Cum se evaluează pasta de electrozi ai bateriei cu litiu-ion?

În producția de baterii cu litiu-ion, prepararea nămolului este primul proces. Adecvarea nămolului după amestecare afectează în mod direct acoperirea ulterioară și performanța finală a bateriei și este un indicator crucial al costului bateriei. Prin urmare, prepararea nămolului joacă un rol central în fabricarea bateriilor cu litiu-ion. Cercetările arată că distribuția ideală de particule microscopice a unui electrod de baterie cu litiu-ion este caracterizată prin dispersia uniformă a materialelor active fără aglomerare și dispersia în strat subțire-a particulelor de agent conductiv care formează o rețea conductivă. Bateriile cu litiu-ion fabricate din electrozi cu distribuție uniformă a particulelor prezintă performanțe electrochimice excelente și durată de viață lungă. Prin urmare, fluiditatea, stabilitatea și uniformitatea șlamurilor de baterii cu litiu-ion sunt de obicei testate și caracterizate pentru a evalua adecvarea acestora pentru procesele ulterioare de acoperire și contribuția lor la performanța materialelor active ale bateriei.

În producția de baterii cu litiu-ion, prepararea nămolului este primul proces. Adecvarea nămolului după amestecare afectează în mod direct acoperirea ulterioară și performanța finală a bateriei și este un indicator crucial al costului bateriei. Prin urmare, prepararea nămolului joacă un rol central în fabricarea bateriilor cu litiu-ion. Studiile au arătat că distribuția ideală de microparticule a electrozilor bateriei cu litiu-ion este caracterizată prin dispersia uniformă a materialelor active fără aglomerare și dispersia în strat subțire-a particulelor de agent conductiv care formează o rețea conductivă. Bateriile cu litiu-ion fabricate din electrozi cu distribuție uniformă a particulelor prezintă performanțe electrochimice excelente și durată de viață lungă. Prin urmare, fluiditatea, stabilitatea și uniformitatea șlamurilor de baterii cu litiu-ion sunt de obicei testate și caracterizate pentru a evalua adecvarea acestora pentru procesele ulterioare de acoperire și eficacitatea lor în îmbunătățirea performanței materialelor active ale bateriei.

Suspensiile cu electrozi sunt fluide non-newtoniene și există două tipuri: șlamuri cu electrozi pozitivi și șlamuri cu electrozi negativi, care sunt clasificate în sisteme pe bază de ulei-și apă-. Suspensia agitată trebuie să aibă o bună curgere, stabilitate și uniformitate. Stările nămolurilor cu fluiditate diferită sunt prezentate în figură. Vâscozitatea excesivă scăzută sau ridicată, sedimentarea, aglomerarea și dispersia neuniformă pot avea un impact semnificativ asupra proceselor de acoperire ulterioare, provocând defecte în aspectul macroscopic al electrodului și inconsecvențe în microstructura acestuia. Spre deosebire de cerințele pentru șlam din industriile tradiționale de fabricare a hârtiei și de acoperire, uniformitatea și stabilitatea șlamului bateriei cu litiu afectează în cele din urmă performanța electrică a bateriei, ducând la o serie de probleme, cum ar fi degradarea tensiunii, durata de viață redusă și consistența slabă a bateriei. Prin urmare, este crucială caracterizarea și testarea adecvată a suspensiei înainte de acoperire pentru a determina adecvarea acesteia pentru procesare.

Când curge un lichid, are loc frecarea internă între molecule; această proprietate se numește vâscozitate, măsurată numeric.

Vâscozitate=Efort de forfecare / Rată de forfecare

Relația funcțională dintre viteza de forfecare și efortul de forfecare se numește curbă reologică, folosită în mod obișnuit pentru a descrie variația vâscozității nămolului (fluid) cu caracteristicile de forfecare. Curbele reologice pot fi folosite pentru a distinge tipurile de fluide. Pentru fluidele newtoniene, relația dintre efortul de forfecare și viteza de forfecare pe curba reologică este o linie dreaptă care trece prin origine.

