Как да оценим суспензията от електроди на литиево-йонна батерия?

При производството на литиево-йонни батерии подготовката на суспензията е първият процес. Пригодността на суспензията след смесване пряко влияе върху последващото покритие и крайната производителност на батерията и е решаващ индикатор за цената на батерията. Следователно подготовката на суспензията играе централна роля в производството на литиево-йонни батерии. Изследванията показват, че идеалното разпределение на микроскопични частици на електрод на литиево-йонна батерия се характеризира с равномерно разпръскване на активни материали без агломерация и разпръскване на тънък-слой на частици проводящ агент, образуващи проводяща мрежа. Литиево-йонните батерии, направени от електроди с равномерно разпределение на частиците, показват отлични електрохимични характеристики и дълъг живот. Следователно течливостта, стабилността и еднородността на суспензиите от литиево-йонни батерии обикновено се тестват и характеризират, за да се оцени тяхната пригодност за последващи процеси на нанасяне на покритие и приносът им към работата на активните материали на батерията.

При производството на литиево-йонни батерии подготовката на суспензията е първият процес. Пригодността на суспензията след смесване пряко влияе върху последващото покритие и крайната производителност на батерията и е решаващ индикатор за цената на батерията. Следователно подготовката на суспензията играе централна роля в производството на литиево-йонни батерии. Проучванията показват, че идеалното разпределение на микрочастиците на електродите на литиево-йонната батерия се характеризира с равномерно разпръскване на активни материали без агломерация и разпръскване на тънък-слой на частици проводящ агент, образуващи проводяща мрежа. Литиево-йонните батерии, направени от електроди с равномерно разпределение на частиците, показват отлични електрохимични характеристики и дълъг живот. Следователно течливостта, стабилността и еднородността на суспензиите от литиево-йонни батерии обикновено се тестват и характеризират, за да се оцени тяхната пригодност за последващи процеси на нанасяне на покритие и тяхната ефективност при подобряване на производителността на активните материали на батерията.

Електродните суспензии не са-Нютонови течности и има два типа: суспензии с положителни електроди и суспензии с отрицателни електроди, които се класифицират на маслени-и водни-системи. Разбърканата суспензия трябва да притежава добра течливост, стабилност и еднородност. Състоянията на суспензии с различна течливост са показани на фигурата. Прекалено нисък или висок вискозитет, утаяване, агломерация и неравномерна дисперсия могат значително да повлияят на последващите процеси на нанасяне на покритие, причинявайки дефекти в макроскопичния вид на електрода и несъответствия в неговата микроструктура. За разлика от изискванията за суспензията в традиционната индустрия за производство на хартия и покрития, еднородността и стабилността на суспензията от литиева батерия в крайна сметка влияят върху електрическата производителност на батерията, което води до поредица от проблеми като влошаване на напрежението, намален живот на цикъла и лоша последователност на батерията. Следователно правилното характеризиране и тестване на суспензията преди нанасяне на покритие, за да се определи нейната годност за обработка, е от решаващо значение.

Когато течността тече, възниква вътрешно триене между молекулите; това свойство се нарича вискозитет, измерено числено.

Вискозитет=Напрежение на срязване / Скорост на срязване

Функционалната връзка между скоростта на срязване и напрежението на срязване се нарича реологична крива, обикновено използвана за описване на промяната на вискозитета на суспензията (течността) с характеристиките на срязване. Реологичните криви могат да се използват за разграничаване на видовете течности. За нютоновите течности връзката между напрежението на срязване и скоростта на срязване върху реологичната крива е права линия, минаваща през началото.

В производството,дигитален ротационен вискозиметъри реометри обикновено се използват за измерване на вискозитет и реологични криви. Вискозиметрите са лесни за работа, докато реометрите могат да измерват по-широк диапазон и по-изчерпателни криви на вискозитет-скорост на срязване/напрежение и да предоставят по-точни резултати. Суспензиите от батерии, като не-Нютонови течности, проявяват различни реологични свойства, включително разреждане при срязване, вискоеластичност и тиксотропия.

Повечето суспензии от литиево-йонни електроди показват характеристики на изтъняване при срязване. Както е показано на фигурата, вискозитетът на срязване намалява с увеличаване на скоростта на срязване. Тази характеристика е по-изразена при суспензии с високо съдържание на твърди вещества. При по-високи скорости на срязване силните сили на срязване нарушават мрежовата структура, образувана между материалите, карайки частиците да се пренаредят в по-подредена структура, успоредна на полето на срязване, което води до намаляване на вискозитета и достигане на нютоново плато при по-високи скорости на срязване.

Тази не{0}}Нютонова характеристика е предимство в процеса на нанасяне на покритие при подготовката на електродите. Преди да използватемашина за нанасяне на покритие на електроди, суспензията се транспортира от резервоара за прехвърляне към камерата за покритие чрез винтова помпа. По време на този процес суспензията е подложена на ниска сила на срязване и остава в състояние с висок вискозитет, за да поддържа своята стабилност. Когато суспензията мигновено се изхвърли от ръба на покриващата глава, тя се подлага на висока скорост на срязване, при което вискозитетът на суспензията намалява, осигурявайки плавен поток. След като суспензията се прехвърли към токоотвода, скоростта на срязване намалява и тя остава в състояние с висок вискозитет. Това може да предотврати или намали утаяването на частици, когато суспензията е неподвижна или по време на процеса на сушене, осигурявайки постоянна дебелина на покритието.

