Lityum-İyon Pil Elektrot Bulamacı Nasıl Değerlendirilir?

Lityum-iyon pil üretiminde bulamaç hazırlama ilk işlemdir. Bulamacın karıştırma sonrasında uygunluğu sonraki kaplamayı ve nihai pil performansını doğrudan etkiler ve pil maliyetinin önemli bir göstergesidir. Bu nedenle bulamaç hazırlama, lityum-iyon pil üretiminde merkezi bir rol oynar. Araştırmalar, bir lityum-iyon pil elektrodunun ideal mikroskobik parçacık dağılımının, aktif malzemelerin topaklanma olmaksızın düzgün dağılımı ve iletken bir ağ oluşturan iletken madde parçacıklarının ince-katman dağılımı ile karakterize edildiğini göstermektedir. Düzgün parçacık dağılımına sahip elektrotlardan yapılan lityum-iyon piller, mükemmel elektrokimyasal performans ve uzun ömür sergiler. Bu nedenle, lityum{10}}iyon pil bulamaçlarının akışkanlığı, stabilitesi ve tekdüzeliği genellikle test edilir ve sonraki kaplama işlemlerine uygunlukları ve pilin aktif malzemelerinin performansına katkıları değerlendirilmek üzere karakterize edilir.

Lityum-iyon pil üretiminde bulamaç hazırlama ilk işlemdir. Bulamacın karıştırma sonrasında uygunluğu sonraki kaplamayı ve nihai pil performansını doğrudan etkiler ve pil maliyetinin önemli bir göstergesidir. Bu nedenle bulamaç hazırlama, lityum-iyon pil üretiminde merkezi bir rol oynar. Çalışmalar, lityum-iyon pil elektrotlarının ideal mikropartikül dağılımının, aktif malzemelerin topaklanma olmadan düzgün bir şekilde dağılması ve iletken bir ağ oluşturan iletken madde parçacıklarının ince-katman dispersiyonu ile karakterize edildiğini göstermiştir. Düzgün parçacık dağılımına sahip elektrotlardan yapılan lityum-iyon piller, mükemmel elektrokimyasal performans ve uzun ömür sergiler. Bu nedenle, lityum{10}}iyon pil bulamaçlarının akışkanlığı, stabilitesi ve tekdüzeliği genellikle test edilir ve sonraki kaplama işlemlerine uygunluklarını ve pilin aktif malzemelerinin performansını artırmadaki etkililiğini değerlendirmek üzere karakterize edilir.

Elektrot bulamaçları-Newtonyen olmayan sıvılardır ve iki türü vardır: pozitif elektrot bulamaçları ve negatif elektrot bulamaçları; bunlar yağ-bazlı ve su-bazlı sistemler olarak sınıflandırılır. Karıştırılan bulamacın iyi bir akışkanlığa, stabiliteye ve tekdüzeliğe sahip olması gerekir. Farklı akışkanlığa sahip bulamaçların durumları şekilde gösterilmektedir. Aşırı düşük veya yüksek viskozite, sedimantasyon, topaklanma ve eşit olmayan dağılım, sonraki kaplama işlemlerini önemli ölçüde etkileyerek elektrotun makroskobik görünümünde kusurlara ve mikro yapısında tutarsızlıklara neden olabilir. Geleneksel kağıt yapımı ve kaplama endüstrilerindeki bulamaç gereksinimlerinden farklı olarak, lityum pil bulamacının tek biçimliliği ve stabilitesi sonuçta pilin elektriksel performansını etkileyerek voltaj bozulması, çevrim ömrünün azalması ve pil tutarlılığının zayıf olması gibi bir dizi soruna yol açar. Bu nedenle, kaplamadan önce bulamacın işleme uygunluğunu belirlemek için uygun karakterizasyonu ve test edilmesi çok önemlidir.

Bir sıvı aktığında moleküller arasında iç sürtünme meydana gelir; sayısal olarak ölçülen bu özelliğe viskozite denir.

Viskozite=Kayma Gerilimi / Kayma Hızı

Kayma hızı ve kayma gerilimi arasındaki fonksiyonel ilişkiye reolojik eğri adı verilir ve genellikle bulamaç (sıvı) viskozitesinin kayma özelliklerine göre değişimini tanımlamak için kullanılır. Akışkan türlerini ayırt etmek için reolojik eğriler kullanılabilir. Newton tipi akışkanlar için, reolojik eğri üzerindeki kayma gerilimi ile kayma hızı arasındaki ilişki, orijinden geçen düz bir çizgidir.

