La suspensión de la batería es un sistema de suspensión bifásico sólido-líquido altamente viscoso, y para evaluar la estabilidad de este sistema, el primer paso es estudiar su composición y sus propiedades funcionales. La mayor parte de la industria del litio utiliza lechada a base de aceite, que es una mezcla formada al mezclar y dispersar materiales activos, aglutinantes, agentes conductores, solventes, etc. en una determinada proporción y orden.
Como principal componente electroquímico activo en la suspensión catódica, el material catódico determina el voltaje, la densidad de energía y otras propiedades básicas de la batería y es el alma central del sistema de suspensión. La distribución del tamaño de partícula, el área de superficie específica, el pH o valor de álcali residual y otras propiedades del material activo afectan la estabilidad de la suspensión.
Distribución de tamaño de partícula:
El tamaño de partícula y la distribución del tamaño de partícula del material activo es un factor importante en el proceso de elaboración de la suspensión. Cuanto más pequeñas sean las partículas del material activo, mayor será la viscosidad de la fase continua, más débil será el fenómeno de estratificación de la suspensión causado por la gravedad y mejor será la estabilidad del sistema de suspensión. Sin embargo, cuando el tamaño de las partículas se reduce a un cierto tamaño diminuto, la fuerza de unión entre las partículas se convierte en el papel principal y se producirá la aglomeración entre las partículas, lo que no favorece la estabilidad del sistema. Por lo tanto, en la dispersión de la suspensión, el tamaño de partícula no es mejor cuanto más fino, pero debe distribuirse en un rango de tamaño estrecho para lograr el equilibrio mutuo de succión y repulsión, a fin de garantizar la estabilidad del sistema de suspensión.
Área superficial específica:
Es un factor importante que afecta el rendimiento de la celda. Cuanto mayor sea el área de superficie específica, mejor será el rendimiento electroquímico de la celda, lo que se refleja directamente en la menor resistencia interna de la celda, un mejor rendimiento de la capacidad y un mejor rendimiento del ciclo y del multiplicador. Sin embargo, un área de superficie específica demasiado grande mejora la adhesión de la muestra en la suspensión, lo que no conduce a la dispersión entre partículas.
pH o valor alcalino residual:
El valor de pH en sí no afecta la estabilidad de la suspensión, pero el entorno alcalino tiene un mayor impacto en el aglutinante y puede provocar cambios en la estructura del aglutinante mismo. Especialmente para los materiales ternarios de cátodo debido al exceso de sal de litio en su proceso de síntesis, el exceso de sal de litio genera óxido de litio (Li) después de la calcinación a alta temperatura, que reacciona con el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2) en el aire para generar litio. hidróxido (LiOH) y carbonato de litio (Li2CO3) nuevamente, que permanece en la superficie del material y hará que el valor de pH del material sea más alto.
La función principal del aglutinante en la suspensión es unir el material activo, el agente conductor y el colector, mejorar el contacto electrónico entre el material activo del electrodo y el agente conductor y el colector, y proporcionar un papel de soporte estable para el sistema de lodo. Hoy en día, el fluoruro de polivinilideno (PVDF) se usa comúnmente como aglutinante en la industria del litio porque el PVDF tiene un buen rendimiento de procesamiento, estabilidad térmica (temperatura de uso a largo plazo -40 ~ 150 ℃) y adaptabilidad y estabilidad al electrolito. El aglutinante se envuelve alrededor del material activo mediante agitación mecánica después de disolverse en nitrógeno metilpirrolidona (NMP) y se une mediante la fuerza de enlace de hidrógeno y la fuerza de van der Waals, etc. Los factores que afectan la fuerza de unión del aglutinante son principalmente polaridad intermolecular, peso molecular , contenido de disolvente, etc.
El papel principal del agente conductor en la suspensión de cátodo es reducir la resistencia interna de la batería y mejorar la volatilización de la capacidad, generalmente elija polvo de carbón conductor con suspensión de CNT como principal agente conductor. Debido a su bajo tamaño de partícula (fácil de formar grupos de 1 a 5 mm) y su gran área de superficie específica (alrededor de 60 m2/g), es difícil dispersarlo uniformemente en la suspensión, por lo que los requisitos para el proceso de mezclado son muy altos.
Dispersantes
La función principal del dispersante en la suspensión de cátodos es disolver el aglutinante y proporcionar un buen vehículo para que el material activo se disperse de manera más uniforme. En la etapa de recubrimiento, se requiere que el dispersante tenga buena humectabilidad y fluidez al sustrato metálico y buena volatilidad al secarse. En comparación con otros dispersantes como H2O, NMP, DMAC (dimetilacetamida), DMF (dimetilformamida), etc., NMP tiene las ventajas de alta solubilidad, baja viscosidad, baja volatilidad, buena estabilidad y fácil recuperación, por lo que la industria generalmente adopta el sistema NMP-PVDF. Por el contrario, si NMP representa menos, la viscosidad de la suspensión es grande, el polvo no se dispersa bien y la liquidez de la suspensión es baja. Por lo tanto, no existe un requisito de control estricto para la cantidad de NMP agregada, lo más importante es garantizar que se pueda recubrir de manera uniforme.
Humedad
La humedad existe como una impureza en la suspensión aceitosa, principalmente traída por la materia prima en la suspensión o durante la mezcla. El aumento de su contenido afectará la viscosidad de la suspensión, destruirá la uniformidad del solvente, conducirá a la aglomeración de partículas de cátodo en grupos y al fenómeno de pelado y caída cuando la pieza polar se coloca después del secado, por lo que la introducción Es necesario controlar la humedad tanto en la materia prima como en la mezcla.
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