Com avaluar la pasta d'elèctrodes de la bateria d'ions de liti-?

En la producció de bateries d'ions de liti-, la preparació de purins és el primer procés. La idoneïtat de la pasta després de la barreja afecta directament el revestiment posterior i el rendiment final de la bateria, i és un indicador crucial del cost de la bateria. Per tant, la preparació de purins té un paper central en la fabricació de bateries d'ions de liti-. La investigació mostra que la distribució ideal de partícules microscòpiques d'un elèctrode de bateria d'ions de liti-es caracteritza per una dispersió uniforme de materials actius sense aglomeració i una dispersió de capa fina- de partícules d'agent conductor que formen una xarxa conductora. Les bateries d'ions de liti-fabricades amb elèctrodes amb distribució uniforme de partícules presenten un excel·lent rendiment electroquímic i una llarga vida útil. Per tant, la fluïdesa, l'estabilitat i la uniformitat dels purins de bateries d'ions de liti-es solen provar i caracteritzar per avaluar-ne la idoneïtat per als processos de recobriment posteriors i la seva contribució al rendiment dels materials actius de la bateria.

En la producció de bateries d'ions de liti-, la preparació de purins és el primer procés. La idoneïtat de la pasta després de la barreja afecta directament el revestiment posterior i el rendiment final de la bateria, i és un indicador crucial del cost de la bateria. Per tant, la preparació de purins té un paper central en la fabricació de bateries d'ions de liti-. Els estudis han demostrat que la distribució ideal de micropartícules dels elèctrodes de la bateria d'ions de liti-es caracteritza per una dispersió uniforme de materials actius sense aglomeració i una dispersió de capa fina- de partícules d'agent conductor que formen una xarxa conductora. Les bateries d'ions de liti-fabricades amb elèctrodes amb distribució uniforme de partícules presenten un excel·lent rendiment electroquímic i una llarga vida útil. Per tant, la fluïdesa, l'estabilitat i la uniformitat dels purins de bateries d'ions de liti-es solen provar i caracteritzar per avaluar-ne la idoneïtat per als processos de recobriment posteriors i la seva eficàcia per millorar el rendiment dels materials actius de la bateria.

Els purins d'elèctrodes són fluids no-newtonians i n'hi ha de dos tipus: els purins d'elèctrodes positius i els purins d'elèctrodes negatius, que es classifiquen en sistemes basats en oli-i aigua-. El purí agitat ha de tenir una bona fluïdesa, estabilitat i uniformitat. A la figura es mostren els estats dels purins amb diferent fluïdesa. Una viscositat excessivament baixa o alta, la sedimentació, l'aglomeració i la dispersió desigual poden afectar significativament els processos de recobriment posteriors, provocant defectes en l'aspecte macroscòpic de l'elèctrode i inconsistències en la seva microestructura. A diferència dels requisits de purins a les indústries tradicionals de fabricació de paper i recobriment, la uniformitat i l'estabilitat de la purina de la bateria de liti finalment afecten el rendiment elèctric de la bateria, donant lloc a una sèrie de problemes com ara la degradació de la tensió, la vida útil reduïda i la mala consistència de la bateria. Per tant, és crucial la caracterització i la prova adequada del purí abans del recobriment per determinar-ne la idoneïtat per al processament.

Quan flueix un líquid, es produeix la fricció interna entre les molècules; aquesta propietat s'anomena viscositat, mesurada numèricament.

Viscositat=Tensió de cisalla / Velocitat de cisalla

La relació funcional entre la velocitat de cisalla i l'esforç de cisalla s'anomena corba reològica, que s'utilitza habitualment per descriure la variació de la viscositat del purí (fluid) amb característiques de cisalla. Les corbes reològiques es poden utilitzar per distingir els tipus de fluids. Per als fluids newtonians, la relació entre l'esforç de tall i la velocitat de cisalla a la corba reològica és una línia recta que passa per l'origen.

