Làm cách nào để đánh giá bùn điện cực pin lithium{0}}ion?

Trong quá trình sản xuất pin lithium{0}}ion, việc chuẩn bị bùn là quy trình đầu tiên. Sự phù hợp của hỗn hợp bùn sau khi trộn ảnh hưởng trực tiếp đến lớp phủ tiếp theo và hiệu suất cuối cùng của pin, đồng thời là một chỉ số quan trọng về giá thành của pin. Do đó, việc chuẩn bị bùn đóng vai trò trung tâm trong quá trình sản xuất pin lithium{3}}ion. Nghiên cứu cho thấy rằng sự phân bố hạt cực nhỏ lý tưởng của điện cực pin lithium{5}}ion được đặc trưng bởi sự phân tán đồng đều các vật liệu hoạt động mà không kết tụ và sự phân tán lớp mỏng của các hạt tác nhân dẫn điện tạo thành mạng dẫn điện. Pin lithium{8}}ion được làm từ các điện cực có phân bố hạt đồng đều thể hiện hiệu suất điện hóa tuyệt vời và tuổi thọ dài. Do đó, khả năng chảy, độ ổn định và tính đồng nhất của hỗn hợp bùn pin lithium{10}}ion thường được kiểm tra và mô tả để đánh giá tính phù hợp của chúng đối với các quá trình phủ tiếp theo cũng như sự đóng góp của chúng đối với hiệu suất của các vật liệu hoạt động của pin.

Trong quá trình sản xuất pin lithium{0}}ion, việc chuẩn bị bùn là quy trình đầu tiên. Sự phù hợp của hỗn hợp bùn sau khi trộn ảnh hưởng trực tiếp đến lớp phủ tiếp theo và hiệu suất cuối cùng của pin, đồng thời là một chỉ số quan trọng về giá thành của pin. Do đó, việc chuẩn bị bùn đóng vai trò trung tâm trong quá trình sản xuất pin lithium{3}}ion. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự phân bố vi hạt lý tưởng của các điện cực pin lithium{5}}ion được đặc trưng bởi sự phân tán đồng đều của các vật liệu hoạt động mà không bị kết tụ và sự phân tán-lớp mỏng của các hạt tác nhân dẫn điện tạo thành mạng dẫn điện. Pin lithium{8}}ion được làm từ các điện cực có phân bố hạt đồng đều thể hiện hiệu suất điện hóa tuyệt vời và tuổi thọ dài. Do đó, khả năng chảy, độ ổn định và tính đồng nhất của hỗn hợp bùn pin lithium{10}}ion thường được kiểm tra và mô tả để đánh giá tính phù hợp của chúng đối với các quá trình phủ tiếp theo cũng như tính hiệu quả của chúng trong việc nâng cao hiệu suất của các vật liệu hoạt động của pin.

Chất lỏng điện cực là chất lỏng phi Newton và có hai loại: chất lỏng điện cực dương và chất lỏng điện cực âm, được phân loại thành hệ thống gốc dầu và hệ thống gốc nước{2}}. Bùn khuấy cần có khả năng chảy tốt, ổn định và đồng đều. Các trạng thái của bùn có khả năng chảy khác nhau được thể hiện trong hình. Độ nhớt, lắng đọng, kết tụ và phân tán không đều quá thấp hoặc quá cao có thể ảnh hưởng đáng kể đến các quá trình phủ tiếp theo, gây ra các khiếm khuyết về hình thức vĩ mô của điện cực và sự không nhất quán trong cấu trúc vi mô của nó. Không giống như các yêu cầu về bùn trong ngành sản xuất giấy và phủ truyền thống, tính đồng nhất và ổn định của bùn pin lithium cuối cùng ảnh hưởng đến hiệu suất điện của pin, dẫn đến một loạt vấn đề như suy giảm điện áp, giảm tuổi thọ chu kỳ và độ ổn định của pin kém. Do đó, việc xác định đặc tính và thử nghiệm phù hợp của hỗn hợp trước khi phủ để xác định tính phù hợp của nó cho quá trình xử lý là rất quan trọng.

Khi chất lỏng chảy, xảy ra ma sát bên trong giữa các phân tử; đặc tính này được gọi là độ nhớt, được đo bằng số.