In productie,vâscozimetru digital rotativiar reometrele sunt utilizate în mod obișnuit pentru a măsura vâscozitatea și curbele reologice. Viscozimetrele sunt simplu de utilizat, în timp ce reometrele pot măsura o gamă mai largă și curbe mai cuprinzătoare de vâscozitate-viteza de forfecare/tensiunea și oferă rezultate mai precise. Suspensiile de baterii, ca fluide non-newtoniene, prezintă diverse proprietăți reologice, inclusiv subțierea prin forfecare, vâscoelasticitate și tixotropie.

Majoritatea șlamurilor de electrozi cu ioni de litiu- prezintă caracteristici de subțiere prin forfecare. După cum se arată în figură, vâscozitatea la forfecare scade odată cu creșterea ratei de forfecare. Această caracteristică este mai pronunțată în suspensiile cu conținut ridicat de solide. La viteze de forfecare mai mari, forțele puternice de forfecare perturbă structura rețelei formată între materiale, determinând particulele să se rearanjeze într-o structură mai ordonată paralelă cu câmpul de forfecare, ducând la o scădere a vâscozității și atingând un platou newtonian la rate de forfecare mai mari.

Această caracteristică non-newtoniană este avantajoasă în procesul de acoperire al pregătirii electrozilor. Înainte de a utilizamașină de acoperire cu electrozi, nămolul este transportat din rezervorul de transfer în camera de acoperire printr-o pompă cu șurub. În timpul acestui proces, suspensia este supusă unei forțe de forfecare scăzute și rămâne într-o stare de vâscozitate ridicată pentru a-și menține stabilitatea. Atunci când suspensia este ejectată instantaneu din buza capului de acoperire, este supusă unei viteze de forfecare ridicate, moment în care vâscozitatea suspensiei scade, asigurând o curgere lină. După ce nămolul este transferat la colectorul de curent, viteza de forfecare scade și rămâne într-o stare de vâscozitate ridicată. Acest lucru poate preveni sau reduce sedimentarea particulelor atunci când suspensia este staționară sau în timpul procesului de uscare, asigurând o grosime consistentă a stratului de acoperire.

Viscoelasticitatea este, de asemenea, un standard de referință important pentru evaluarea proprietăților șlamului. Demonstrează relația dintre vâscozitatea (lichid) și elasticitatea (solid) a suspensiei; Pur și simplu, caracterizează dacă suspensia este mai degrabă un lichid sau un solid. Dacă nămolul bateriei cu litiu este doar vâscos și nu are elasticitate, în timpul acoperirii va apărea o încordare severă, rezultând o performanță slabă a acoperirii. Prin urmare, suspensia bateriei cu litiu trebuie să posede un anumit grad de elasticitate pe lângă vâscozitate, permițând filamentelor rupte să revină rapid în timpul acoperirii și asigurând o acoperire uniformă. Dacă suspensia are o elasticitate foarte mare sau deloc vâscozitate, aceasta indică o aglomerare severă sau o structură asemănătoare-solidului, ceea ce face imposibilă acoperirea.

Viscoelasticitatea se măsoară în general cu ajutorul unui reometru. Forțele de forfecare vibraționale cu amplitudine mică-, cum ar fi scanarea în amplitudine și scanarea în frecvență, sunt aplicate pentru a măsura vâscoelasticitatea suspensiei.

Viteza de forfecare este crescută continuu de la zero la o valoare constantă, iar tensiunea de forfecare corespunzătoare este înregistrată în timpul acestui proces. Apoi, viteza de forfecare este redusă treptat la zero și este înregistrată valoarea corespunzătoare a tensiunii de forfecare. Poate fi trasată o curbă închisă a vitezei de forfecare în funcție de efortul de forfecare; această curbă se numește inel normal tixotrop. Cu cât aria inelului normal este mai mare, cu atât performanța tixotropică este mai mare și invers.

