Как оценить суспензию электродов литий-ионной батареи?

При производстве литий-ионных-аккумуляторов первым процессом является приготовление суспензии. Пригодность раствора после смешивания напрямую влияет на последующее покрытие и конечные характеристики батареи, а также является важнейшим показателем стоимости батареи. Поэтому приготовление суспензии играет центральную роль в производстве литий-ионных аккумуляторов. Исследования показывают, что идеальное микроскопическое распределение частиц в электроде литий-ионного аккумулятора характеризуется равномерной дисперсией активных материалов без агломерации и тонко-слойной дисперсией частиц проводящего агента, образующих проводящую сетку. Литий-ионные аккумуляторы, изготовленные из электродов с равномерным распределением частиц, обладают отличными электрохимическими характеристиками и длительным сроком службы. Поэтому текучесть, стабильность и однородность суспензий литий-ионных аккумуляторов обычно проверяются и характеризуются, чтобы оценить их пригодность для последующих процессов нанесения покрытия и их вклад в характеристики активных материалов аккумулятора.

При производстве литий-ионных-аккумуляторов первым процессом является приготовление суспензии. Пригодность раствора после смешивания напрямую влияет на последующее покрытие и конечные характеристики батареи, а также является важнейшим показателем стоимости батареи. Поэтому приготовление суспензии играет центральную роль в производстве литий-ионных аккумуляторов. Исследования показали, что идеальное распределение микрочастиц в электродах литий-ионных аккумуляторов характеризуется равномерным диспергированием активных материалов без агломерации и тонким-слойным диспергированием частиц проводящего агента, образующих проводящую сетку. Литий-ионные аккумуляторы, изготовленные из электродов с равномерным распределением частиц, обладают отличными электрохимическими характеристиками и длительным сроком службы. Поэтому текучесть, стабильность и однородность суспензий литий-ионных аккумуляторов обычно проверяются и характеризуются, чтобы оценить их пригодность для последующих процессов нанесения покрытия и их эффективность в улучшении характеристик активных материалов аккумулятора.

Электродные суспензии — это не-ньютоновские жидкости. Их можно разделить на два типа: суспензии положительных электродов и суспензии отрицательных электродов, которые подразделяются на системы на основе масла-и воды-. Перемешанная суспензия должна обладать хорошей сыпучестью, стабильностью и однородностью. На рисунке показаны состояния суспензий с различной сыпучестью. Чрезмерно низкая или высокая вязкость, седиментация, агломерация и неравномерное диспергирование могут существенно повлиять на последующие процессы нанесения покрытия, вызывая дефекты макроскопического внешнего вида электрода и противоречия в его микроструктуре. В отличие от требований, предъявляемых к суспензии в традиционных отраслях производства бумаги и покрытий, однородность и стабильность суспензии литиевых батарей в конечном итоге влияют на электрические характеристики батареи, что приводит к ряду проблем, таких как снижение напряжения, сокращение срока службы и плохая стабильность батареи. Поэтому правильная характеристика и тестирование суспензии перед нанесением покрытия для определения ее пригодности для обработки имеют решающее значение.

Когда жидкость течет, между молекулами возникает внутреннее трение; это свойство называется вязкостью и измеряется численно.

Вязкость=Напряжение сдвига/скорость сдвига

Функциональная зависимость между скоростью сдвига и напряжением сдвига называется реологической кривой и обычно используется для описания изменения вязкости суспензии (жидкости) в зависимости от характеристик сдвига. Реологические кривые можно использовать для различения типов жидкостей. Для ньютоновских жидкостей зависимость между напряжением сдвига и скоростью сдвига на реологической кривой представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат.

В производстве,цифровой ротационный вискозиметра реометры обычно используются для измерения вязкости и реологических кривых. Вискозиметры просты в эксплуатации, а реометры позволяют измерять более широкий диапазон и более полные кривые вязкости-скорости сдвига/напряжения и обеспечивать более точные результаты. Батарейные суспензии, как не-ньютоновские жидкости, проявляют различные реологические свойства, включая разжижение при сдвиге, вязкоупругость и тиксотропию.

Большинство суспензий литий-ионных электродов обладают характеристиками утончения при сдвиге. Как показано на рисунке, сдвиговая вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига. Эта характеристика более выражена в суспензиях с высоким содержанием твердых веществ. При более высоких скоростях сдвига сильные сдвиговые силы разрушают сетчатую структуру, образованную между материалами, заставляя частицы перестраиваться в более упорядоченную структуру, параллельную сдвиговому полю, что приводит к уменьшению вязкости и достижению ньютоновского плато при более высоких скоростях сдвига.

Эта не-ньютоновская характеристика полезна в процессе нанесения покрытия при подготовке электродов. Прежде чем использоватьмашина для нанесения покрытия на электродысуспензия транспортируется из перегрузочного резервуара в камеру нанесения покрытия винтовым насосом. Во время этого процесса суспензия подвергается воздействию низкой силы сдвига и остается в состоянии высокой вязкости, чтобы сохранить свою стабильность. Когда суспензия мгновенно выбрасывается из кромки головки покрытия, она подвергается высокой скорости сдвига, после чего вязкость суспензии снижается, обеспечивая плавный поток. После того, как суспензия переносится в токосъемник, скорость сдвига снижается, и она остается в состоянии высокой вязкости. Это может предотвратить или уменьшить осаждение частиц, когда суспензия неподвижна или в процессе сушки, обеспечивая постоянную толщину покрытия.

