Hoe evalueer ik de slurry van lithium-ionbatterij-elektroden?

Bij de productie van lithium-ionbatterijen is de bereiding van slurry het eerste proces. De geschiktheid van de slurry na het mengen heeft een directe invloed op de daaropvolgende coating en de uiteindelijke batterijprestaties, en is een cruciale indicator voor de batterijkosten. Daarom speelt de bereiding van slurry een centrale rol bij de productie van lithium-ionbatterijen. Onderzoek toont aan dat de ideale microscopische deeltjesverdeling van een lithium-ionbatterij-elektrode wordt gekenmerkt door een uniforme dispersie van actieve materialen zonder agglomeratie, en een dunne-laagdispersie van geleidende deeltjes die een geleidend netwerk vormen. Lithium-ionbatterijen gemaakt van elektroden met een uniforme deeltjesverdeling vertonen uitstekende elektrochemische prestaties en een lange levensduur. Daarom worden de vloeibaarheid, stabiliteit en uniformiteit van slurries van lithiumionbatterijen doorgaans getest en gekarakteriseerd om hun geschiktheid voor daaropvolgende coatingprocessen en hun bijdrage aan de prestaties van de actieve materialen van de batterij te evalueren.

Bij de productie van lithium-ionbatterijen is de bereiding van slurry het eerste proces. De geschiktheid van de slurry na het mengen heeft een directe invloed op de daaropvolgende coating en de uiteindelijke batterijprestaties, en is een cruciale indicator voor de batterijkosten. Daarom speelt de bereiding van slurry een centrale rol bij de productie van lithium-ionbatterijen. Studies hebben aangetoond dat de ideale microdeeltjesverdeling van lithium-ionbatterijelektroden wordt gekenmerkt door een uniforme verspreiding van actieve materialen zonder agglomeratie, en een dunne{{6}laagdispersie van deeltjes van geleidende stoffen die een geleidend netwerk vormen. Lithium-ionbatterijen gemaakt van elektroden met een uniforme deeltjesverdeling vertonen uitstekende elektrochemische prestaties en een lange levensduur. Daarom worden de vloeibaarheid, stabiliteit en uniformiteit van slurries van lithiumionbatterijen doorgaans getest en gekarakteriseerd om hun geschiktheid voor daaropvolgende coatingprocessen en hun effectiviteit bij het verbeteren van de prestaties van de actieve materialen van de batterij te evalueren.

Elektrodenslurries zijn niet-Newtoniaanse vloeistoffen, en er zijn twee typen: positieve elektrodeslurries en negatieve elektrodeslurries, die worden geclassificeerd in op olie-gebaseerde en water-systemen. De geroerde slurry moet een goede vloeibaarheid, stabiliteit en uniformiteit bezitten. De toestanden van slurries met verschillende vloeibaarheid worden weergegeven in de figuur. Overmatig lage of hoge viscositeit, sedimentatie, agglomeratie en ongelijkmatige dispersie kunnen de daaropvolgende coatingprocessen aanzienlijk beïnvloeden, waardoor defecten in het macroscopische uiterlijk van de elektrode en inconsistenties in de microstructuur ervan ontstaan. In tegenstelling tot de vereisten voor slurry in de traditionele papier- en coatingindustrieën, beïnvloeden de uniformiteit en stabiliteit van slurry van lithiumbatterijen uiteindelijk de elektrische prestaties van de batterij, wat leidt tot een reeks problemen zoals spanningsverslechtering, een kortere levensduur en een slechte batterijconsistentie. Daarom is een goede karakterisering en testen van de slurry vóór het coaten om de geschiktheid ervan voor verwerking te bepalen cruciaal.

Wanneer een vloeistof stroomt, ontstaat er interne wrijving tussen moleculen; deze eigenschap wordt viscositeit genoemd, numeriek gemeten.

Viscositeit=Afschuifspanning/afschuifsnelheid

De functionele relatie tussen afschuifsnelheid en schuifspanning wordt een reologische curve genoemd, die gewoonlijk wordt gebruikt om de variatie van de viscositeit van de slurry (vloeistof) met afschuifeigenschappen te beschrijven. Reologische curven kunnen worden gebruikt om vloeistoftypen te onderscheiden. Voor Newtoniaanse vloeistoffen is de relatie tussen schuifspanning en schuifsnelheid op de reologische curve een rechte lijn die door de oorsprong loopt.