Vâscozitatea este un factor crucial în evaluarea stabilității șlamurilor de baterii cu litiu-ion. Atât vâscozitățile excesiv de mari cât și cele scăzute sunt dăunătoare pentru acoperire. Suspensiile cu vâscozitate-înaltă sunt mai puțin predispuse la decantare și au o dispersibilitate mai bună, dar vâscozitatea excesivă are ca rezultat o nivelare slabă, îngreunând acoperirea și reducând viteza de acoperire. Reducerea adecvată a vâscozității ajută la îmbunătățirea eficienței acoperirii. Vâscozitatea mai scăzută asigură o bună curgere a șlamului și ajută la îndepărtarea bulelor de aer, dar vâscozitatea excesiv de scăzută duce la dificultăți de uscare, reduce viteza de acoperire, exacerbează acoperirea neuniformă și poate provoca fisurarea stratului de acoperire și aglomerarea șlamului.

În timpul producției, în special după ce suspensia a stat o perioadă de timp, vâscozitatea se modifică adesea, în principal în trei moduri: vâscozitate crescută, vâscozitate scăzută și cazuri speciale.

(1) Vâscozitate crescută:După o stare prelungită, coloidul se schimbă dintr-o stare de sol în stare de gel, determinând creșterea vâscozității suspensiei. Agitarea lent a suspensiei va restabili vâscozitatea.

(2) Reducerea vâscozității:Vâscozitatea scade atunci când liantul absoarbe umezeala și suferă modificări calitative, modificări structurale în timpul amestecării sau degradare. Agitarea prelungită, viteza de agitare excesiv de rapidă și dispersia neuniformă a suspensiei în timpul omogenizării pot duce toate la reducerea vâscozității. Adăugarea de stabilizatori, dispersanți sau agenți tensioactivi a șlamului poate îmbunătăți stabilitatea șlamului prin principiile respingerii sarcinii și obstacolului steric. În plus, toate componentele trebuie să fie bine uscate înainte de omogenizare.

(3) Cazuri speciale:Materialele active pot absorbi umezeala în timpul depozitării sau pot fi agitate în medii cu umiditate ridicată-, făcând ca PVDF să absoarbă umiditatea și să producă o suspensie „asemănătoare-jeleului”. Atunci când suspensia prezintă o consistență deosebit de pronunțată asemănătoare jeleului-, este inutilizabilă. În acest caz, suspensia problematică poate fi uscată, liantul și NCM vaporizate și separate, apoi cernute, măcinate și amestecate proporțional în suspensie normală. Apoi poate fi utilizat fără a afecta performanța bateriei. Prin urmare, cea mai eficientă metodă de prevenire este uscarea completă a materialului înainte de omogenizare, măsurarea conținutului de umiditate și controlul strict al umidității în timpul omogenizării.

Procentul de substanțe solide, cum ar fi materiale active, agenți conductivi și lianți în masa totală a suspensiei se numește conținutul solid al suspensiei. În general, conținutul de solid este în intervalul de la 40% la 70%. Metoda principală de testare a conținutului de solide este metoda de uscare. Se cântărește o suspensie cu o masă de M, se pune la o anumită temperatură pentru a usca solventul și apoi se cântărește din nou cu o masă de m. Conținutul solid este apoi calculat ca m=M/M. Un contor de umiditate poate fi utilizat pentru a măsura rapid și relativ precis conținutul de solid al suspensiei. Contorul de umiditate folosește principiul pierderii în greutate termică; acesta încălzește uniform proba cu o lampă cu halogen pentru a evapora solventul și calculează conținutul de solid prin modificarea masei înainte și după încălzire.

În cadrul aceluiași proces de omogenizare și formulare, cu cât conținutul de solid al suspensiei este mai mare, cu atât este mai mare vâscozitatea acestuia. În mod similar, cu cât conținutul de solid este mai mic, cu atât vâscozitatea este mai mică. Într-un interval definit pentru conținutul de solide, o valoare mai mare indică o stabilitate mai mare a suspensiei. Creșterea conținutului de solide poate reduce utilizarea solvenților, poate scurta timpul de amestecare a șlamului și poate îmbunătăți eficiența acoperirii și uscării. Cu toate acestea, pe măsură ce conținutul de solid crește, vâscozitatea crește, fluiditatea scade, crescând dificultatea de acoperire și provocând o uzură mai severă a echipamentului.

Contactați acum