Hvordan evaluerer man lithium-ion-batterielektrodeopslæmning?

I produktionen af ​​lithium-ionbatterier er gylleforberedelse den første proces. Opslæmningens egnethed efter blanding påvirker direkte den efterfølgende belægning og den endelige batteriydelse og er en afgørende indikator for batteriomkostninger. Derfor spiller gylleforberedelse en central rolle i fremstillingen af ​​lithium-ionbatterier. Forskning viser, at den ideelle mikroskopiske partikelfordeling af en lithium-ionbatterielektrode er kendetegnet ved ensartet spredning af aktive materialer uden agglomeration og tyndtlagsspredning af ledende middelpartikler, der danner et ledende netværk. Lithium-ion-batterier fremstillet af elektroder med ensartet partikelfordeling udviser fremragende elektrokemisk ydeevne og lang levetid. Derfor testes og karakteriseres flydbarheden, stabiliteten og ensartetheden af ​​lithium{10}ionbatterislam typisk for at evaluere deres egnethed til efterfølgende belægningsprocesser og deres bidrag til ydeevnen af ​​batteriets aktive materialer.

I produktionen af ​​lithium-ionbatterier er gylleforberedelse den første proces. Opslæmningens egnethed efter blanding påvirker direkte den efterfølgende belægning og den endelige batteriydelse og er en afgørende indikator for batteriomkostninger. Derfor spiller gylleforberedelse en central rolle i fremstillingen af ​​lithium-ionbatterier. Undersøgelser har vist, at den ideelle mikropartikelfordeling af lithium-ionbatterielektroder er kendetegnet ved ensartet spredning af aktive materialer uden agglomeration og tyndtlagsspredning af ledende middelpartikler, der danner et ledende netværk. Lithium-ion-batterier fremstillet af elektroder med ensartet partikelfordeling udviser fremragende elektrokemisk ydeevne og lang levetid. Derfor testes og karakteriseres flydbarheden, stabiliteten og ensartetheden af ​​lithium{10}ionbatterislam typisk for at evaluere deres egnethed til efterfølgende belægningsprocesser og deres effektivitet til at forbedre ydeevnen af ​​batteriets aktive materialer.

Elektrodeslam er ikke-newtonske væsker, og der er to typer: positive elektrodeopslæmninger og negative elektrodeopslæmninger, som er klassificeret i olie-baserede og vand-baserede systemer. Den omrørte opslæmning skal have god flydeevne, stabilitet og ensartethed. Tilstandene for gyller med forskellig flydeevne er vist i figuren. For lav eller høj viskositet, sedimentering, agglomeration og ujævn dispersion kan i væsentlig grad påvirke efterfølgende belægningsprocesser, hvilket forårsager defekter i det makroskopiske udseende af elektroden og uoverensstemmelser i dens mikrostruktur. I modsætning til kravene til gylle i traditionel papirfremstilling og belægningsindustri påvirker lithiumbatterislamningens ensartethed og stabilitet i sidste ende batteriets elektriske ydeevne, hvilket fører til en række problemer såsom spændingsforringelse, reduceret cykluslevetid og dårlig batterikonsistens. Derfor er korrekt karakterisering og test af gyllen før belægning for at bestemme dens egnethed til forarbejdning afgørende.

Når en væske flyder, opstår der intern friktion mellem molekyler; denne egenskab kaldes viskositet, målt numerisk.

Viskositet=Forskydningsspænding/forskydningshastighed

Det funktionelle forhold mellem forskydningshastighed og forskydningsspænding kaldes en rheologisk kurve, der almindeligvis bruges til at beskrive variationen af ​​gylle (væske) viskositet med forskydningsegenskaber. Rheologiske kurver kan bruges til at skelne væsketyper. For newtonske væsker er forholdet mellem forskydningsspænding og forskydningshastighed på den rheologiske kurve en lige linje, der går gennem origo.

I produktionen,digitalt rotationsviskosimeterog rheometre bruges almindeligvis til at måle viskositet og rheologiske kurver. Viskosimeter er enkle at betjene, mens rheometre kan måle et bredere område og mere omfattende viskositets-forskydningshastighed/spændingskurver og give mere nøjagtige resultater. Batteriopslæmninger, som ikke-Newtonske væsker, udviser forskellige rheologiske egenskaber, herunder forskydningsfortynding, viskoelasticitet og tixotropi.

De fleste lithium-ionelektrodeopslæmninger udviser forskydningsfortyndende egenskaber. Som vist på figuren falder forskydningsviskositeten med stigende forskydningshastighed. Denne egenskab er mere udtalt i opslæmninger med højt tørstofindhold. Ved højere forskydningshastigheder forstyrrer stærke forskydningskræfter netværksstrukturen dannet mellem materialer, hvilket får partikler til at omarrangere til en mere ordnet struktur parallelt med forskydningsfeltet, hvilket resulterer i et fald i viskositeten og når et Newtonsk plateau ved højere forskydningshastigheder.

Denne ikke-Newtonske egenskab er fordelagtig i belægningsprocessen til elektrodeforberedelse. Før du brugerelektrodebelægningsmaskine, transporteres gyllen fra overførselstanken til belægningskammeret med en skruepumpe. Under denne proces udsættes opslæmningen for lav forskydningskraft og forbliver i en højviskositetstilstand for at bevare dens stabilitet. Når gyllen øjeblikkeligt udstødes fra belægningshovedlæben, udsættes den for en høj forskydningshastighed, på hvilket tidspunkt gyllens viskositet falder, hvilket sikrer jævn strømning. Efter at gyllen er overført til strømopsamleren, falder forskydningshastigheden, og den forbliver i en højviskositetstilstand. Dette kan forhindre eller reducere partikelsedimentering, når gyllen er stationær eller under tørringsprocessen, hvilket sikrer en ensartet belægningstykkelse.

