Hur utvärderar man litium-jonbatterielektrodslurry?

Vid tillverkning av litium-jonbatterier är flytande beredning den första processen. Uppslamningens lämplighet efter blandning påverkar direkt efterföljande beläggning och slutliga batteriprestanda och är en avgörande indikator på batterikostnaden. Därför spelar slurryberedning en central roll vid tillverkning av litium-jonbatterier. Forskning visar att den idealiska mikroskopiska partikelfördelningen för en litium-jonbatterielektrod kännetecknas av enhetlig spridning av aktiva material utan agglomerering och tunn-lagerspridning av ledande partiklar som bildar ett ledande nätverk. Litium-jonbatterier tillverkade av elektroder med jämn partikelfördelning uppvisar utmärkt elektrokemisk prestanda och lång livslängd. Därför testas och karakteriseras flytbarheten, stabiliteten och enhetligheten hos litiumjonbatterislurrys vanligtvis för att utvärdera deras lämplighet för efterföljande beläggningsprocesser och deras bidrag till prestandan hos batteriets aktiva material.

Vid tillverkning av litium-jonbatterier är flytande beredning den första processen. Uppslamningens lämplighet efter blandning påverkar direkt efterföljande beläggning och slutliga batteriprestanda och är en avgörande indikator på batterikostnaden. Därför spelar slurryberedning en central roll vid tillverkning av litium-jonbatterier. Studier har visat att den ideala mikropartikelfördelningen av litium-jonbatterielektroder kännetecknas av enhetlig spridning av aktiva material utan agglomerering och tunn-lagerspridning av partiklar av ledande medel som bildar ett ledande nätverk. Litium-jonbatterier tillverkade av elektroder med jämn partikelfördelning uppvisar utmärkt elektrokemisk prestanda och lång livslängd. Därför testas och karakteriseras flytbarheten, stabiliteten och enhetligheten hos litium{10}}batterislam vanligtvis för att utvärdera deras lämplighet för efterföljande beläggningsprocesser och deras effektivitet för att förbättra prestandan hos batteriets aktiva material.

Elektroduppslamningar är icke-newtonska vätskor, och det finns två typer: positiva elektroduppslamningar och negativa elektroduppslamningar, som klassificeras i olje-baserade och vattenbaserade-system. Den omrörda uppslamningen måste ha god flytbarhet, stabilitet och enhetlighet. Tillstånden för slurryer med olika flytbarhet visas i figuren. Alltför låg eller hög viskositet, sedimentering, agglomeration och ojämn spridning kan avsevärt påverka efterföljande beläggningsprocesser, vilket orsakar defekter i det makroskopiska utseendet på elektroden och inkonsekvenser i dess mikrostruktur. Till skillnad från kraven på slurry i traditionell papperstillverkning och beläggningsindustri påverkar likformigheten och stabiliteten hos litiumbatterislam i slutändan batteriets elektriska prestanda, vilket leder till en rad problem som spänningsförsämring, minskad livslängd och dålig batterikonsistens. Därför är korrekt karakterisering och testning av slammet före beläggning för att fastställa dess lämplighet för bearbetning avgörande.

När en vätska strömmar uppstår intern friktion mellan molekyler; denna egenskap kallas viskositet, mätt numeriskt.

Viskositet=Skjuvspänning/skjuvhastighet

Det funktionella förhållandet mellan skjuvhastighet och skjuvspänning kallas en reologisk kurva, vanligen använd för att beskriva variationen av slurrys (vätske) viskositet med skjuvegenskaper. Reologiska kurvor kan användas för att särskilja vätsketyper. För newtonska vätskor är förhållandet mellan skjuvspänning och skjuvhastighet på den reologiska kurvan en rät linje som går genom origo.

I produktion,digital rotationsviskosimeteroch reometrar används vanligtvis för att mäta viskositet och reologiska kurvor. Viskosimeter är enkla att använda, medan reometrar kan mäta ett bredare område och mer omfattande viskositets-skjuvhastighet/spänningskurvor och ge mer exakta resultat. Batterislam, som icke-Newtonska vätskor, uppvisar olika reologiska egenskaper, inklusive skjuvförtunning, viskoelasticitet och tixotropi.

De flesta litium-jonelektroduppslamningar uppvisar skjuvförtunnande egenskaper. Som visas i figuren minskar skjuvningsviskositeten med ökande skjuvhastighet. Denna egenskap är mer uttalad i uppslamningar med hög fastämneshalt. Vid högre skjuvhastigheter stör starka skjuvkrafter nätverksstrukturen som bildas mellan material, vilket gör att partiklar omarrangeras till en mer ordnad struktur parallellt med skjuvfältet, vilket resulterar i en minskning av viskositeten och når en Newtonsk platå vid högre skjuvhastigheter.

Denna icke-newtonska egenskap är fördelaktig i beläggningsprocessen vid elektrodförberedelse. Innan du använderelektrodbeläggningsmaskin, transporteras slammet från överföringstanken till beläggningskammaren med en skruvpump. Under denna process utsätts slammet för låg skjuvkraft och förblir i ett högviskositetstillstånd för att bibehålla sin stabilitet. När slurryn omedelbart kastas ut från beläggningshuvudläppen, utsätts den för en hög skjuvhastighet, vid vilken punkt slurryns viskositet minskar, vilket säkerställer ett jämnt flöde. Efter att slammet har överförts till strömuppsamlaren minskar skjuvhastigheten och den förblir i ett högviskositetstillstånd. Detta kan förhindra eller minska partikelsedimentering när slurryn är stationär eller under torkningsprocessen, vilket säkerställer en konsekvent beläggningstjocklek.

