Effekt af batteriråmaterialer på stabiliteten af katodeelektrodeslam
Batteriopslæmningen er et meget tyktflydende fast-flydende to-faset suspensionssystem, og for at vurdere stabiliteten af dette system er det første skridt at studere dets sammensætning og dets funktionelle egenskaber. Det meste af lithiumindustrien anvender oliebaseret gylle, som er en blanding dannet ved at blande og dispergere aktive materialer, bindemidler, ledende midler, opløsningsmidler osv. i et bestemt forhold og rækkefølge.
Katode aktive materialer
Som den vigtigste elektrokemiske aktive komponent i katodeslammet bestemmer det katodeaktive materiale batteriets spænding, energitæthed og andre grundlæggende egenskaber og er kernesjælen i gyllesystemet. Partikelstørrelsesfordelingen, specifikke overfladeareal, pH eller resterende alkaliværdi og andre egenskaber af det aktive materiale påvirker gyllens stabilitet.
Partikelstørrelsesfordeling:
Partikelstørrelsen og partikelstørrelsesfordelingen af det aktive materiale er en vigtig faktor i opslæmningsfremstillingsprocessen. Jo mindre partiklerne af det aktive materiale er, jo større er viskositeten af den kontinuerte fase, jo svagere er opslæmningens lagdelingsfænomen forårsaget af tyngdekraften, og jo bedre stabilitet er suspensionssystemet. Men når partikelstørrelsen reduceres til en vis lille størrelse, bliver bindingskraften mellem partiklerne hovedrollen, og der vil opstå agglomeration mellem partiklerne, hvilket ikke er befordrende for systemets stabilitet. Derfor er partikelstørrelsen i spredningen af gyllen ikke jo finere jo bedre, men den bør fordeles i et snævert størrelsesområde for at opnå den gensidige balance mellem sugning og frastødning, for at sikre gyllesystemets stabilitet.
Specifikt overfladeareal:
Det er en vigtig faktor, der påvirker cellens ydeevne. Jo større det specifikke overfladeareal er, desto bedre er cellens elektrokemiske ydeevne, hvilket direkte afspejles i cellens lavere indre modstand, lettere ydeevne af kapaciteten og bedre cyklingsydelse og multiplikatorydelse. For stort specifikt overfladeareal gør imidlertid prøveadhæsionen i opslæmningen forbedret, hvilket ikke er befordrende for spredning mellem partikler.
pH eller resterende alkaliværdi:
Selve pH-værdien påvirker ikke gyllens stabilitet, men det alkaliske miljø har større indflydelse på bindemidlet og kan medføre ændringer i selve bindemidlets struktur. Især for katode ternære materialer på grund af det overskydende lithiumsalt i dets synteseproces, danner det overskydende lithiumsalt lithium (Li) oxid efter høj temperatur kalcinering, som reagerer med vand (H2O) og kuldioxid (CO2) i luften for at generere lithium hydroxid (LiOH) og lithium carbonat til materialet igen og forbliver en højere pH-værdi på materialet (LiCO3).
Ringbind
Bindemidlets hovedrolle i gyllen er at binde det aktive materiale, det ledende middel og opsamleren, for at forbedre den elektroniske kontakt mellem det aktive elektrodemateriale og det ledende middel og opsamleren og at give en stabil støtterolle for gyllesystemet. I dag er polyvinylidenfluorid (PVDF) almindeligvis brugt som bindemiddel i lithiumindustrien, fordi PVDF har god forarbejdningsydelse, termisk stabilitet (langvarig brugstemperatur -40 ~ 150 grader) og tilpasningsevne og stabilitet til elektrolyt. Bindemidlet vikles rundt om det aktive materiale ved mekanisk omrøring efter opløsning i nitrogen methylpyrrolidon (NMP), og bindes med hydrogenbindingskraft og van der Waals kraft osv. Faktorerne der påvirker bindemidlets bindingsstyrke er hovedsageligt intermolekylær polaritet, molekylvægt, opløsningsmiddelindhold mv.
Ledende agent
Hovedrollen for det ledende middel i katodeopslæmningen er at reducere batteriets indre modstand og forbedre kapacitetsfordampningen, vælg generelt ledende kulstofpulver med CNT-opslæmning som det vigtigste ledende middel. På grund af dens lave partikelstørrelse (let at danne 1-5mm klynger) og store specifikke overfladeareal (ca. 60 m2/g), er det vanskeligt at sprede ensartet i gyllen, så kravene til blandingsprocessen er meget høje.
Dispergeringsmidler
Dispergeringsmidlets hovedrolle i katodeopslæmning er at opløse bindemidlet og tilvejebringe en god bærer til, at det aktive materiale kan dispergeres mere ensartet. I belægningstrinnet kræves det, at dispergeringsmidlet har god befugtningsevne og flydende over for metalsubstratet og god flygtighed ved tørring. Sammenlignet med andre dispergeringsmidler såsom H2O, NMP, DMAC (dimethylacetamid), DMF (dimethylformamid) osv., har NMP fordelene ved høj opløselighed, lav viskositet, lav flygtighed, god stabilitet og let genvinding, så industrien anvender generelt NMP-PVDF-systemet. Tværtimod, hvis NMP står for mindre, er gyllens viskositet stor, pulveret er ikke godt dispergeret, og likviditeten af gyllen er lav. Derfor er der ingen streng kontrolkrav for mængden af tilsat NMP, det mest kritiske er at sikre, at det kan belægges jævnt.
Fugtighed
Fugt findes som en urenhed i den olieholdige gylle, hovedsageligt tilført af råmaterialet i gyllen eller under blanding. Forøgelsen af dets indhold vil påvirke gyllens viskositet, ødelægge opløsningsmidlets ensartethed, føre til agglomerering af katodepartikler i klynger og fænomenet med afskalning og fald af, når polstykket placeres efter tørring, så indførelsen af fugt skal kontrolleres både i råmaterialet og i blandingen.
TOB NY ENRTGYleverer et komplet udvalg af batterimaterialer