In productie,digitale roterende viscometeren reometers worden vaak gebruikt om de viscositeit en reologische curven te meten. Viscometers zijn eenvoudig te bedienen, terwijl reometers een groter bereik en uitgebreidere viscositeits-afschuifsnelheid/spanningscurven kunnen meten, en nauwkeurigere resultaten kunnen opleveren. Batterijslurries vertonen, als niet-Newtoniaanse vloeistoffen, verschillende reologische eigenschappen, waaronder afschuifverdunning, visco-elasticiteit en thixotropie.

De meeste lithium{0}}ion-elektrodeslurries vertonen afschuifverdunningseigenschappen. Zoals weergegeven in de figuur neemt de afschuifviscositeit af met toenemende afschuifsnelheid. Dit kenmerk is meer uitgesproken in slurries met een hoog gehalte aan vaste stoffen. Bij hogere afschuifsnelheden verstoren sterke afschuifkrachten de netwerkstructuur gevormd tussen materialen, waardoor deeltjes zich herschikken in een meer geordende structuur parallel aan het afschuifveld, resulterend in een afname van de viscositeit en het bereiken van een Newtons plateau bij hogere afschuifsnelheden.

Deze niet-Newtoniaanse eigenschap is voordelig bij het coatingproces van de elektrodevoorbereiding. Voordat u deelektrode coating machinewordt de slurry door een schroefpomp van de transfertank naar de coatingkamer getransporteerd. Tijdens dit proces wordt de slurry onderworpen aan een lage afschuifkracht en blijft deze in een hoge viscositeitstoestand om de stabiliteit ervan te behouden. Wanneer de slurry onmiddellijk uit de lip van de coatingkop wordt uitgestoten, wordt deze onderworpen aan een hoge afschuifsnelheid, op welk punt de viscositeit van de slurry afneemt, waardoor een soepele stroming wordt gegarandeerd. Nadat de slurry naar de stroomcollector is overgebracht, neemt de afschuifsnelheid af en blijft deze in een hoge viscositeitstoestand. Dit kan de sedimentatie van deeltjes voorkomen of verminderen wanneer de slurry stilstaat of tijdens het droogproces, waardoor een consistente laagdikte wordt gegarandeerd.

Visco-elasticiteit is ook een belangrijke referentiestandaard voor het evalueren van slurry-eigenschappen. Het toont de relatie aan tussen de viscositeit (vloeistof) en de elasticiteit (vast) van de slurry; Simpel gezegd karakteriseert het of de slurry meer op een vloeistof of een vaste stof lijkt. Als de slurry van de lithiumbatterij slechts stroperig is en geen elasticiteit heeft, zal er tijdens het coaten ernstige verstrengeling optreden, wat resulteert in slechte coatingprestaties. Daarom moet de slurry van lithiumbatterijen naast de viscositeit ook een bepaalde mate van elasticiteit bezitten, waardoor de gebroken filamenten snel kunnen terugveren tijdens het coaten en een uniforme coating wordt gegarandeerd. Als de slurry een zeer hoge elasticiteit of helemaal geen viscositeit heeft, duidt dit op ernstige agglomeratie of een vaste-achtige structuur, waardoor coating onmogelijk wordt.

Visco-elasticiteit wordt doorgaans gemeten met behulp van een reometer. Trillingskrachten met kleine- amplitude, zoals amplitudescanning en frequentiescanning, worden toegepast om de visco-elasticiteit van de slurry te meten.

De afschuifsnelheid wordt continu verhoogd van nul naar een constante waarde, en de bijbehorende schuifspanning wordt tijdens dit proces geregistreerd. Vervolgens wordt de afschuifsnelheid geleidelijk verlaagd tot nul, en wordt de overeenkomstige schuifspanningswaarde geregistreerd. Er kan een gesloten curve van schuifsnelheid versus schuifspanning worden uitgezet; deze curve wordt de thixotrope normale ring genoemd. Hoe groter het oppervlak van de normale ring, hoe groter de thixotrope prestaties, en omgekeerd.

