De stabiliteit en dispergeerbaarheid van batterijslurry hebben een belangrijke invloed op de eigenschappen van elektroden en afgewerkte batterijproducten. Dus hoe karakteriseren we de stabiliteit en dispergeerbaarheid van batterijslurry?
Karakteriseringsmethode voor de stabiliteit van batterijslurry
1. Solide inhoudsmethode
De testmethode voor vaste inhoud is een goedkope en eenvoudig te testen methode. Het principe is om de mest in een container te plaatsen en op dezelfde locatie met regelmatige tussenpozen monsters te nemen om het vaste stofgehalte te testen en te analyseren. Door het verschil in vaste stofgehalte te beoordelen, kan de stabiliteit van de slurry van lithiumbatterijen worden beoordeeld om te zien of er sprake is van sedimentatie, gelaagdheid en andere verschijnselen.
2. Viscositeitsmethode
De viscositeitstestmethode kan in principe ook de stabiliteit van de slurry weerspiegelen. Het principe is om de slurry in een container te plaatsen en de viscositeit regelmatig te testen. De stabiliteit van de slurry kan worden beoordeeld aan de hand van de verandering in viscositeit.
3. Stabiliteitsanalysator
Het gebruik van een stabiliteitsanalysator kan met gegevens spreken. Zo hebben Sung et al. gebruikte een stabiliteitsanalysator om de veranderingen in de lichttransmissie van verschillende pH-slurries te volgen met behulp van PAA als bindmiddel binnen 12 uur. De aanvankelijke lichttransmissie en de 12-uurveranderingswaarden van de neutrale slurry waren kleiner. Omdat carbon black-materialen lichtabsorptie hebben, duidt een lagere lichttransmissie op een betere verspreiding van carbon black-deeltjes, en hebben kleinere micro-agglomeraten grotere specifieke oppervlakken, waardoor de lichtabsorptie-efficiëntie wordt verbeterd. Tegelijkertijd geeft de kleine verandering in de lichttransmissie van de slurry binnen 12 uur aan dat de slurry een goede dispersiestabiliteit heeft tijdens het statische proces, zoals weergegeven in de onderstaande figuur.
4. Karakterisering van het Zeta-potentieel
Zeta-potentieel verwijst naar het potentieel van het schuifvlak, ook bekend als elektrokinetisch potentieel of elektromotorische kracht, en is een belangrijke indicator voor het karakteriseren van de stabiliteit van colloïdale dispersies. Hoe kleiner de moleculen of verspreide deeltjes, hoe hoger de absolute waarde van het Zeta-potentieel (positief of negatief), en hoe stabieler het systeem, dat wil zeggen dat de oplossing of dispersie aggregatie kan weerstaan. Omgekeerd, hoe lager het Zeta-potentieel (positief of negatief), hoe meer het de neiging heeft om te coaguleren of te aggregeren, dat wil zeggen dat de aantrekkingskracht groter is dan de afstoting, de dispersie wordt vernietigd en er coagulatie of aggregatie plaatsvindt.
Karakteriseringsmethode voor de verspreiding van batterijmest
1. Fijnheid
Fijnheid is een belangrijke prestatie-indicator voor batterijslurry, die informatie kan weerspiegelen zoals de deeltjesgrootte en dispersie van de slurry. De fijnheidswaarde kan worden gebruikt om te begrijpen of de deeltjes in de slurry gedispergeerd zijn en of de agglomeraten gedeagglomereerd zijn.
2. Membraanimpedantie
Lithiumbatterijslurry is een gemengd vast-vloeistofsysteem dat wordt gevormd door het dispergeren van actieve elektrodematerialen en geleidende middelen in een bindmiddeloplossing. Volgens het principe van de membraanimpedantietest met vier sondes wordt de impedantie van het slurriemembraan getest. De distributietoestand van het geleidende middel in de slurry kan kwantitatief worden geanalyseerd door middel van weerstandsvermogen om het dispersie-effect van de slurry te beoordelen. Het specifieke testproces is: gebruik een filmapplicator om de slurry gelijkmatig op de isolatiefilm aan te brengen, verwarm en droog deze vervolgens, meet de dikte van de coating na het drogen, snijd het monster en de maat voldoet aan de oneindige vereisten. Gebruik ten slotte vier sondes om de impedantie van het elektrodemembraan te meten en de soortelijke weerstand te berekenen op basis van de dikte.
3. Rasterelektronenmicroscopie/energiespectrumanalyse/cryo-elektronenmicroscopie
Rasterelektronenmicroscopie (SEM) kan worden gebruikt om de morfologie van batterijslurry direct te observeren, en samen te werken met energiespectrumanalyse (EDS) om de dispersie van elke component te analyseren. Bij het bereiden van monsters kan het drogen van de slurry tijdens dit proces echter leiden tot een herverdeling van de eigen componenten. Cryo-elektronenmicroscopie (Cryo-SEM) kan de oorspronkelijke distributiestatus van de slurrycomponenten behouden, dus wordt het sinds kort gebruikt bij de analyse van slurry-eigenschappen.
4. Elektrode CT-beeldvorming
Elektrode CT-beeldvorming kan direct de dispersietoestand van deeltjes in de elektrode waarnemen. Zoals weergegeven in de volgende figuur zijn er meer grote deeltjes geagglomereerd in de elektrode in Figuur a, zijn de geagglomereerde deeltjes in de elektrode in Figuur b aanzienlijk verminderd, en zijn er bijna geen geagglomereerde grote deeltjes in de elektrode in Figuur c.