Вяскоэластичность также является важным эталоном для оценки свойств суспензий. Он демонстрирует взаимосвязь между вязкостью (жидкость) и эластичностью (твердое тело) суспензии; Проще говоря, он характеризует, является ли суспензия более жидкой или твердой. Если суспензия литиевой батареи является только вязкой и не обладает эластичностью, во время нанесения покрытия произойдет сильное стягивание, что приведет к ухудшению характеристик покрытия. Следовательно, суспензия литиевой батареи должна обладать определенной степенью эластичности в дополнение к вязкости, позволяя разорванным нитям быстро восстанавливаться во время нанесения покрытия и обеспечивая равномерное покрытие. Если суспензия имеет очень высокую эластичность или вообще не имеет вязкости, это указывает на сильную агломерацию или твердую-структуру, что делает нанесение покрытия невозможным.

Вязкоупругость обычно измеряют с помощью реометра. Вибрационные сдвиговые силы малой-амплитуды, такие как сканирование амплитуды и частоты, применяются для измерения вязкоупругости суспензии.

Скорость сдвига непрерывно увеличивается от нуля до постоянного значения, при этом регистрируется соответствующее напряжение сдвига. Затем скорость сдвига постепенно уменьшают до нуля и фиксируют соответствующее значение напряжения сдвига. Можно построить замкнутую кривую зависимости скорости сдвига от напряжения сдвига; эта кривая называется тиксотропным нормальным кольцом. Чем больше площадь нормального кольца, тем выше тиксотропные характеристики, и наоборот.

Вязкость является решающим фактором при оценке стабильности суспензий литий-ионных аккумуляторов. Как чрезмерно высокая, так и низкая вязкость губительны для покрытия. Жидкости с высокой-вязкостью менее склонны к осаждению и обладают лучшей диспергируемостью, однако чрезмерно высокая вязкость приводит к плохому выравниванию, затрудняет нанесение покрытия и снижает скорость нанесения покрытия. Соответствующее снижение вязкости помогает повысить эффективность покрытия. Более низкая вязкость обеспечивает хорошую текучесть суспензии и помогает удалить пузырьки воздуха, но чрезмерно низкая вязкость приводит к трудностям сушки, снижает скорость нанесения покрытия, усугубляет неравномерность покрытия и может вызвать растрескивание покрытия и агломерацию суспензии.

Во время производства, особенно после того, как суспензия простояла в течение определенного периода времени, вязкость часто меняется, в основном по трем направлениям: повышенная вязкость, пониженная вязкость и особые случаи.

(1) Повышенная вязкость:После длительного стояния коллоид переходит из состояния золя в состояние геля, что приводит к увеличению вязкости суспензии. Медленное перемешивание суспензии восстановит вязкость.

(2) Снижение вязкости:Вязкость снижается, когда связующее вещество поглощает влагу и претерпевает качественные изменения, структурные изменения при перемешивании или деградацию. Длительное перемешивание, слишком высокая скорость перемешивания и неравномерное распределение суспензии во время гомогенизации могут привести к снижению вязкости. Добавление стабилизаторов суспензии, диспергаторов или поверхностно-активных веществ может улучшить стабильность суспензии за счет принципов отталкивания заряда и стерических затруднений. Кроме того, все компоненты должны быть тщательно высушены перед гомогенизацией.

(3) Особые случаи:Активные материалы могут впитывать влагу во время хранения или перемешиваться в условиях высокой-влажности, в результате чего ПВДФ впитывает влагу и образует "желеобразную" суспензию. Когда суспензия приобретает особенно выраженную желеобразную-консистенцию, она непригодна для использования. В этом случае проблемную суспензию можно высушить, связующее и NCM испарить и разделить, затем просеять, измельчить и пропорционально смешать с обычной суспензией. После этого его можно будет использовать, не влияя на производительность аккумулятора. Поэтому наиболее эффективным методом профилактики является тщательная сушка материала перед гомогенизацией, измерение содержания влаги и строгий контроль влажности во время гомогенизации.

Процент твердых веществ, таких как активные материалы, проводящие агенты и связующие вещества, в общей массе суспензии называется содержанием твердых веществ в суспензии. Обычно содержание твердых веществ находится в диапазоне от 40% до 70%. Основным методом проверки содержания твердых веществ является метод сушки. Взвесьте суспензию массой М, поместите ее при определенной температуре для высыхания растворителя, а затем снова взвесьте ее массой М. Затем содержание твердого вещества рассчитывают как m=M/M. Влагомер можно использовать для быстрого и относительно точного измерения содержания твердых веществ в суспензии. Влагомер использует принцип термической потери веса; он равномерно нагревает образец галогенной лампой для испарения растворителя и рассчитывает содержание твердого вещества по изменению массы до и после нагревания.

При одном и том же процессе гомогенизации и рецептуре, чем выше содержание твердых веществ в суспензии, тем выше ее вязкость. Аналогично, чем ниже содержание твердых веществ, тем ниже вязкость. В пределах определенного диапазона содержания твердых веществ более высокое значение указывает на более высокую стабильность раствора. Увеличение содержания твердого вещества может сократить использование растворителя, сократить время смешивания суспензии и повысить эффективность нанесения покрытия и сушки. Однако по мере увеличения содержания твердых веществ вязкость увеличивается, текучесть снижается, что увеличивает сложность нанесения покрытия и вызывает более сильный износ оборудования.

Свяжитесь сейчас