Viskoelasticitet är också en viktig referensstandard för att utvärdera slurryegenskaper. Det visar förhållandet mellan viskositeten (vätska) och elasticiteten (fast) hos slammet; Enkelt uttryckt kännetecknar det om slurryn är mer som en vätska eller en fast substans. Om litiumbatterislammet endast är trögflytande och saknar elasticitet, uppstår kraftiga strängningar under beläggningen, vilket resulterar i dålig beläggningsprestanda. Därför måste litiumbatterislurryn ha en viss grad av elasticitet utöver viskositeten, vilket gör att de trasiga filamenten snabbt kan återhämta sig under beläggningen och säkerställa enhetlig beläggning. Om slammet har mycket hög elasticitet eller ingen viskositet alls, indikerar det allvarlig agglomeration eller en fast-liknande struktur, vilket gör beläggning omöjlig.

Viskoelasticitet mäts i allmänhet med hjälp av en reometer. Små-amplitudvibrationsskjuvkrafter, såsom amplitudavsökning och frekvensavsökning, appliceras för att mäta slammets viskoelasticitet.

Skjuvhastigheten ökas kontinuerligt från noll till ett konstant värde, och motsvarande skjuvspänning registreras under denna process. Därefter minskas skjuvhastigheten gradvis till noll, och motsvarande skjuvspänningsvärde registreras. En sluten kurva för skjuvhastighet kontra skjuvspänning kan plottas; denna kurva kallas den tixotropiska normalringen. Ju större arean på den normala ringen är, desto större är den tixotropiska prestandan och vice versa.

Viskositet är en avgörande faktor för att utvärdera stabiliteten hos litium-jonbatterislam. Både alltför höga och låga viskositeter är skadliga för beläggningen. Uppslamningar med hög-viskositet är mindre benägna att sedimentera och har bättre dispergerbarhet, men alltför hög viskositet resulterar i dålig utjämning, vilket gör beläggningen svår och minskar beläggningshastigheten. Lämplig sänkning av viskositeten hjälper till att förbättra beläggningseffektiviteten. Lägre viskositet ger god flytbarhet för slammet och hjälper till att avlägsna luftbubblor, men alltför låg viskositet leder till torkningssvårigheter, minskar beläggningshastigheten, förvärrar ojämn beläggning och kan orsaka beläggningssprickor och slamagglomerering.

Under produktionen, särskilt efter att slurryn har stått en tid, förändras ofta viskositeten, främst på tre sätt: ökad viskositet, minskad viskositet och speciella fall.

(1) Ökad viskositet:Efter långvarig stående ändras kolloiden från ett soltillstånd till ett geltillstånd, vilket gör att slurryns viskositet ökar. Långsamt omrörning av slammet kommer att återställa viskositeten.

(2) Viskositetsminskning:Viskositeten minskar när bindemedlet absorberar fukt och genomgår kvalitativa förändringar, strukturella förändringar under omrörning eller nedbrytning. Långvarig omrörning, alltför snabb omrörningshastighet och ojämn dispersion av slammet under homogenisering kan alla leda till viskositetsminskning. Tillsats av slurrystabilisatorer, dispergeringsmedel eller ytaktiva ämnen kan förbättra slurrystabiliteten genom principerna för laddningsrepulsion och steriskt hinder. Dessutom måste alla komponenter torkas noggrant före homogenisering.

(3) Specialfall:Aktiva material kan absorbera fukt under lagring eller röras om i miljöer med hög -fuktighet, vilket gör att PVDF absorberar fukt och producerar en "geléliknande" uppslamning. När slurryn uppvisar en särskilt uttalad geléliknande-konsistens är den oanvändbar. I detta fall kan den problematiska slurryn torkas, bindemedlet och NCM förångas och separeras, sedan siktas, malas och proportionellt blandas till normal slurry. Den kan sedan användas utan att påverka batteriets prestanda. Därför är den mest effektiva förebyggande metoden att torka materialet noggrant före homogenisering, mäta fukthalten och strikt kontrollera fuktigheten under homogeniseringen.

Andelen fasta ämnen som aktiva material, ledande ämnen och bindemedel i slammets totala massa kallas slurryns fasta innehåll. I allmänhet ligger fastämneshalten i intervallet 40% till 70%. Den huvudsakliga metoden för att testa fast innehåll är torkmetoden. Väg en slurry med massan M, placera den vid en viss temperatur för att torka lösningsmedlet och väg den sedan igen med massan m. Det fasta innehållet beräknas sedan som m=M/M. En fuktmätare kan användas för att snabbt och relativt noggrant mäta fasthalten i flytgödseln. Fuktmätaren använder principen om termisk viktminskning; den värmer provet jämnt med en halogenlampa för att avdunsta lösningsmedlet och beräknar fastämneshalten genom förändringen i massa före och efter uppvärmning.

Under samma homogeniseringsprocess och formulering gäller att ju högre fastämneshalt i slurryn är, desto högre är dess viskositet. På liknande sätt gäller att ju lägre fastämneshalt, desto lägre viskositet. Inom ett definierat intervall för fast innehåll indikerar ett högre värde högre slurrystabilitet. Att öka halten fast material kan minska användningen av lösningsmedel, förkorta slurryblandningstiden och förbättra beläggnings- och torkningseffektiviteten. Men när halten fast material ökar, ökar viskositeten, flytbarheten minskar, vilket ökar beläggningssvårigheten och orsakar allvarligare slitage på utrustningen.

Kontakta nu