Як оцінити суспензію електродів літій-іонних акумуляторів?

У виробництві літій-іонних акумуляторів підготовка суспензії є першим процесом. Відповідність суспензії після змішування безпосередньо впливає на подальше покриття та кінцеву продуктивність батареї, а також є ключовим показником вартості батареї. Тому приготування суспензії відіграє центральну роль у виробництві літій-іонних акумуляторів. Дослідження показують, що ідеальний мікроскопічний розподіл частинок електрода літій-іонної батареї характеризується рівномірною дисперсією активних матеріалів без агломерації та тонко{6}}шаровою дисперсією частинок провідного агента, які утворюють провідну мережу. Літій-іонні батареї, виготовлені з електродів із рівномірним розподілом частинок, демонструють чудові електрохімічні характеристики та тривалий термін служби. Тому текучість, стабільність і однорідність суспензій для літій-іонних акумуляторів зазвичай перевіряють і характеризують, щоб оцінити їх придатність для подальших процесів нанесення покриттів і їх внесок у продуктивність активних матеріалів акумулятора.

У виробництві літій-іонних акумуляторів підготовка суспензії є першим процесом. Відповідність суспензії після змішування безпосередньо впливає на подальше покриття та кінцеву продуктивність батареї, а також є ключовим показником вартості батареї. Тому приготування суспензії відіграє центральну роль у виробництві літій-іонних акумуляторів. Дослідження показали, що ідеальний розподіл мікрочастинок електродів літій-іонного акумулятора характеризується рівномірною дисперсією активних матеріалів без агломерації та тонко{6}}шаровою дисперсією частинок провідного агента, які утворюють провідну мережу. Літій-іонні батареї, виготовлені з електродів із рівномірним розподілом частинок, демонструють чудові електрохімічні характеристики та тривалий термін служби. Тому текучість, стабільність і однорідність суспензій літій-іонних акумуляторів зазвичай перевіряють і характеризують, щоб оцінити їхню придатність для подальших процесів нанесення покриття та їхню ефективність у покращенні продуктивності активних матеріалів акумулятора.

Суспензії електродів є не-ньютонівськими рідинами, і існують два типи: суспензії позитивних електродів і суспензії негативних електродів, які класифікуються на системи на-масляній-і водній-системі. Перемішана суспензія повинна мати хорошу текучість, стабільність і однорідність. Стани шламів з різною сипкістю показано на малюнку. Надмірно низька або висока в’язкість, седиментація, агломерація та нерівномірна дисперсія можуть суттєво вплинути на подальші процеси нанесення покриття, викликаючи дефекти макроскопічного вигляду електрода та невідповідності його мікроструктури. На відміну від вимог до суспензії в традиційних виробництвах паперу та покриттів, однорідність і стабільність суспензії літієвої батареї в кінцевому підсумку впливають на електричні характеристики батареї, що призводить до низки проблем, таких як зниження напруги, скорочення терміну служби циклу та погана послідовність батареї. Таким чином, правильна характеристика та тестування суспензії перед нанесенням покриття для визначення її придатності для переробки має вирішальне значення.

Коли рідина тече, між молекулами виникає внутрішнє тертя; ця властивість називається в'язкістю, вимірюється чисельно.

В’язкість=напруга зсуву / швидкість зсуву

Функціональна залежність між швидкістю зсуву та напругою зсуву називається реологічною кривою, яка зазвичай використовується для опису зміни в’язкості суспензії (рідини) залежно від характеристик зсуву. Реологічні криві можна використовувати для розрізнення типів рідин. Для ньютонівських рідин залежність між напругою зсуву та швидкістю зсуву на реологічній кривій є прямою лінією, що проходить через початок координат.

У виробництві,цифровий ротаційний віскозиметрі реометри зазвичай використовуються для вимірювання в'язкості та реологічних кривих. Віскозиметри прості в експлуатації, тоді як реометри можуть вимірювати ширший діапазон і більш повні криві в’язкості-швидкості зсуву/напруги та надавати більш точні результати. Акумуляторні суспензії, як не-ньютонівські рідини, виявляють різні реологічні властивості, зокрема розрідження при зсуві, в’язкопружність і тиксотропію.

Більшість суспензій літій{0}}іонних електродів демонструють характеристики розрідження при зсуві. Як показано на малюнку, в'язкість при зсуві зменшується зі збільшенням швидкості зсуву. Ця характеристика більш виражена в суспензіях з високим вмістом твердих речовин. При вищих швидкостях зсуву сильні сили зсуву порушують мережеву структуру, сформовану між матеріалами, змушуючи частинки перегруповуватися в більш упорядковану структуру, паралельну полю зсуву, що призводить до зменшення в’язкості та досягнення ньютонівського плато при вищих швидкостях зсуву.

Ця не-ньютонівська характеристика є перевагою в процесі нанесення покриття під час підготовки електродів. Перед використанняммашина для покриття електродів, суспензія транспортується з перевантажувальної ємності в камеру покриття за допомогою гвинтового насоса. Під час цього процесу суспензія піддається низькій зсувній силі та залишається у стані високої в’язкості, щоб підтримувати свою стабільність. Коли суспензія миттєво викидається з кромки головки для нанесення покриття, вона піддається високій швидкості зсуву, після чого в’язкість суспензії зменшується, забезпечуючи плавний потік. Після того, як суспензія передається в струмозбірник, швидкість зсуву зменшується, і вона залишається у стані високої в'язкості. Це може запобігти або зменшити осідання частинок, коли суспензія нерухома або під час процесу сушіння, забезпечуючи постійну товщину покриття.

