stejnoměrnost. Stavy suspenzí s různou tekutostí jsou znázorněny na obrázku. Příliš nízká nebo vysoká viskozita, sedimentace, aglomerace a nerovnoměrná disperze mohou významně ovlivnit následné procesy potahování a způsobit vady v makroskopickém vzhledu elektrody a nekonzistence v její mikrostruktuře. Na rozdíl od požadavků na kal v tradičním papírenském a lakovacím průmyslu stejnoměrnost a stabilita kalu z lithiových baterií v konečném důsledku ovlivňuje elektrický výkon baterie, což vede k řadě problémů, jako je degradace napětí, snížená životnost cyklu a špatná konzistence baterie. Proto je rozhodující správná charakterizace a testování suspenze před povlékáním, aby se určila její vhodnost pro zpracování.

Když kapalina teče, dochází mezi molekulami k vnitřnímu tření; tato vlastnost se nazývá viskozita, měřená numericky.

Viskozita=Smykové napětí / Smyková rychlost

Funkční vztah mezi smykovou rychlostí a smykovým napětím se nazývá reologická křivka, běžně používaná k popisu změny viskozity suspenze (kapaliny) s charakteristikami smyku. K rozlišení typů tekutin lze použít reologické křivky. Pro newtonské tekutiny je vztah mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí na reologické křivce přímka procházející počátkem.

ve výrobě,digitální rotační viskozimetra reometry se běžně používají k měření viskozity a reologických křivek. Viskozimetry se snadno ovládají, zatímco reometry mohou měřit širší rozsah a komplexnější křivky viskozity-smykové rychlosti/napětí a poskytují přesnější výsledky. Bateriové kaly, jako-nenewtonské kapaliny, vykazují různé reologické vlastnosti, včetně smykového ztenčování, viskoelasticity a tixotropie.

Většina suspenzí lithiových-iontových elektrod vykazuje charakteristiky smykového ztenčování. Jak je znázorněno na obrázku, smyková viskozita klesá s rostoucí smykovou rychlostí. Tato vlastnost je výraznější u suspenzí s vysokým obsahem pevných látek. Při vyšších smykových rychlostech narušují silné smykové síly síťovou strukturu vytvořenou mezi materiály, což způsobuje, že se částice přeskupují do uspořádanější struktury rovnoběžné se smykovým polem, což má za následek snížení viskozity a dosažení newtonovské plošiny při vyšších smykových rychlostech.

Tato ne-newtonovská charakteristika je výhodná v procesu potahování při přípravě elektrody. Před použitímstroj na potahování elektrodkejda je dopravována z přepravní nádrže do nanášecí komory šroubovým čerpadlem. Během tohoto procesu je kaše vystavena nízké smykové síle a zůstává ve stavu s vysokou viskozitou, aby byla zachována její stabilita. Když je kaše okamžitě vytlačena z okraje potahovací hlavy, je vystavena vysoké smykové rychlosti, v tomto okamžiku viskozita kaše klesá, což zajišťuje hladký tok. Po převedení suspenze do sběrače proudu se smyková rychlost snižuje a zůstává ve stavu s vysokou viskozitou. To může zabránit nebo snížit sedimentaci částic, když je kaše stacionární nebo během procesu sušení, což zajišťuje konzistentní tloušťku povlaku.

Viskoelasticita je také důležitým referenčním standardem pro hodnocení vlastností suspenze. Ukazuje vztah mezi viskozitou (kapalina) a elasticitou (pevná látka) suspenze; zjednodušeně řečeno charakterizuje, zda je kaše spíše kapalná nebo pevná. Pokud je suspenze lithiové baterie pouze viskózní a postrádá elasticitu, dojde během nanášení k silnému navlnění, což má za následek špatný výkon potahování. Suspenze lithiové baterie proto musí mít kromě viskozity určitý stupeň elasticity, což umožní přerušeným vláknům rychle se odrazit během potahování a zajistí rovnoměrné potahování. Pokud má kaše velmi vysokou elasticitu nebo vůbec žádnou viskozitu, znamená to silnou aglomeraci nebo pevnou strukturu, která znemožňuje potažení.

Viskoelasticita se obecně měří pomocí reometru. K měření viskoelasticity suspenze se použijí malé-amplitudové vibrační smykové síly, jako je amplitudové skenování a frekvenční skenování.