En producció,viscosímetre digital de rotaciói els reòmetres s'utilitzen habitualment per mesurar la viscositat i les corbes reològiques. Els viscosímetres són senzills d'utilitzar, mentre que els reòmetres poden mesurar un rang més ampli i corbes de velocitat de cisallament/tensió de viscositat-més completes i proporcionar resultats més precisos. Els purins de bateries, com a fluids no-newtonians, presenten diverses propietats reològiques, com ara l'aprimament per cisalla, la viscoelasticitat i la tixotropia.

La majoria dels purins d'elèctrodes d'ions de liti-exhibeixen característiques d'aprimament per cisalla. Com es mostra a la figura, la viscositat de cisalla disminueix amb l'augment de la velocitat de cisalla. Aquesta característica és més pronunciada en purins amb alt contingut en sòlids. A velocitats de cisalla més altes, les forces de cisalla fortes pertorben l'estructura de xarxa formada entre els materials, fent que les partícules es reorganitzin en una estructura més ordenada paral·lela al camp de cisalla, donant lloc a una disminució de la viscositat i assolint un altiplà newtonià a velocitats de cisalla més altes.

Aquesta característica no-newtoniana és avantatjosa en el procés de recobriment de preparació d'elèctrodes. Abans d'utilitzar elmàquina de recobriment d'elèctrodes, el purín es transporta des del dipòsit de transferència a la cambra de recobriment mitjançant una bomba de cargol. Durant aquest procés, el purín està sotmès a una força de tall baixa i es manté en un estat d'alta viscositat per mantenir la seva estabilitat. Quan la purín s'expulsa instantàniament del llavi del cap de recobriment, se sotmet a una alta velocitat de cisalla, moment en què la viscositat de la purina disminueix, assegurant un flux suau. Després de transferir el purí al col·lector actual, la velocitat de cisalla disminueix i es manté en un estat d'alta viscositat. Això pot prevenir o reduir la sedimentació de partícules quan el purín està estacionari o durant el procés d'assecat, assegurant un gruix de recobriment consistent.

La viscoelasticitat també és un estàndard de referència important per avaluar les propietats dels purins. Demostra la relació entre la viscositat (líquid) i l'elasticitat (sòlid) de la purín; En poques paraules, caracteritza si el purín és més com un líquid o un sòlid. Si la suspensió de la bateria de liti només és viscosa i no té elasticitat, es produirà un encordat greu durant el recobriment, donant lloc a un rendiment deficient del recobriment. Per tant, el purín de la bateria de liti ha de tenir un cert grau d'elasticitat a més de la viscositat, permetent que els filaments trencats rebotin ràpidament durant el recobriment i assegurant un recobriment uniforme. Si el purí té una elasticitat molt alta o cap viscositat, indica una aglomeració severa o una estructura sòlida-que fa impossible el recobriment.

La viscoelasticitat es mesura generalment amb un reòmetre. S'apliquen forces de cisalla vibracional de petita amplitud, com ara l'escaneig d'amplitud i l'exploració de freqüència, per mesurar la viscoelasticitat del purí.

La velocitat de cisalla augmenta contínuament de zero a un valor constant, i durant aquest procés es registra l'esforç de cisalla corresponent. Aleshores, la velocitat de cisalla es redueix gradualment fins a zero i es registra el valor de la tensió de cisalla corresponent. Es pot traçar una corba tancada de velocitat de cisalla en funció de l'esforç de cisalla; aquesta corba s'anomena anell normal tixotròpic. Com més gran sigui l'àrea de l'anell normal, major serà el rendiment tixotròpic, i viceversa.