Üretimde,dijital rotasyonel viskozimetreve reometreler genellikle viskozite ve reolojik eğrileri ölçmek için kullanılır. Viskozimetrelerin kullanımı kolaydır; reometreler ise daha geniş bir aralıkta ve daha kapsamlı viskozite-kayma hızı/gerilim eğrilerini ölçebilir ve daha doğru sonuçlar sağlayabilir. Pil bulamaçları,-Newtonyen olmayan akışkanlar olarak, kesme incelmesi, viskoelastisite ve tiksotropi dahil olmak üzere çeşitli reolojik özellikler sergiler.

Lityum-iyon elektrot bulamaçlarının çoğu kayma incelmesi özellikleri sergiler. Şekilde görüldüğü gibi kayma hızı arttıkça kayma viskozitesi azalır. Bu özellik, yüksek katı madde içeriğine sahip bulamaçlarda daha belirgindir. Daha yüksek kesme hızlarında, güçlü kesme kuvvetleri malzemeler arasında oluşan ağ yapısını bozarak parçacıkların kesme alanına paralel olarak daha düzenli bir yapıya yeniden düzenlenmesine neden olur, bu da viskozitenin azalmasına ve daha yüksek kesme hızlarında Newton platosuna ulaşmasına neden olur.

Bu-Newton olmayan özellik, elektrot hazırlığının kaplama işleminde avantajlıdır. Kullanmadan önceelektrot kaplama makinesiBulamaç, transfer tankından kaplama odasına vidalı bir pompa ile taşınır. Bu işlem sırasında bulamaç düşük kesme kuvvetine maruz kalır ve stabilitesini korumak için yüksek viskoziteli bir durumda kalır. Bulamaç kaplama kafası dudağından anında püskürtüldüğünde, yüksek bir kesme hızına maruz kalır, bu noktada bulamacın viskozitesi azalır ve düzgün bir akış sağlanır. Bulamaç mevcut toplayıcıya aktarıldıktan sonra kesme hızı azalır ve yüksek viskozite durumunda kalır. Bu, bulamaç sabitken veya kurutma işlemi sırasında parçacık çökelmesini önleyebilir veya azaltabilir ve tutarlı bir kaplama kalınlığı sağlar.

Viskoelastisite aynı zamanda bulamaç özelliklerinin değerlendirilmesinde önemli bir referans standarttır. Bulamacın viskozitesi (sıvı) ve elastikiyeti (katı) arasındaki ilişkiyi gösterir; Basitçe söylemek gerekirse, bulamacın daha çok sıvı mı yoksa katı mı olduğunu karakterize eder. Lityum pil bulamacı yalnızca viskozsa ve elastikiyetten yoksunsa, kaplama sırasında şiddetli yıpranma meydana gelecek ve bu da kaplama performansının düşmesine neden olacaktır. Bu nedenle, lityum pil bulamacının viskoziteye ek olarak belirli bir derecede esnekliğe sahip olması, kopan filamanların kaplama sırasında hızlı bir şekilde geri sıçramasına izin vermesi ve düzgün bir kaplama sağlaması gerekir. Bulamacın esnekliği çok yüksekse veya hiç viskozitesi yoksa, bu durum şiddetli topaklanmanın veya katı-benzeri bir yapının varlığını gösterir, bu da kaplamayı imkansız hale getirir.

Viskoelastisite genellikle bir reometre kullanılarak ölçülür. Bulamacın viskoelastisitesini ölçmek için genlik taraması ve frekans taraması gibi küçük-genlikli titreşim kesme kuvvetleri uygulanır.

Kayma hızı sürekli olarak sıfırdan sabit bir değere artırılır ve bu işlem sırasında karşılık gelen kayma gerilimi kaydedilir. Daha sonra kayma hızı kademeli olarak sıfıra düşürülür ve karşılık gelen kayma gerilmesi değeri kaydedilir. Kayma hızına karşı kayma geriliminin kapalı bir eğrisi çizilebilir; bu eğriye tiksotropik normal halka denir. Normal halkanın alanı ne kadar büyük olursa, tiksotropik performans da o kadar büyük olur ve bunun tersi de geçerlidir.