Smyková rychlost se plynule zvyšuje z nuly na konstantní hodnotu a během tohoto procesu se zaznamenává odpovídající smykové napětí. Poté se smyková rychlost postupně snižuje na nulu a zaznamená se odpovídající hodnota smykového napětí. Lze vykreslit uzavřenou křivku smykové rychlosti versus smykové napětí; tato křivka se nazývá tixotropní normální prstenec. Čím větší je plocha normálního prstence, tím větší je tixotropní výkon a naopak.

Viskozita je klíčovým faktorem při hodnocení stability lithiových-iontových baterií. Jak příliš vysoké, tak nízké viskozity jsou škodlivé pro povlak. Kaše s vysokou-viskozitou jsou méně náchylné k usazování a mají lepší disperzibilitu, ale příliš vysoká viskozita má za následek špatné vyrovnání, což ztěžuje nanášení a snižuje rychlost nanášení. Vhodné snížení viskozity pomáhá zlepšit účinnost nátěru. Nižší viskozita poskytuje dobrou tekutost kaše a pomáhá odstraňovat vzduchové bubliny, ale příliš nízká viskozita vede k potížím se sušením, snižuje rychlost potahování, zhoršuje nerovnoměrné potahování a může způsobit praskání potahu a aglomeraci kaše.

Během výroby, zejména po delším stání kejdy, se viskozita často mění, a to především třemi způsoby: zvýšená viskozita, snížená viskozita a speciální případy.

(1) Zvýšená viskozita:Po delším stání se koloid změní ze stavu sol na stav gelu, což způsobí zvýšení viskozity suspenze. Pomalým mícháním kaše se obnoví viskozita.

(2) Snížení viskozity:Viskozita klesá, když pojivo absorbuje vlhkost a podléhá kvalitativním změnám, strukturálním změnám během míchání nebo degradaci. Dlouhé míchání, příliš vysoká rychlost míchání a nerovnoměrné rozptýlení suspenze během homogenizace mohou vést ke snížení viskozity. Přidání stabilizátorů kaše, dispergačních činidel nebo povrchově aktivních látek může zlepšit stabilitu kaše prostřednictvím principů odpuzování náboje a sterické zábrany. Kromě toho musí být všechny komponenty před homogenizací důkladně vysušeny.

(3) Zvláštní případy:Aktivní materiály mohou během skladování absorbovat vlhkost nebo být promíchávány v prostředí s vysokou -vlhkostí, což způsobí, že PVDF absorbuje vlhkost a vytvoří kaši typu „rosolovitého-“. Když má kaše zvláště výraznou rosolovitou-konzistenci, je nepoužitelná. V tomto případě lze problematickou kaši vysušit, pojivo a NCM odpařit a oddělit, poté prosít, rozemlít a proporcionálně zamíchat do normální kaše. Poté jej lze používat bez ovlivnění výkonu baterie. Nejúčinnější metodou prevence je proto důkladné vysušení materiálu před homogenizací, měření obsahu vlhkosti a přísná kontrola vlhkosti během homogenizace.

Procento pevných látek, jako jsou aktivní materiály, vodivá činidla a pojiva v celkové hmotnosti suspenze, se nazývá obsah pevných látek v suspenzi. Obecně je obsah pevných látek v rozmezí 40 % až 70 %. Hlavní metodou pro testování obsahu pevných látek je metoda sušení. Zvažte kaši o hmotnosti M, umístěte ji na určitou teplotu, aby se rozpouštědlo vysušilo, a poté ji znovu zvažte o hmotnosti m. Obsah pevných látek se potom vypočte jako m=M/M. Pro rychlé a relativně přesné měření obsahu pevných látek v kejdě lze použít vlhkoměr. Vlhkoměr využívá principu tepelného úbytku hmotnosti; rovnoměrně zahřívá vzorek halogenovou lampou, aby se odpařilo rozpouštědlo, a vypočítává obsah pevných látek změnou hmotnosti před a po zahřátí.

Při stejném homogenizačním procesu a složení platí, že čím vyšší je obsah pevných látek v kaši, tím vyšší je její viskozita. Podobně, čím nižší je obsah pevných látek, tím nižší je viskozita. V rámci definovaného rozmezí pro obsah pevných látek znamená vyšší hodnota vyšší stabilitu suspenze. Zvýšení obsahu pevných látek může snížit spotřebu rozpouštědla, zkrátit dobu míchání kaše a zlepšit účinnost potahování a sušení. Nicméně, jak se obsah pevných látek zvyšuje, viskozita se zvyšuje, tekutost klesá, což zvyšuje obtížnost potahování a způsobuje vážnější opotřebení zařízení.

Kontaktujte nyní