Analiza właściwości materiałów anodowych baterii litowych i procesu mieszania

Jako materiał elektrody ujemnej grafit należy zmieszać ze środkiem przewodzącym, spoiwem i innymi dodatkami, a następnie dodać rozpuszczalnik w celu przygotowania zawiesiny elektrody ujemnej, zanim będzie można ją pokryć kolektorem prądu w celu przygotowania elektrody. Jednak w procesie przygotowania szlamu anodowego grafitowego uważa się, że wielu techników napotkało duże lub małe problemy, takie jak zbyt długi czas, sedymentacja grafitu, niestabilna lepkość, duże cząstki szlamu, wiele pęcherzyków itp. ... Przed rozwiązaniem tych problemów musimy dokonać prostego uporządkowania podstawowych właściwości różnych materiałów. Tylko na podstawie zrozumienia właściwości materiału można szybko, dokładnie i dobrze rozwiązać napotkane problemy. W artykule przedstawiono głównie charakterystykę materiałów stosowanych do przygotowania szlamu anodowego:

1. grafit

Grafit obejmuje naturalny grafit i sztuczny grafit. Kształty cząstek są różne i nieregularne, głównie kuliste i płatkowe. Grafit jest substancją niepolarną, łatwo ulega zanieczyszczeniu substancjami niepolarnymi i łatwo ulega dyspersji w substancjach niepolarnych. Nie jest łatwo wchłaniać wodę i nie jest łatwo dyspergować w roztworze wodnym. Nawet jeśli zanieczyszczony grafit zostanie zdyspergowany w wodzie, ulegnie ponownej agregacji. Jeśli chodzi o cechy i wymagania grafitu, uważam, że każdy jest bardzo jasny, więc nie będę ich tutaj powtarzał.

2. Czynnik przewodzący

Istnieje wiele rodzajów czynników przewodzących, w tym sadza, CNT, grafen itp., Z których większość jest niepolarna. Rolą środka przewodzącego jest mieszanie materiałów grafitowych w celu utworzenia głównej sieci przewodzącej i zmniejszenie wewnętrznej rezystancji baterii litowej. Ilość dodanego środka przewodzącego jest na ogół niewielka i można powiedzieć, że im mniejsza, tym lepsza, około 2% lub mniej. Jako środek przewodzący na ogół konieczne jest posiadanie wystarczająco dużej powierzchni właściwej, aby jak najmniej zwiększyć szybkość przenoszenia elektronów. Ale stanie też przed problemem łatwego ponownego połączenia, a nie łatwego rozproszenia.

Dyspersja środków przewodzących zawsze była ważnym punktem. Ponieważ rodzaje środków przewodzących są zróżnicowane, od zwykłej sadzy, przez zawiesinę CNT, po mieszankę sadzy, CNT i szlam przewodzący z grafenem, zawiesinę należy dostosować zgodnie z jej właściwościami. Proces przygotowania. W artykule o przygotowaniu zawiesiny z baterii litowej [znakomita] analiza właściwości i kluczowych czynników wpływających na szlam z baterii litowej wspomina się, że przygotowanie zawiesiny będzie przebiegać głównie przez etapy mieszania materiałów na sucho, zwilżania proszku, kruszenia klastrów cząstek, i wreszcie osiągnięcie stabilności. Dyspergowanie środka przewodzącego musi zostać zakończone na etapie zwilżania proszku i rozbijania skupisk cząstek, w przeciwnym razie środek przewodzący będzie się ponownie agregował i spowoduje straty środka przewodzącego. Rozwiązując problem dyspersji środka przewodzącego, należy dostosować siłę mechaniczną i czas, aby uzyskać najlepszy stan.

3.CMC

CMC (hydroksymetyloceluloza sodu) jest ważnym eterem celulozy. Jest to polianionowy związek celulozy otrzymywany w wyniku chemicznej modyfikacji włókien naturalnych. Jest łatwo rozpuszczalny w zimnej i gorącej wodzie i należy do materiału o średniej płci. CMC ma doskonałe właściwości, takie jak zagęszczanie, dyspersja, zawieszanie, adhezja, tworzenie błony, koloid ochronny i ochrona przed wilgocią, dlatego jest wybierany jako dyspergator i zagęszczacz do grafitowych elektrod ujemnych.

