Kako oceniti brozgo elektrode za litij-ionsko baterijo?

Pri proizvodnji litij{0}}ionskih baterij je priprava gnojevke prvi postopek. Primernost mešanice po mešanju neposredno vpliva na kasnejši premaz in končno zmogljivost baterije ter je ključni pokazatelj stroškov baterije. Zato ima priprava gnojevke osrednjo vlogo pri proizvodnji litij-ionskih baterij. Raziskave kažejo, da je za idealno mikroskopsko porazdelitev delcev elektrode litij-ionske baterije značilna enotna disperzija aktivnih materialov brez aglomeracije in tanko{6}}plastna disperzija delcev prevodnega sredstva, ki tvorijo prevodno mrežo. Litij-ionske baterije, narejene iz elektrod z enakomerno porazdelitvijo delcev, imajo odlično elektrokemično zmogljivost in dolgo življenjsko dobo. Zato se pretočnost, stabilnost in enotnost mešanic litij-ionskih baterij običajno testirajo in karakterizirajo, da se oceni njihova primernost za kasnejše postopke nanašanja premazov in njihov prispevek k delovanju aktivnih materialov baterije.

Pri proizvodnji litij{0}}ionskih baterij je priprava gnojevke prvi postopek. Primernost mešanice po mešanju neposredno vpliva na kasnejši premaz in končno zmogljivost baterije ter je ključni pokazatelj stroškov baterije. Zato ima priprava gnojevke osrednjo vlogo pri proizvodnji litij-ionskih baterij. Študije so pokazale, da je za idealno porazdelitev mikrodelcev elektrod litij-ionske baterije značilna enotna disperzija aktivnih materialov brez aglomeracije in tanko{6}}plastna disperzija delcev prevodnega sredstva, ki tvorijo prevodno mrežo. Litij-ionske baterije, narejene iz elektrod z enakomerno porazdelitvijo delcev, imajo odlično elektrokemično zmogljivost in dolgo življenjsko dobo. Zato se pretočnost, stabilnost in enotnost mešanic litij-ionskih baterij običajno testirajo in karakterizirajo, da se oceni njihova primernost za nadaljnje postopke nanašanja premazov in njihova učinkovitost pri izboljšanju delovanja aktivnih materialov baterije.

Gnojnice elektrod so ne-Newtonove tekočine in obstajata dve vrsti: gošče pozitivnih elektrod in gošče negativnih elektrod, ki so razvrščene v sisteme na osnovi-olja in-na osnovi vode. Mešana gnojevka mora imeti dobro pretočnost, stabilnost in enotnost. Na sliki so prikazana stanja gošč z različno sipkostjo. Pretirano nizka ali visoka viskoznost, sedimentacija, aglomeracija in neenakomerna disperzija lahko znatno vplivajo na kasnejše postopke nanašanja premazov, kar povzroči napake v makroskopskem videzu elektrode in nedoslednosti v njeni mikrostrukturi. Za razliko od zahtev za gnojevko v tradicionalni proizvodnji papirja in industriji premazov enotnost in stabilnost brozge litijeve baterije na koncu vplivata na električno zmogljivost baterije, kar vodi do vrste težav, kot so degradacija napetosti, zmanjšana življenjska doba cikla in slaba doslednost baterije. Zato je ključnega pomena pravilna karakterizacija in testiranje gnojevke pred nanosom premaza, da se ugotovi njena primernost za predelavo.

Ko tekočina teče, pride do notranjega trenja med molekulami; ta lastnost se imenuje viskoznost, merjena numerično.

Viskoznost=strižna napetost / strižna hitrost

Funkcionalno razmerje med strižno hitrostjo in strižno napetostjo se imenuje reološka krivulja, ki se običajno uporablja za opis variacije viskoznosti gošče (tekočine) s strižnimi značilnostmi. Reološke krivulje se lahko uporabljajo za razlikovanje vrst tekočin. Za Newtonove tekočine je razmerje med strižno napetostjo in strižno hitrostjo na reološki krivulji ravna črta, ki poteka skozi izhodišče.