Вискоеластичността също е важен референтен стандарт за оценка на свойствата на суспензията. Той демонстрира връзката между вискозитета (течност) и еластичността (твърдост) на кашата; просто казано, характеризира дали кашата е по-скоро като течност или твърдо вещество. Ако суспензията от литиева батерия е само вискозна и няма еластичност, по време на нанасяне на покритие ще се получи силно нанизване, което ще доведе до лошо представяне на покритието. Следователно суспензията от литиева батерия трябва да притежава определена степен на еластичност в допълнение към вискозитета, което позволява на счупените нишки бързо да отскачат по време на нанасяне на покритие и осигуряване на равномерно покритие. Ако суспензията има много висока еластичност или изобщо няма вискозитет, това показва тежка агломерация или структура, подобна на твърдо-, което прави покритието невъзможно.

Вискоеластичността обикновено се измерва с помощта на реометър. Силите на вибрационно срязване с малка-амплитуда, като амплитудно сканиране и честотно сканиране, се прилагат за измерване на вискоеластичността на суспензията.

Скоростта на срязване се увеличава непрекъснато от нула до постоянна стойност и съответното напрежение на срязване се записва по време на този процес. След това скоростта на срязване постепенно се намалява до нула и се записва съответната стойност на напрежението на срязване. Може да се начертае затворена крива на скоростта на срязване спрямо напрежението на срязване; тази крива се нарича тиксотропен нормален пръстен. Колкото по-голяма е площта на нормалния пръстен, толкова по-голяма е тиксотропната производителност и обратно.

Вискозитетът е решаващ фактор при оценката на стабилността на суспензиите на литиево-йонните батерии. Както прекомерно високият, така и ниският вискозитет са вредни за покритието. Суспензиите с висок-вискозитет са по-малко склонни към утаяване и имат по-добра диспергируемост, но прекалено високият вискозитет води до лошо изравняване, което затруднява нанасянето на покритие и намалява скоростта на нанасяне. Подходящото намаляване на вискозитета спомага за подобряване на ефективността на покритието. По-ниският вискозитет осигурява добра течливост на суспензията и помага за отстраняването на въздушни мехурчета, но прекалено ниският вискозитет води до трудности при изсушаване, намалява скоростта на нанасяне на покритието, влошава неравномерното покритие и може да причини напукване на покритието и агломерация на суспензията.

По време на производството, особено след като суспензията е престояла за определен период от време, вискозитетът често се променя, главно по три начина: повишен вискозитет, намален вискозитет и специални случаи.

(1) Повишен вискозитет:След продължително престояване колоидът преминава от състояние на зол в състояние на гел, което води до увеличаване на вискозитета на суспензията. Бавното разбъркване на кашата ще възстанови вискозитета.

(2) Намаляване на вискозитета:Вискозитетът намалява, когато свързващото вещество абсорбира влагата и претърпява качествени промени, структурни промени по време на разбъркване или разграждане. Продължителното разбъркване, прекалено високата скорост на разбъркване и неравномерното разпръскване на суспензията по време на хомогенизирането могат да доведат до намаляване на вискозитета. Добавянето на стабилизатори на суспензия, диспергатори или повърхностно активни вещества може да подобри стабилността на суспензията чрез принципите на отблъскване на заряда и пространствено препятствие. Освен това всички компоненти трябва да бъдат напълно изсушени преди хомогенизиране.

(3) Специални случаи:Активните материали могат да абсорбират влага по време на съхранение или да бъдат разбърквани в среди с висока-влажност, което кара PVDF да абсорбира влагата и да произведе „желеобразна-суспензия. Когато суспензията има особено изразена желеобразна-консистенция, тя е неизползваема. В този случай проблемната суспензия може да бъде изсушена, свързващото вещество и NCM да се изпарят и отделят, след това да се пресят, смила и да се смесят пропорционално в нормална суспензия. След това може да се използва, без да се засяга работата на батерията. Следователно, най-ефективният метод за предотвратяване е старателно изсушаване на материала преди хомогенизиране, измерване на съдържанието на влага и строг контрол на влажността по време на хомогенизиране.

Процентът на твърдите вещества като активни материали, проводими агенти и свързващи вещества в общата маса на суспензията се нарича съдържание на твърдо вещество в суспензията. Обикновено съдържанието на твърдо вещество е в диапазона от 40% до 70%. Основният метод за изследване на съдържанието на твърдо вещество е методът на сушене. Претеглете суспензия с маса M, поставете я при определена температура, за да изсъхне разтворителят, и след това я претеглете отново с маса m. Твърдото съдържание след това се изчислява като m=M/M. Влагомер може да се използва за бързо и относително точно измерване на твърдото съдържание на суспензията. Влагомерът използва принципа на термична загуба на тегло; той равномерно нагрява пробата с халогенна лампа, за да изпари разтворителя, и изчислява съдържанието на твърдо вещество чрез промяната в масата преди и след нагряване.

При същия процес на хомогенизиране и формулировка, колкото по-високо е съдържанието на твърдо вещество в суспензията, толкова по-висок е нейният вискозитет. По същия начин, колкото по-ниско е съдържанието на твърдо вещество, толкова по-нисък е вискозитетът. В рамките на определен диапазон за съдържание на твърдо вещество, по-висока стойност показва по-висока стабилност на суспензията. Увеличаването на съдържанието на твърдо вещество може да намали използването на разтворител, да съкрати времето за смесване на суспензията и да подобри ефективността на покритието и изсушаването. Въпреки това, с увеличаване на съдържанието на твърдо вещество, вискозитетът се увеличава, течливостта намалява, което увеличава трудността на покритието и причинява по-сериозно износване на оборудването.

Свържете се сега