La viscositat és un factor crucial per avaluar l'estabilitat dels purins de bateries d'ions de liti-. Tant les viscositats excessivament altes com les baixes són perjudicials per al recobriment. Els purins d'alta-viscositat són menys propensos a decantar-se i tenen una millor dispersibilitat, però una viscositat excessivament alta produeix un nivell deficient, cosa que dificulta el recobriment i redueix la velocitat del recobriment. Reduir adequadament la viscositat ajuda a millorar l'eficiència del recobriment. La viscositat més baixa proporciona una bona fluïdesa del purí i ajuda a eliminar les bombolles d'aire, però una viscositat excessivament baixa provoca dificultats d'assecat, redueix la velocitat del recobriment, agreuja el recobriment desigual i pot provocar esquerdes del recobriment i aglomeració de purins.

Durant la producció, especialment després que el purín hagi estat durant un període de temps, la viscositat sovint canvia, principalment de tres maneres: augment de la viscositat, disminució de la viscositat i casos especials.

(1) Augment de la viscositat:Després d'una parada prolongada, el col·loide passa d'un estat de sol a un estat de gel, fent que augmenti la viscositat de la purina. Si remeneu lentament el purí, es restablirà la viscositat.

(2) Reducció de la viscositat:La viscositat disminueix quan l'aglutinant absorbeix humitat i pateix canvis qualitatius, alteracions estructurals durant l'agitació o degradació. L'agitació prolongada, la velocitat d'agitació excessivament ràpida i la dispersió desigual de la pasta durant l'homogeneïtzació poden provocar una reducció de la viscositat. L'addició d'estabilitzadors de purins, dispersants o tensioactius pot millorar l'estabilitat de les purins mitjançant els principis de repulsió de càrrega i impediment estèric. A més, tots els components s'han d'assecar a fons abans de l'homogeneïtzació.

(3) Casos especials:Els materials actius poden absorbir la humitat durant l'emmagatzematge o s'agiten en entorns d'alta-humitat, cosa que fa que el PVDF absorbeixi la humitat i produeixi un purí "com a gelatina-". Quan el purín presenta una consistència semblant a la gelatina-especialment pronunciada, és inutilitzable. En aquest cas, el purí problemàtic es pot assecar, l'aglutinant i NCM es pot vaporitzar i separar, després tamisar, triturar i barrejar proporcionalment en purín normal. Aleshores es pot utilitzar sense afectar el rendiment de la bateria. Per tant, el mètode de prevenció més eficaç és assecar bé el material abans de l'homogeneïtzació, mesurar el contingut d'humitat i controlar estrictament la humitat durant l'homogeneïtzació.

El percentatge de substàncies sòlides com ara materials actius, agents conductors i aglutinants en la massa total de la purín s'anomena contingut sòlid de la purín. En general, el contingut de sòlids està entre el 40% i el 70%. El mètode principal per provar el contingut sòlid és el mètode d'assecat. Pesar un purín amb una massa de M, posar-lo a una temperatura determinada per assecar el dissolvent i després pesar-lo de nou amb una massa de m. Aleshores, el contingut sòlid es calcula com a m=M/M. Es pot utilitzar un mesurador d'humitat per mesurar de manera ràpida i relativament precisa el contingut sòlid de la purín. El mesurador d'humitat utilitza el principi de pèrdua de pes tèrmica; escalfa uniformement la mostra amb una làmpada halògena per evaporar el dissolvent i calcula el contingut sòlid pel canvi de massa abans i després de l'escalfament.

Sota el mateix procés d'homogeneïtzació i formulació, com més gran sigui el contingut de sòlids de la pasta, més gran serà la seva viscositat. De la mateixa manera, com més baix sigui el contingut de sòlids, menor serà la viscositat. Dins d'un rang definit per al contingut sòlid, un valor més alt indica una major estabilitat de purins. Augmentar el contingut de sòlids pot reduir l'ús de dissolvents, escurçar el temps de barreja de purins i millorar l'eficiència de recobriment i assecat. No obstant això, a mesura que augmenta el contingut de sòlids, augmenta la viscositat, disminueix la fluïdesa, augmentant la dificultat del recobriment i provocant un desgast més greu de l'equip.

Contacta ara