Độ nhớt=Ứng suất cắt / Tốc độ cắt

Mối quan hệ chức năng giữa tốc độ cắt và ứng suất cắt được gọi là đường cong lưu biến, thường được sử dụng để mô tả sự thay đổi độ nhớt của bùn (chất lỏng) với các đặc tính cắt. Đường cong lưu biến có thể được sử dụng để phân biệt các loại chất lỏng. Đối với chất lỏng Newton, mối quan hệ giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt trên đường cong lưu biến là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

Trong sản xuất,nhớt kế quay kỹ thuật sốvà máy đo lưu biến thường được sử dụng để đo độ nhớt và đường cong lưu biến. Máy đo độ nhớt vận hành đơn giản, trong khi máy đo lưu biến có thể đo phạm vi rộng hơn và đường cong tốc độ cắt/ứng suất độ nhớt-toàn diện hơn và cung cấp kết quả chính xác hơn. Bùn đặc của pin, dưới dạng chất lỏng không-của Newton, thể hiện nhiều đặc tính lưu biến khác nhau, bao gồm cả độ mỏng do cắt, độ đàn hồi nhớt và tính thixotropy.

Hầu hết các hỗn hợp điện cực ion liti- đều có đặc tính làm mỏng do cắt. Như thể hiện trong hình, độ nhớt cắt giảm khi tốc độ cắt tăng. Đặc tính này rõ rệt hơn ở các chất bùn có hàm lượng chất rắn cao. Ở tốc độ cắt cao hơn, lực cắt mạnh phá vỡ cấu trúc mạng hình thành giữa các vật liệu, khiến các hạt sắp xếp lại thành cấu trúc có trật tự hơn song song với trường cắt, dẫn đến giảm độ nhớt và đạt đến trạng thái ổn định Newton với tốc độ cắt cao hơn.

Đặc tính phi Newton này có lợi cho quá trình phủ lớp chuẩn bị điện cực. Trước khi sử dụngmáy phủ điện cực, bùn được vận chuyển từ bể chuyển sang buồng phủ bằng bơm trục vít. Trong quá trình này, bùn phải chịu lực cắt thấp và duy trì ở trạng thái độ nhớt cao để duy trì sự ổn định. Khi bùn được phun ra ngay lập tức khỏi môi đầu lớp phủ, nó phải chịu tốc độ cắt cao, tại thời điểm đó độ nhớt của bùn giảm, đảm bảo dòng chảy trơn tru. Sau khi bùn được chuyển đến bộ thu hiện tại, tốc độ cắt giảm và nó vẫn ở trạng thái độ nhớt cao. Điều này có thể ngăn chặn hoặc làm giảm sự lắng đọng hạt khi vữa đứng yên hoặc trong quá trình sấy khô, đảm bảo độ dày lớp phủ ổn định.

Độ nhớt đàn hồi cũng là một tiêu chuẩn tham khảo quan trọng để đánh giá các đặc tính của bùn. Nó thể hiện mối quan hệ giữa độ nhớt (lỏng) và độ đàn hồi (rắn) của bùn; nói một cách đơn giản, nó đặc trưng cho việc bùn giống chất lỏng hay chất rắn hơn. Nếu bùn pin lithium chỉ có độ nhớt và thiếu độ đàn hồi, thì trong quá trình phủ sẽ xảy ra hiện tượng đứt dây nghiêm trọng, dẫn đến hiệu suất của lớp phủ kém. Do đó, bùn pin lithium phải có độ đàn hồi nhất định ngoài độ nhớt, cho phép các sợi bị đứt nhanh chóng phục hồi trong quá trình phủ và đảm bảo lớp phủ đồng nhất. Nếu bùn có độ đàn hồi rất cao hoặc hoàn toàn không có độ nhớt, điều đó cho thấy có sự kết tụ nghiêm trọng hoặc có cấu trúc -rắn rắn, khiến không thể phủ được.

Độ nhớt đàn hồi thường được đo bằng máy đo lưu biến. Lực cắt dao động có biên độ-nhỏ, chẳng hạn như quét biên độ và quét tần số, được áp dụng để đo độ đàn hồi nhớt của bùn.

Tốc độ cắt liên tục tăng từ 0 đến một giá trị không đổi và ứng suất cắt tương ứng được ghi lại trong quá trình này. Sau đó, tốc độ cắt giảm dần về 0 và giá trị ứng suất cắt tương ứng được ghi lại. Có thể vẽ một đường cong khép kín của tốc độ cắt và ứng suất cắt; đường cong này được gọi là vòng pháp tuyến thixotropic. Diện tích của vòng bình thường càng lớn thì hiệu suất thixotropic càng lớn và ngược lại.