CMC ma właściwości dyspergujące i wiążące, ale nie może być stosowany samodzielnie jako spoiwo do elektrod ujemnych w zastosowaniach przemysłowych. W procesie produkcji baterii litowych należy wziąć pod uwagę gęstość energii i rezystancję wewnętrzną baterii litowej. Wymaga to, aby biegun ujemny miał określoną gęstość objętościową (około 1,6 g / cm3). W tym przypadku konieczne jest powleczenie. Drugi nabiegunnik jest poddawany obróbce przez walcowanie, a CMC ma większą kruchość, co nieuchronnie doprowadzi do załamania się konstrukcji nabiegunnika po walcowaniu i zjawisk takich jak opadanie proszku i wyciek folii. Dlatego warunkiem, że CMC może być używane samodzielnie, jest: grubość nabiegunnika jest niewielka, proces walcowania nie jest przeprowadzany lub gęstość zagęszczenia nabiegunnika nie jest duża.

Dodatkowo podczas przygotowywania szlamu elektrody ujemnej należy zwrócić uwagę na wpływ prędkości mieszalnika na CMC. Roztwór CMC ma pseudoplastyczność, jego lepkość spada wraz ze wzrostem temperatury i jest odwracalna. Gdy mieszalnik obraca się zbyt szybko, lepkość CMC zmniejszy się, co wpłynie na zawieszenie anody grafitowej.

4. Spoiwo SBR

SBR (kauczuk butadienowo-styrenowy) jest niskocząsteczkową emulsją o liniowym łańcuchu. Jednostka cząstek lateksu jest strukturą rdzeniowo-powłokową. Powłoka jest usieciowaną strukturą kopolimerowych łańcuchów molekularnych. Zewnętrzna powłoka to hydrofilowa grupa polarna i powierzchnia. Aktywny agent. SBR to substancja współistniejąca z hydrofilowością i lipofilnością. Grupy na bazie wody łączą się z grupami na powierzchni folii, tworząc siłę wiązania, która sprzyja zdolności do dyspergowania i stabilności szlamu. Segment oleisty łączy się z ujemnym grafitem, tworząc siłę wiązania, osiągając w ten sposób efekt spajania.

Jednak SBR nie może być stosowany samodzielnie w zawiesinie anody grafitowej, ponieważ SBR nie ma funkcji rozpraszania, a zbyt duża ilość SBR spowoduje również pęcznienie elementu biegunowego w elektrolicie.

W przemysłowej produkcji baterii litowych często stosuje się CMC i SBR w tym samym czasie. Połączone użycie tych dwóch może rozwiązać problemy niestabilnej lepkości zawiesiny, pęcznienia nabiegunników i wysokiej kruchości. Handlowe materiały grafitowe są substancjami niepolarnymi, niełatwymi do uzyskania hydrofilowości i trudnymi do dyspersji w systemach wodnych. Jedną z funkcji CMC jest działanie jako dyspergator, rozpraszający grafit i dodatki przewodzące. Ponadto CMC utworzy żel, gdy zetknie się z wodą, co powoduje, że zawiesina jest grubsza (zagęszczacz) i poprawia stabilność zawiesiny wodnej zawiesiny elektrody ujemnej. Kiedy szlam jest powlekany, ze względu na strukturę żelu CMC, może nie tylko zatrzymywać wilgoć, ale także stabilizować zawiesinę i utrzymywać jednolitość zawiesiny w określonym czasie, co spełnia potrzeby produkcji przemysłowej na dużą skalę. Uwzględniając wady CMC, wprowadzenie elastycznej, molekularnej emulsji SBR, która jest łatwo rozpuszczalna w wodzie, powoduje, że szlam ma lepszą przyczepność, a jednocześnie poprawia wytrzymałość nabiegunnika, dzięki czemu nabiegunnik nie będzie ubijał się pod wysokim ciśnieniem. Po usunięciu proszku siła wiązania nabiegunnika po walcowaniu jest również wysoka.

Gdy CMC i SBR są używane razem, należy zwrócić uwagę na czas dodawania emulsji SBR. Ponieważ SBR jest podatny na demulgację pod wpływem długotrwałej dużej siły ścinającej, co zmniejsza przyczepność nabiegunników.

5. Woda dejonizowana

Woda dejonizowana jest słabo polarną cząsteczką i rozpuszczalnikiem zawiesiny elektrody ujemnej. Kluczowym parametrem związanym z rozpuszczalnikiem jest zawartość substancji stałych. W procesie przygotowania szlamu zawartość części stałych zależy od dyspersji i stabilności materiału.