V proizvodnji,digitalni rotacijski viskozimeterin reometri se običajno uporabljajo za merjenje viskoznosti in reoloških krivulj. Viskozimetri so preprosti za uporabo, medtem ko lahko reometri merijo širši razpon in bolj celovite krivulje-viskoznosti/napetosti ter zagotavljajo natančnejše rezultate. Baterijske gošče kot ne-newtonske tekočine kažejo različne reološke lastnosti, vključno s strižnim redčenjem, viskoelastičnostjo in tiksotropijo.

Večina gošč za litij-ionske elektrode ima lastnosti redčenja zaradi striga. Kot je prikazano na sliki, se strižna viskoznost zmanjšuje z naraščajočo strižno hitrostjo. Ta lastnost je bolj izrazita pri gnojevkah z visoko vsebnostjo trdnih delcev. Pri višjih strižnih hitrostih močne strižne sile motijo ​​mrežno strukturo, ki nastane med materiali, zaradi česar se delci prerazporedijo v bolj urejeno strukturo, vzporedno s strižnim poljem, kar ima za posledico zmanjšanje viskoznosti in doseganje Newtonovega platoja pri višjih strižnih hitrostih.

Ta ne-Newtonova lastnost je ugodna pri postopku premazovanja pri pripravi elektrod. Pred uporabostroj za nanašanje elektrod, se gnojevka transportira iz rezervoarja za prenos v komoro za nanos z vijačno črpalko. Med tem procesom je gošča izpostavljena nizki strižni sili in ostane v stanju visoke viskoznosti, da ohrani svojo stabilnost. Ko se gošča v trenutku izvrže iz roba nanosne glave, je izpostavljena visoki strižni stopnji, pri kateri se viskoznost gošče zmanjša, kar zagotavlja nemoten pretok. Ko se gnojevka prenese v zbiralnik toka, se strižna hitrost zmanjša in ostane v stanju visoke viskoznosti. To lahko prepreči ali zmanjša usedanje delcev, ko je gnojevka v mirovanju ali med postopkom sušenja, kar zagotavlja enakomerno debelino nanosa.

Viskoelastičnost je tudi pomemben referenčni standard za ocenjevanje lastnosti gnojevke. Prikazuje razmerje med viskoznostjo (tekočina) in elastičnostjo (trdna snov) gošče; preprosto povedano, označuje, ali je gnojevka bolj podobna tekočini ali trdni snovi. Če je zmes litijeve baterije samo viskozna in nima elastičnosti, bo med nanosom prišlo do močnega nanizanja, kar bo povzročilo slabo učinkovitost premaza. Zato mora imeti zmes litijeve baterije poleg viskoznosti tudi določeno stopnjo elastičnosti, ki omogoča, da se zlomljeni filamenti med nanosom hitro odbijejo in zagotavljajo enakomeren premaz. Če ima gošča zelo visoko elastičnost ali sploh nima viskoznosti, to kaže na močno aglomeracijo ali trdno-podobno strukturo, zaradi česar je nanos premaza nemogoč.

Viskoelastičnost se običajno meri z reometrom. Vibracijske strižne sile-z majhno amplitudo, kot sta skeniranje amplitude in frekvenčno skeniranje, se uporabljajo za merjenje viskoelastičnosti mešanice.

Strižna hitrost se nenehno povečuje od nič do konstantne vrednosti, med tem procesom pa se zabeleži ustrezna strižna napetost. Nato se strižna hitrost postopoma zmanjša na nič in zabeleži se ustrezna vrednost strižne napetosti. Lahko se nariše zaprta krivulja strižne hitrosti glede na strižno napetost; ta krivulja se imenuje tiksotropni normalni obroč. Večja kot je površina normalnega obroča, večja je tiksotropna zmogljivost in obratno.