Viskoelasticitet er også en vigtig referencestandard til vurdering af gylleegenskaber. Det viser forholdet mellem viskositeten (væske) og elasticiteten (faststof) af gyllen; Forenklet sagt karakteriserer det, om gyllen er mere som en væske eller et fast stof. Hvis lithiumbatteriopslæmningen kun er tyktflydende og mangler elasticitet, vil der opstå alvorlig snoring under belægningen, hvilket resulterer i dårlig belægningsydelse. Derfor skal lithiumbatteriopslæmningen ud over viskositeten have en vis grad af elasticitet, hvilket tillader de knækkede filamenter hurtigt at vende tilbage under belægningen og sikre ensartet belægning. Hvis gyllen har meget høj elasticitet eller slet ingen viskositet, indikerer det alvorlig agglomeration eller en fast-lignende struktur, hvilket gør belægning umulig.

Viskoelasticitet måles generelt ved hjælp af et rheometer. Små-amplitudevibrationsforskydningskræfter, såsom amplitudescanning og frekvensscanning, påføres for at måle gyllens viskoelasticitet.

Forskydningshastigheden øges kontinuerligt fra nul til en konstant værdi, og den tilsvarende forskydningsspænding registreres under denne proces. Derefter reduceres forskydningshastigheden gradvist til nul, og den tilsvarende forskydningsspændingsværdi registreres. En lukket kurve for forskydningshastighed versus forskydningsspænding kan plottes; denne kurve kaldes den tixotrope normalring. Jo større arealet af den normale ring er, jo større er den tixotropiske ydeevne og omvendt.

Viskositet er en afgørende faktor i evalueringen af ​​stabiliteten af ​​lithium-ionbatterislam. Både for høje og lave viskositeter er skadelige for belægningen. Opslæmninger med høj-viskositet er mindre tilbøjelige til at bundfælde sig og har bedre dispergerbarhed, men overdreven høj viskositet resulterer i dårlig udjævning, hvilket gør belægningen vanskelig og reducerer belægningshastigheden. En passende reduktion af viskositeten hjælper med at forbedre belægningseffektiviteten. Lavere viskositet giver god flydeevne for slam og hjælper med at fjerne luftbobler, men for lav viskositet fører til tørrevanskeligheder, reducerer belægningshastigheden, forværrer ujævn belægning og kan forårsage belægningsrevner og gylleagglomerering.

Under produktionen, især efter at gyllen har stået i en periode, ændres viskositeten ofte, hovedsageligt på tre måder: øget viskositet, nedsat viskositet og særlige tilfælde.

(1) Øget viskositet:Efter længere tids henstand ændres kolloidet fra en soltilstand til en geltilstand, hvilket får opslæmningens viskositet til at stige. Langsom omrøring af gyllen vil genoprette viskositeten.

(2) Viskositetsreduktion:Viskositeten falder, når bindemidlet absorberer fugt og undergår kvalitative ændringer, strukturelle ændringer under omrøring eller nedbrydning. Langvarig omrøring, for høj omrøringshastighed og ujævn dispersion af opslæmningen under homogenisering kan alle føre til viskositetsreduktion. Tilsætning af opslæmningsstabilisatorer, dispergeringsmidler eller overfladeaktive midler kan forbedre opslæmningsstabiliteten gennem principperne om ladningsfrastødning og sterisk hindring. Derudover skal alle komponenter tørres grundigt før homogenisering.

(3) Særlige tilfælde:Aktive materialer kan absorbere fugt under opbevaring eller blive omrørt i miljøer med høj-fugtighed, hvilket får PVDF til at absorbere fugt og producere en "gele-lignende" opslæmning. Når gyllen udviser en særlig udtalt geléagtig-konsistens, er den ubrugelig. I dette tilfælde kan den problematiske opslæmning tørres, bindemidlet og NCM fordampes og adskilles, derefter sigtes, males og blandes proportionalt i normal opslæmning. Det kan derefter bruges uden at påvirke batteriets ydeevne. Derfor er den mest effektive forebyggelsesmetode at tørre materialet grundigt før homogenisering, måle fugtindholdet og nøje kontrollere fugtigheden under homogeniseringen.

Procentdelen af ​​faste stoffer såsom aktive materialer, ledende midler og bindemidler i den samlede masse af gyllen kaldes gyllens faststofindhold. Generelt er faststofindholdet i området fra 40% til 70%. Den vigtigste metode til at teste faststofindhold er tørremetoden. Vej en gylle med massen M, anbring den ved en bestemt temperatur for at tørre opløsningsmidlet, og vej den derefter igen med massen m. Det faste indhold beregnes derefter som m=M/M. En fugtmåler kan bruges til hurtigt og relativt præcist at måle tørstofindholdet i gyllen. Fugtmåleren bruger princippet om termisk vægttab; den opvarmer prøven ensartet med en halogenlampe for at fordampe opløsningsmidlet og beregner faststofindholdet ved ændringen i masse før og efter opvarmning.

Under den samme homogeniseringsproces og formulering, jo højere faststofindholdet i opslæmningen er, desto højere er dens viskositet. Tilsvarende gælder, at jo lavere faststofindhold, jo lavere er viskositeten. Inden for et defineret område for faststofindhold indikerer en højere værdi højere gyllestabilitet. Forøgelse af faststofindholdet kan reducere brugen af ​​opløsningsmidler, forkorte gylleblandingstiden og forbedre belægnings- og tørreeffektiviteten. Men efterhånden som faststofindholdet stiger, øges viskositeten, fluiditeten falder, hvilket øger belægningsbesværlighederne og forårsager mere alvorligt slid på udstyret.

Kontakt nu