Viskozite, lityum-iyon pil çamurlarının stabilitesinin değerlendirilmesinde çok önemli bir faktördür. Hem aşırı yüksek hem de düşük viskoziteler kaplamaya zarar verir. Yüksek-viskoziteli bulamaçlar çökelmeye daha az eğilimlidir ve daha iyi dağılabilirliğe sahiptir, ancak aşırı yüksek viskozite zayıf seviyelendirmeye neden olarak kaplamayı zorlaştırır ve kaplama hızını azaltır. Viskozitenin uygun şekilde azaltılması, kaplama verimliliğinin artırılmasına yardımcı olur. Düşük viskozite, bulamacın iyi akışkanlığını sağlar ve hava kabarcıklarının giderilmesine yardımcı olur, ancak aşırı düşük viskozite, kuruma zorluklarına yol açar, kaplama hızını azaltır, düzensiz kaplamayı şiddetlendirir ve kaplamanın çatlamasına ve çamurun topaklaşmasına neden olabilir.

Üretim sırasında, özellikle de bulamaç bir süre bekletildikten sonra viskozite genellikle üç şekilde değişir: artan viskozite, azalan viskozite ve özel durumlar.

(1) Artan Viskozite:Uzun süreli bekletme sonrasında kolloid sol durumdan jel durumuna geçerek bulamaç viskozitesinin artmasına neden olur. Bulamacı yavaşça karıştırmak viskoziteyi eski haline getirecektir.

(2) Viskozite Azaltma:Bağlayıcı nemi emdiğinde ve niteliksel değişikliklere, karıştırma sırasında yapısal değişikliklere veya bozulmaya uğradığında viskozite azalır. Uzun süreli karıştırma, aşırı hızlı karıştırma hızı ve homojenleştirme sırasında bulamacın eşit olmayan şekilde dağılması, viskozitenin azalmasına neden olabilir. Bulamaç stabilizatörlerinin, dağıtıcıların veya yüzey aktif maddelerin eklenmesi, yük itme ve sterik engelleme ilkeleri yoluyla bulamaç stabilitesini geliştirebilir. Ayrıca homojenleştirmeden önce tüm bileşenlerin iyice kurutulması gerekir.

(3) Özel Durumlar:Aktif malzemeler depolama sırasında nemi emebilir veya yüksek-nemli ortamlarda karıştırılarak PVDF'nin nemi emmesine ve "jöle{1}}benzeri" bir bulamaç üretmesine neden olabilir. Bulamaç özellikle belirgin bir jöle-benzeri kıvam sergilediğinde kullanılamaz durumdadır. Bu durumda sorunlu bulamaç kurutulabilir, bağlayıcı madde ve NCM buharlaştırılıp ayrılabilir, daha sonra elenebilir, öğütülebilir ve normal bulamaca orantılı olarak karıştırılabilir. Daha sonra pil performansını etkilemeden kullanılabilir. Bu nedenle en etkili önleme yöntemi, homojenizasyon öncesinde malzemenin iyice kurutulması, nem içeriğinin ölçülmesi ve homojenizasyon sırasında nemin sıkı bir şekilde kontrol edilmesidir.

Bulamacın toplam kütlesindeki aktif malzemeler, iletken maddeler ve bağlayıcılar gibi katı maddelerin yüzdesine bulamacın katı içeriği denir. Genel olarak katı içeriği %40 ila %70 aralığındadır. Katı içeriği test etmenin ana yöntemi kurutma yöntemidir. Kütlesi M olan bulamacı tartın, çözücüyü kurutmak için belirli bir sıcaklığa yerleştirin ve ardından m kütlesiyle tekrar tartın. Katı içerik daha sonra m=M/M olarak hesaplanır. Bulamacın katı içeriğini hızlı ve nispeten doğru bir şekilde ölçmek için bir nem ölçer kullanılabilir. Nem ölçer termal ağırlık kaybı prensibini kullanır; çözücüyü buharlaştırmak için numuneyi bir halojen lambayla eşit şekilde ısıtır ve ısıtmadan önce ve sonra kütledeki değişime göre katı içeriğini hesaplar.

Aynı homojenizasyon prosesi ve formülasyon altında, bulamacın katı içeriği ne kadar yüksek olursa, viskozitesi de o kadar yüksek olur. Benzer şekilde katı içeriği ne kadar düşük olursa viskozite de o kadar düşük olur. Katı içeriği için tanımlanmış bir aralıkta daha yüksek bir değer, daha yüksek bulamaç stabilitesini gösterir. Katı içeriğin arttırılması solvent kullanımını azaltabilir, bulamaç karıştırma süresini kısaltabilir ve kaplama ve kurutma verimliliğini artırabilir. Ancak katı içeriği arttıkça viskozite artar, akışkanlık azalır, kaplama zorluğu artar ve ekipmanda daha ciddi aşınmaya neden olur.

Şimdi iletişime geçin