Viscositeit is een cruciale factor bij het evalueren van de stabiliteit van lithium-ionbatterijslurries. Zowel te hoge als lage viscositeiten zijn schadelijk voor de coating. Slurry's met een hoge- viscositeit zijn minder gevoelig voor bezinking en hebben een betere dispergeerbaarheid, maar een te hoge viscositeit resulteert in een slechte egalisatie, waardoor het coaten moeilijk wordt en de coatingsnelheid afneemt. Het op passende wijze verlagen van de viscositeit helpt de coatingefficiëntie te verbeteren. Een lagere viscositeit zorgt voor een goede vloeibaarheid van de slurry en helpt bij het verwijderen van luchtbellen, maar een te lage viscositeit leidt tot droogproblemen, vermindert de coatingsnelheid, verergert een ongelijkmatige coating en kan scheuren in de coating en agglomeratie van de slurry veroorzaken.

Tijdens de productie, vooral nadat de slurry een tijdje heeft gestaan, verandert de viscositeit vaak, voornamelijk op drie manieren: verhoogde viscositeit, verlaagde viscositeit en speciale gevallen.

(1) Verhoogde viscositeit:Na langdurig staan ​​verandert het colloïde van een sol-toestand naar een gel-toestand, waardoor de viscositeit van de slurry toeneemt. Door de slurry langzaam te roeren, wordt de viscositeit hersteld.

(2) Viscositeitsreductie:De viscositeit neemt af wanneer het bindmiddel vocht absorbeert en kwalitatieve veranderingen, structurele veranderingen tijdens roeren of afbraak ondergaat. Langdurig roeren, een te hoge roersnelheid en een ongelijkmatige verspreiding van de slurry tijdens homogenisatie kunnen allemaal leiden tot een verlaging van de viscositeit. Het toevoegen van slurrystabilisatoren, dispergeermiddelen of oppervlakteactieve stoffen kan de slurrystabiliteit verbeteren via de principes van ladingsafstoting en sterische hindering. Bovendien moeten alle componenten vóór homogenisatie grondig worden gedroogd.

(3) Speciale gevallen:Actieve materialen kunnen vocht absorberen tijdens opslag of worden geroerd in omgevingen met een hoge-vochtigheid, waardoor PVDF vocht absorbeert en een "gelei-achtige" slurry produceert. Wanneer de slurry een bijzonder uitgesproken gelei-achtige consistentie vertoont, is deze onbruikbaar. In dit geval kan de problematische slurry worden gedroogd, het bindmiddel en NCM worden verdampt en gescheiden, vervolgens gezeefd, gemalen en proportioneel gemengd tot normale slurry. Het kan vervolgens worden gebruikt zonder de prestaties van de batterij te beïnvloeden. Daarom is de meest effectieve preventiemethode het grondig drogen van het materiaal vóór homogenisatie, het meten van het vochtgehalte en het strikt controleren van de vochtigheid tijdens homogenisatie.

Het percentage vaste stoffen zoals actieve materialen, geleidende middelen en bindmiddelen in de totale massa van de slurry wordt het vaste stofgehalte van de slurry genoemd. In het algemeen ligt het vastestofgehalte in het bereik van 40% tot 70%. De belangrijkste methode voor het testen van het vastestofgehalte is de droogmethode. Weeg een slurry met een massa M, plaats deze op een bepaalde temperatuur om het oplosmiddel te drogen en weeg hem vervolgens opnieuw met een massa van m. Het vastestofgehalte wordt vervolgens berekend als m=M/M. Met een vochtmeter kan snel en relatief nauwkeurig het vastestofgehalte van de mest worden gemeten. De vochtmeter maakt gebruik van het principe van thermisch gewichtsverlies; het verwarmt het monster gelijkmatig met een halogeenlamp om het oplosmiddel te verdampen, en berekent het vastestofgehalte aan de hand van de verandering in massa voor en na verwarming.

Onder hetzelfde homogenisatieproces en dezelfde formulering geldt: hoe hoger het vastestofgehalte van de slurry, hoe hoger de viscositeit ervan. Op dezelfde manier geldt: hoe lager het vastestofgehalte, hoe lager de viscositeit. Binnen een gedefinieerd bereik voor het vastestofgehalte duidt een hogere waarde op een hogere slurrystabiliteit. Het verhogen van het vastestofgehalte kan het gebruik van oplosmiddelen verminderen, de mengtijd van de slurry verkorten en de coating- en droogefficiëntie verbeteren. Naarmate het gehalte aan vaste stoffen echter toeneemt, neemt de viscositeit toe en neemt de vloeibaarheid af, waardoor de moeilijkheidsgraad van het aanbrengen van een coating groter wordt en er ernstigere slijtage aan de apparatuur ontstaat.

Neem nu contact op