Độ nhớt là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá độ ổn định của hỗn hợp bùn pin lithium{0}}ion. Cả độ nhớt quá cao và quá thấp đều gây bất lợi cho lớp phủ. Bùn có độ nhớt cao-ít có xu hướng lắng xuống và có độ phân tán tốt hơn, nhưng độ nhớt quá cao dẫn đến việc san phẳng kém, khiến việc phủ khó khăn và giảm tốc độ phủ. Giảm độ nhớt một cách thích hợp giúp nâng cao hiệu quả phủ. Độ nhớt thấp hơn mang lại khả năng chảy vữa tốt và giúp loại bỏ bọt khí, nhưng độ nhớt quá thấp dẫn đến khó sấy khô, giảm tốc độ phủ, làm trầm trọng thêm lớp phủ không đồng đều và có thể gây nứt lớp phủ và kết tụ bùn.

Trong quá trình sản xuất, đặc biệt là sau khi bùn lắng trong một thời gian, độ nhớt thường thay đổi, chủ yếu theo ba cách: tăng độ nhớt, giảm độ nhớt và các trường hợp đặc biệt.

(1) Tăng độ nhớt:Sau khi để lâu, chất keo chuyển từ trạng thái sol sang trạng thái gel, làm cho độ nhớt của bùn tăng lên. Khuấy từ từ hỗn hợp bùn sẽ phục hồi độ nhớt.

(2) Giảm độ nhớt:Độ nhớt giảm khi chất kết dính hấp thụ độ ẩm và trải qua những thay đổi về chất, thay đổi cấu trúc trong quá trình khuấy hoặc phân hủy. Việc khuấy kéo dài, tốc độ khuấy quá nhanh và sự phân tán không đồng đều của bùn trong quá trình đồng nhất đều có thể dẫn đến giảm độ nhớt. Việc thêm chất ổn định, chất phân tán hoặc chất hoạt động bề mặt trong bùn có thể cải thiện độ ổn định của bùn thông qua các nguyên tắc đẩy điện tích và cản trở không gian. Ngoài ra, tất cả các thành phần phải được làm khô hoàn toàn trước khi đồng nhất.

(3) Các trường hợp đặc biệt:Các vật liệu hoạt tính có thể hấp thụ độ ẩm trong quá trình bảo quản hoặc bị khuấy trong môi trường có độ ẩm-cao, khiến PVDF hấp thụ độ ẩm và tạo ra chất sệt "giống như thạch". Khi hỗn hợp bùn có độ đặc đặc biệt rõ rệt như thạch-thì nó không thể sử dụng được. Trong trường hợp này, bùn có vấn đề có thể được làm khô, chất kết dính và NCM bay hơi và tách ra, sau đó sàng, nghiền và trộn theo tỷ lệ thành bùn thông thường. Sau đó nó có thể được sử dụng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của pin. Do đó, phương pháp phòng ngừa hiệu quả nhất là làm khô hoàn toàn vật liệu trước khi đồng nhất, đo độ ẩm và kiểm soát chặt chẽ độ ẩm trong quá trình đồng nhất.

Tỷ lệ các chất rắn như hoạt chất, chất dẫn điện và chất kết dính trong tổng khối lượng của bùn được gọi là hàm lượng chất rắn của bùn. Nói chung, hàm lượng chất rắn nằm trong khoảng từ 40% đến 70%. Phương pháp chính để kiểm tra hàm lượng chất rắn là phương pháp sấy khô. Cân một lượng bùn có khối lượng M, đặt nó ở nhiệt độ nhất định để làm khô dung môi, sau đó cân lại với khối lượng m. Hàm lượng chất rắn sau đó được tính là m=M/M. Máy đo độ ẩm có thể được sử dụng để đo nhanh chóng và tương đối chính xác hàm lượng chất rắn trong bùn. Máy đo độ ẩm sử dụng nguyên lý giảm trọng lượng nhiệt; nó làm nóng đồng đều mẫu bằng đèn halogen để làm bay hơi dung môi và tính toán hàm lượng chất rắn bằng sự thay đổi khối lượng trước và sau khi gia nhiệt.

Trong cùng một quy trình và công thức đồng nhất hóa, hàm lượng chất rắn trong bùn càng cao thì độ nhớt của nó càng cao. Tương tự, hàm lượng chất rắn càng thấp thì độ nhớt càng thấp. Trong phạm vi xác định đối với hàm lượng chất rắn, giá trị cao hơn cho thấy độ ổn định của bùn cao hơn. Việc tăng hàm lượng chất rắn có thể làm giảm việc sử dụng dung môi, rút ​​ngắn thời gian trộn bùn và cải thiện hiệu quả phủ và sấy khô. Tuy nhiên, khi hàm lượng chất rắn tăng lên, độ nhớt tăng lên, tính lưu động giảm đi, làm tăng độ khó của lớp phủ và gây mài mòn nghiêm trọng hơn cho thiết bị.

Liên hệ ngay