Viskoznost je ključni dejavnik pri ocenjevanju stabilnosti mešanice litij{0}}ionskih baterij. Previsoke in nizke viskoznosti so škodljive za premaz. Visoko{3}}viskozne gošče so manj nagnjene k usedanju in imajo boljšo disperzibilnost, vendar pretirano visoka viskoznost povzroči slabo izravnavo, kar oteži nanašanje premaza in zmanjša hitrost premazovanja. Ustrezno zmanjšanje viskoznosti pomaga izboljšati učinkovitost premaza. Nižja viskoznost zagotavlja dobro pretočnost gnojevke in pomaga odstraniti zračne mehurčke, vendar pretirano nizka viskoznost povzroči težave pri sušenju, zmanjša hitrost nanosa premaza, poslabša neenakomeren premaz in lahko povzroči razpoke premaza in aglomeracijo gnojevke.

Med proizvodnjo, zlasti po tem, ko je gnojevka nekaj časa stala, se viskoznost pogosto spremeni, predvsem na tri načine: povečana viskoznost, zmanjšana viskoznost in posebni primeri.

(1) Povečana viskoznost:Po daljšem stanju se koloid spremeni iz stanja sola v stanje gela, kar povzroči povečanje viskoznosti gošče. Počasno mešanje brozge bo obnovilo viskoznost.

(2) Zmanjšanje viskoznosti:Viskoznost se zmanjša, ko vezivo absorbira vlago in je podvrženo kvalitativnim spremembam, strukturnim spremembam med mešanjem ali razgradnji. Dolgotrajno mešanje, prehitra hitrost mešanja in neenakomerna disperzija gošče med homogenizacijo lahko vodijo do zmanjšanja viskoznosti. Dodajanje stabilizatorjev gnojevke, disperzij ali površinsko aktivnih snovi lahko izboljša stabilnost gnojevke z načeli odbijanja naboja in steričnih ovir. Poleg tega morajo biti vse komponente pred homogenizacijo temeljito posušene.

(3) Posebni primeri:Aktivni materiali lahko absorbirajo vlago med shranjevanjem ali se mešajo v okoljih z visoko-vlažnostjo, kar povzroči, da PVDF absorbira vlago in proizvede "žele{1}}podobno" brozgo. Ko ima gošča posebno izrazito želatinasto-konsistenco, je neuporabna. V tem primeru lahko problematično gnojevko posušimo, vezivo in NCM uparimo in ločimo, nato presejemo, zmeljemo in sorazmerno vmešamo v običajno gnojevko. Nato se lahko uporablja brez vpliva na delovanje baterije. Zato je najučinkovitejša preventivna metoda temeljito sušenje materiala pred homogenizacijo, merjenje vsebnosti vlage in strog nadzor vlažnosti med homogenizacijo.

Odstotek trdnih snovi, kot so aktivni materiali, prevodna sredstva in veziva v skupni masi gnojevke, se imenuje vsebnost trdnih snovi v gnojevki. Na splošno je vsebnost trdne snovi v območju od 40 % do 70 %. Glavna metoda za testiranje vsebnosti trdnih snovi je metoda sušenja. Stehtajte goščo z maso M, jo postavite na določeno temperaturo, da se topilo posuši, nato pa jo ponovno stehtajte z maso m. Vsebnost trdne snovi se nato izračuna kot m=M/M. Za hitro in razmeroma natančno merjenje vsebnosti trdne snovi v gnojevki lahko uporabite merilnik vlage. Merilnik vlage uporablja princip toplotne izgube teže; enakomerno segreje vzorec s halogensko žarnico, da topilo izhlapi, in izračuna vsebnost trdne snovi s spremembo mase pred in po segrevanju.

Pri istem procesu homogenizacije in formulaciji je večja kot je vsebnost trdne snovi v gošči, večja je njena viskoznost. Podobno, manjša kot je vsebnost trdne snovi, nižja je viskoznost. Znotraj definiranega območja za vsebnost trdnih snovi višja vrednost pomeni večjo stabilnost gnojevke. Povečanje vsebnosti trdnih snovi lahko zmanjša porabo topil, skrajša čas mešanja gnojevke in izboljša učinkovitost premazovanja in sušenja. Ko pa se vsebnost trdne snovi poveča, se viskoznost poveča, pretočnost se zmanjša, kar poveča težave pri nanosu in povzroči večjo obrabo opreme.

Kontaktirajte zdaj