В'язкопружність також є важливим еталонним стандартом для оцінки властивостей суспензії. Він демонструє взаємозв’язок між в’язкістю (рідина) та пружністю (тверда речовина) суспензії; Простіше кажучи, він характеризує, чи є суспензія більше схожою на рідину чи тверду речовину. Якщо суспензія літієвої батареї є лише в’язкою та нееластичною, під час нанесення покриття виникне сильне розтягування, що призведе до поганої якості покриття. Таким чином, суспензія літієвої батареї повинна володіти певним ступенем еластичності на додаток до в’язкості, що дозволяє зламаним волокнам швидко відскочити під час нанесення покриття та забезпечує рівномірне покриття. Якщо суспензія має дуже високу еластичність або взагалі не має в’язкості, це вказує на сильну агломерацію або тверду -структуру, що унеможливлює нанесення покриття.

В'язкопружність зазвичай вимірюють за допомогою реометра. Для вимірювання в’язкопружності суспензії застосовуються-вібраційні зсувні сили невеликої амплітуди, такі як амплітудне та частотне сканування.

Швидкість зсуву постійно збільшується від нуля до постійного значення, і під час цього процесу реєструється відповідна напруга зсуву. Потім швидкість зсуву поступово зменшують до нуля і записують відповідне значення напруги зсуву. Можна побудувати замкнуту криву залежності швидкості зсуву від напруги зсуву; ця крива називається тиксотропним нормальним кільцем. Чим більше площа нормального кільця, тим більше тиксотропність, і навпаки.

В’язкість є вирішальним фактором для оцінки стабільності суспензій літій-іонних акумуляторів. Як надмірно висока, так і низька в'язкість є шкідливими для покриття. Суспензії з високою-в’язкістю менш схильні до осідання та мають кращу здатність до диспергування, але надмірно висока в’язкість призводить до поганого вирівнювання, що ускладнює нанесення покриття та зменшує його швидкість. Відповідне зниження в'язкості сприяє підвищенню ефективності покриття. Низька в’язкість забезпечує хорошу текучість суспензії та допомагає видалити бульбашки повітря, але надмірно низька в’язкість призводить до труднощів висихання, знижує швидкість нанесення покриття, посилює нерівномірність покриття та може спричинити розтріскування покриття та агломерацію суспензії.

Під час виробництва, особливо після того, як суспензія стояла протягом певного періоду часу, в'язкість часто змінюється, головним чином трьома способами: підвищена в'язкість, знижена в'язкість і особливі випадки.

(1) Підвищена в'язкість:Після тривалого стояння колоїд змінюється зі стану золю на стан гелю, що призводить до збільшення в’язкості суспензії. Повільне перемішування суспензії відновить в’язкість.

(2) Зменшення в'язкості:В'язкість зменшується, коли сполучна речовина поглинає вологу і зазнає якісних змін, структурних змін під час перемішування або деградації. Тривале перемішування, надмірно висока швидкість перемішування та нерівномірна дисперсія суспензії під час гомогенізації можуть призвести до зниження в’язкості. Додавання стабілізаторів суспензії, диспергаторів або поверхнево-активних речовин може покращити стабільність суспензії завдяки принципам відштовхування заряду та стеричних перешкод. Крім того, всі компоненти повинні бути ретельно висушені перед гомогенізацією.

(3) Особливі випадки:Активні матеріали можуть поглинати вологу під час зберігання або перемішувати в середовищі з високою-вологістю, спричиняючи PVDF поглинання вологи та утворення «желеподібної-суспензії. Якщо суспензія має особливо виражену желе{3}}консистенцію, вона непридатна для використання. У цьому випадку проблемну суспензію можна висушити, сполучну речовину та NCM випарити та відокремити, потім просіяти, подрібнити та пропорційно змішати у звичайну суспензію. Потім його можна використовувати, не впливаючи на продуктивність акумулятора. Тому найефективнішим методом профілактики є ретельне висушування матеріалу перед гомогенізацією, вимірювання вмісту вологи та суворий контроль вологості під час гомогенізації.

Відсоток твердих речовин, таких як активні матеріали, провідні агенти та зв’язуючі, у загальній масі суспензії називається вмістом твердої речовини суспензії. Як правило, вміст твердої речовини знаходиться в діапазоні від 40% до 70%. Основним методом перевірки вмісту твердої речовини є метод сушіння. Зважте суспензію масою M, помістіть її при певній температурі, щоб розчинник висох, а потім знову зважте її масою m. Потім вміст твердої речовини розраховується як m=M/M. Для швидкого і відносно точного вимірювання вмісту твердої речовини в суспензії можна використовувати вологомір. Вологомір використовує принцип термічної втрати ваги; він рівномірно нагріває зразок галогенною лампою для випаровування розчинника та обчислює вміст твердої речовини за зміною маси до та після нагрівання.

За однакового процесу гомогенізації та рецептури, чим вищий вміст твердої речовини в суспензії, тим вища її в’язкість. Подібним чином, чим нижчий вміст твердої речовини, тим нижча в'язкість. У межах визначеного діапазону вмісту твердої речовини більш високе значення вказує на вищу стабільність суспензії. Збільшення вмісту твердої речовини може зменшити використання розчинника, скоротити час змішування суспензії та покращити ефективність покриття та сушіння. Однак із збільшенням вмісту твердої речовини в’язкість збільшується, текучість зменшується, що збільшує складність покриття та спричиняє сильніший знос обладнання.

Зв'язатися зараз