Hvordan vurdere litium-ion-batterielektrodeslurry?

I produksjon av litium-ionbatterier er slurrypreparering den første prosessen. Egnetheten til slurryen etter blanding påvirker direkte påfølgende belegg og endelig batteriytelse, og er en avgjørende indikator på batterikostnad. Derfor spiller oppslemming en sentral rolle i produksjon av litium-ionbatterier. Forskning viser at den ideelle mikroskopiske partikkelfordelingen til en litium-ionbatterielektrode er preget av jevn spredning av aktive materialer uten agglomerering, og tynn-lagsdispersjon av ledende middelpartikler som danner et ledende nettverk. Litium-ionbatterier laget av elektroder med jevn partikkelfordeling viser utmerket elektrokjemisk ytelse og lang levetid. Derfor blir flytbarheten, stabiliteten og ensartetheten til litium{10}}ionbatterislam typisk testet og karakterisert for å evaluere deres egnethet for påfølgende belegningsprosesser og deres bidrag til ytelsen til batteriets aktive materialer.

I produksjon av litium-ionbatterier er slurrypreparering den første prosessen. Egnetheten til slurryen etter blanding påvirker direkte påfølgende belegg og endelig batteriytelse, og er en avgjørende indikator på batterikostnad. Derfor spiller oppslemming en sentral rolle i produksjon av litium-ionbatterier. Studier har vist at den ideelle mikropartikkelfordelingen av litium-ionbatterielektroder er preget av jevn spredning av aktive materialer uten agglomerering, og tynn-lagsdispersjon av ledende middelpartikler som danner et ledende nettverk. Litium-ionbatterier laget av elektroder med jevn partikkelfordeling viser utmerket elektrokjemisk ytelse og lang levetid. Derfor blir flytbarheten, stabiliteten og ensartetheten til litium{10}ionbatterislam typisk testet og karakterisert for å evaluere deres egnethet for påfølgende belegningsprosesser og deres effektivitet for å forbedre ytelsen til batteriets aktive materialer.

Elektrodeslam er ikke-newtonske væsker, og det er to typer: positive elektrodeslam og negative elektrodeoppslemminger, som er klassifisert i olje-baserte og vann-baserte systemer. Den omrørte slurryen må ha god flytbarhet, stabilitet og jevnhet. Tilstandene til slurryer med ulik flytbarhet er vist i figuren. For lav eller høy viskositet, sedimentering, agglomerering og ujevn spredning kan ha betydelig innvirkning på påfølgende belegningsprosesser, og forårsake defekter i det makroskopiske utseendet til elektroden og inkonsekvenser i mikrostrukturen. I motsetning til kravene til slurry i tradisjonell papirproduksjon og belegningsindustri, påvirker jevnheten og stabiliteten til litiumbatterislurry til slutt batteriets elektriske ytelse, noe som fører til en rekke problemer som spenningsdegradering, redusert sykluslevetid og dårlig batterikonsistens. Derfor er riktig karakterisering og testing av slurryen før belegging for å bestemme dens egnethet for prosessering avgjørende.

Når en væske strømmer, oppstår intern friksjon mellom molekyler; denne egenskapen kalles viskositet, målt numerisk.

Viskositet=skjærspenning / skjærhastighet

Det funksjonelle forholdet mellom skjærhastighet og skjærspenning kalles en reologisk kurve, vanligvis brukt for å beskrive variasjonen av slurry (væske) viskositet med skjæregenskaper. Reologiske kurver kan brukes for å skille væsketyper. For newtonske væsker er forholdet mellom skjærspenning og skjærhastighet på den reologiske kurven en rett linje som går gjennom origo.

I produksjon,digitalt rotasjonsviskosimeterog reometre brukes ofte til å måle viskositet og reologiske kurver. Viskosimetere er enkle å betjene, mens reometre kan måle et bredere område og mer omfattende viskositets-skjærhastighets-/stresskurver og gi mer nøyaktige resultater. Batterislam, som ikke-Newtonske væsker, viser ulike reologiske egenskaper, inkludert skjærfortynning, viskoelastisitet og tiksotropi.

De fleste litium-ionelektrodeslam har skjærfortynnende egenskaper. Som vist i figuren avtar skjærviskositeten med økende skjærhastighet. Denne egenskapen er mer uttalt i slurryer med høyt tørrstoffinnhold. Ved høyere skjærhastigheter forstyrrer sterke skjærkrefter nettverksstrukturen som dannes mellom materialer, noe som får partikler til å omorganiseres til en mer ordnet struktur parallelt med skjærfeltet, noe som resulterer i en reduksjon i viskositet og når et Newtonsk platå ved høyere skjærhastigheter.

Denne ikke-newtonske egenskapen er fordelaktig i belegningsprosessen for elektrodepreparering. Før du brukerelektrodebeleggmaskinslurryen transporteres fra overføringstanken til belegningskammeret med en skruepumpe. Under denne prosessen utsettes slurryen for lav skjærkraft og forblir i en tilstand med høy viskositet for å opprettholde stabiliteten. Når slurryen øyeblikkelig kastes ut fra belegningshodeleppen, utsettes den for en høy skjærhastighet, hvorved slurryens viskositet avtar, noe som sikrer jevn flyt. Etter at slurryen er overført til strømoppsamleren, synker skjærhastigheten, og den forblir i en tilstand med høy viskositet. Dette kan forhindre eller redusere partikkelsedimentering når slurryen er stasjonær eller under tørkeprosessen, og sikrer en jevn beleggtykkelse.

Viskoelastisitet er også en viktig referansestandard for evaluering av slurryegenskaper. Den viser forholdet mellom viskositeten (væske) og elastisiteten (faststoff) til slurryen; enkelt sagt, det karakteriserer om slurryen er mer som en væske eller et fast stoff. Hvis litiumbatterislurryen bare er tyktflytende og mangler elastisitet, vil det oppstå alvorlige strenger under belegget, noe som resulterer i dårlig belegningsytelse. Derfor må litiumbatterislurryen ha en viss grad av elastisitet i tillegg til viskositet, slik at de ødelagte filamentene raskt kan sprette tilbake under belegget og sikre ensartet belegg. Hvis slurryen har svært høy elastisitet eller ingen viskositet i det hele tatt, indikerer det alvorlig agglomerering eller en fast-lignende struktur, noe som gjør belegg umulig.

Viskoelastisitet måles vanligvis ved hjelp av et reometer. Små-amplitudevibrasjonsskjærkrefter, som amplitudeskanning og frekvensskanning, påføres for å måle slurryens viskoelastisitet.

Skjærhastigheten økes kontinuerlig fra null til en konstant verdi, og den tilsvarende skjærspenningen registreres under denne prosessen. Deretter reduseres skjærhastigheten gradvis til null, og den tilsvarende skjærspenningsverdien registreres. En lukket kurve for skjærhastighet versus skjærspenning kan plottes; denne kurven kalles den tiksotropiske normalringen. Jo større arealet til den normale ringen er, desto større er den tiksotropiske ytelsen, og omvendt.

Viskositet er en avgjørende faktor for å evaluere stabiliteten til litium-ionbatterislam. Både for høy og lav viskositet er skadelig for belegget. Oppslemminger med høy-viskositet er mindre utsatt for å sette seg og har bedre dispergerbarhet, men for høy viskositet resulterer i dårlig utjevning, noe som gjør belegg vanskelig og reduserer belegningshastighet. Passende reduksjon av viskositeten bidrar til å forbedre beleggeffektiviteten. Lavere viskositet gir god flyteevne for slurryen og hjelper til med å fjerne luftbobler, men for lav viskositet fører til tørkevansker, reduserer belegghastigheten, forverrer ujevnt belegg og kan forårsake sprekker i belegget og agglomerering av slam.

Under produksjon, spesielt etter at slurryen har stått i en periode, endres ofte viskositeten, hovedsakelig på tre måter: økt viskositet, redusert viskositet og spesielle tilfeller.

(1) Økt viskositet:Etter langvarig henstand endres kolloidet fra en soltilstand til en geltilstand, noe som får slurryens viskositet til å øke. Sakte omrøring av slurryen vil gjenopprette viskositeten.

(2) Viskositetsreduksjon:Viskositeten avtar når bindemidlet absorberer fuktighet og gjennomgår kvalitative endringer, strukturelle endringer under omrøring eller nedbrytning. Langvarig omrøring, for høy rørehastighet og ujevn dispersjon av slurryen under homogenisering kan alle føre til viskositetsreduksjon. Tilsetning av slurrystabilisatorer, dispergeringsmidler eller overflateaktive midler kan forbedre slurrystabiliteten gjennom prinsippene om ladningsavstøtning og sterisk hindring. I tillegg må alle komponenter tørkes grundig før homogenisering.

(3) Spesielle tilfeller:Aktive materialer kan absorbere fuktighet under lagring eller bli omrørt i miljøer med høy-fuktighet, noe som får PVDF til å absorbere fuktighet og produsere en "gele-lignende" oppslemming. Når slurryen viser en spesielt uttalt geléaktig-konsistens, er den ubrukelig. I dette tilfellet kan den problematiske slurryen tørkes, bindemiddelet og NCM fordampes og separeres, deretter siktes, males og blandes proporsjonalt i vanlig slurry. Den kan deretter brukes uten å påvirke batteriytelsen. Derfor er den mest effektive forebyggingsmetoden å tørke materialet grundig før homogenisering, måle fuktighetsinnholdet og strengt kontrollere fuktigheten under homogenisering.

Prosentandelen av faste stoffer som aktive materialer, ledende midler og bindemidler i den totale massen av slurryen kalles faststoffinnholdet i slurryen. Generelt er faststoffinnholdet i området 40% til 70%. Hovedmetoden for å teste fast innhold er tørkemetoden. Vei en slurry med massen M, plasser den ved en viss temperatur for å tørke løsningsmidlet, og vei den deretter igjen med massen m. Det faste innholdet beregnes deretter som m=M/M. En fuktighetsmåler kan brukes for raskt og relativt nøyaktig å måle faststoffinnholdet i slurryen. Fuktighetsmåleren bruker prinsippet om termisk vekttap; den varmer prøven jevnt opp med en halogenlampe for å fordampe løsningsmidlet, og beregner faststoffinnholdet ved endring i masse før og etter oppvarming.

Under samme homogeniseringsprosess og formulering, jo høyere faststoffinnhold i slurryen, desto høyere viskositet. Tilsvarende, jo lavere faststoffinnhold, desto lavere er viskositeten. Innenfor et definert område for faststoffinnhold indikerer en høyere verdi høyere slurrystabilitet. Økning av faststoffinnholdet kan redusere bruken av løsemidler, forkorte slurryblandingstiden og forbedre belegg- og tørkeeffektiviteten. Men ettersom faststoffinnholdet øker, øker viskositeten, flyten reduseres, noe som øker beleggvanskeligheten og forårsaker mer alvorlig slitasje på utstyret.

Ta kontakt nå