5. Laserdiffractiemeettechnologie
Laserdiffractiemeettechnologie maakt gebruik van de Fresnel-verstrooiingstheorie en de Fraunhofer-theorie om de deeltjesgrootte en -verdeling te verkrijgen. De op deze technologie gebaseerde laserdeeltjesgrootte-analysator heeft een hoge meetnauwkeurigheid, goede herhaalbaarheid en een korte meettijd. Het wordt veel gebruikt in batterijfabrieken om de deeltjesgrootte van slurry in batterijen te testen.
6. Analysemethode voor elektrochemische impedantiespectroscopie
Wang et al. gebruikte de elektrochemische impedantiespectroscopie-analysemethode (EIS) om het impedantiespectrum van de vloeibare slurry direct te analyseren en de elektrochemische kenmerken van de slurry bij verschillende deeltjesconcentraties te verkrijgen. En door de resultaten van de aanpassing van het impedantiespectrum werd een evaluatiemethode voor de interne deeltjesverdelingsstructuur van de elektrodeslurry gebaseerd op het parameter-equivalente circuitmodel ontwikkeld, wat een nieuw idee opleverde voor de online meting en online evaluatie van de interne niet-uniforme structuur van de slurry van lithium-ionbatterijen. Het EIS-testprincipe wordt weergegeven in de figuur.
Methoden voor het karakteriseren van zowel de stabiliteit als de dispergeerbaarheid van de slurry
1. Reometer
(1) Visco-elasticiteitstest
The viscoelastic characteristics of the slurry are characterized by the relative valuesof the storage modulus (G′) and the loss modulus (G″). The storage modulus G′, also known as the elastic modulus, represents the capacity stored when the slurry undergoes reversible elastic deformation and is a measure of the elastic deformation of the slurry. The loss modulus G″, also known as the viscous modulus, represents the energy consumed when the slurry undergoes irreversible deformation and is a measure of the viscous deformation of the slurry. In the frequency scan, based on the relative size of G′and G″and evaluating the sensitivity of G′to the angular frequency, it is possible to reflect whether the slurry is in a fluid state or a solid-like state. In the low-frequency range, G′>G″en hoe groter het verschil, hoe beter de stabiliteit van de mest. Zoals blijkt uit onderstaande figuur is de stabiliteit van natuurlijke grafietslurry beter dan die van synthetische grafietslurry.
(2) Veranderingen in viscositeit met afschuifsnelheid
De viscositeit van een slurry verandert gewoonlijk met de afschuifsnelheid. Wanneer er sprake is van schuifverdunning, zijn er zachte agglomeraten in de slurry die gemakkelijk worden vernietigd door schuifspanning. Integendeel, de aanwezigheid van verdikking door afschuiving geeft gewoonlijk aan dat er harde geaggregeerde deeltjes in de slurry zitten. In het algemeen hebben slurries met snellere afschuifverdunningssnelheden de neiging een betere dispergeerbaarheid te hebben, waarbij de vernietiging van het bindmiddel door afschuifkracht wordt genegeerd. Zoals weergegeven in de onderstaande figuur heeft de slurry die wordt weergegeven door de holle cirkel een betere dispergeerbaarheid dan de andere twee slurries.
(3) Opbrengststresstest
De vloeispanning in de reologie wordt gedefinieerd als de uitgeoefende spanning waarbij voor het eerst onomkeerbare plastische vervorming op het monster wordt waargenomen. Theoretisch is de vloeispanning de minimale spanning die nodig is om stroming te initiëren. Opbrengstanalyse is belangrijk voor alle complex gestructureerde vloeistoffen. Het helpt om de productprestaties beter te begrijpen, zoals houdbaarheid en stabiliteit tegen sedimentatie of fasescheiding. Er zijn verschillende reologische methoden die kunnen worden gebruikt om de vloeispanning te bepalen. De onderstaande figuur toont de vloeispanningsanalyse met behulp van de shear flow ramp-down-methode. Uit de testresultaten blijkt dat bij gematigde afschuifsnelheden de schuifspanning afneemt naarmate de afschuifsnelheid afneemt. Wanneer de afschuifsnelheid echter verder wordt verlaagd, bereikt de spanningscurve een stabiel niveau en is deze onafhankelijk van de snelheid. Deze stabiele spanningswaarde wordt het vloeipunt genoemd. Tegelijkertijd wordt de gemeten curve van de "schijnbare viscositeit" oneindig en heeft deze een lineair verband met de afschuifsnelheid wanneer de helling -1 is.
Omdat synthetisch grafiet een grotere deeltjesgrootte en een onregelmatigere deeltjesvorm heeft, vertoont de slurry een lagere vloeispanning en een zwakkere netwerkstructuur. Daarom zal dit synthetische grafietslurrymonster gevoeliger zijn voor sedimentatie en fasescheiding. Slibsedimentatie kan leiden tot een ongelijkmatige verdeling van actieve materialen op de elektrode, waardoor de prestaties van de batterij afnemen.
(4) Thixotropie
Na het coaten zal de batterijslurry nivelleren onder invloed van de zwaartekracht en oppervlaktespanning op de stroomafnemer. In het gebied met lage afschuifsnelheden wordt gehoopt dat de viscositeit vóór het aanbrengen geleidelijk terugkeert naar de hoge viscositeit. Voordat deze terugkeert naar een hoge viscositeit, is de viscositeit van de slurry nog steeds relatief laag, gemakkelijk te egaliseren en is het coatingoppervlak glad en uniform van dikte. De hersteltijd mag niet te lang of te kort zijn. Als de hersteltijd te lang is, zal de viscositeit van de slurry te laag zijn tijdens het egalisatieproces en is het gemakkelijk om staartjes te krijgen of is de dikte van de onderrand hoger dan de dikte van de bovenste coating. Als de tijd te kort is, heeft de mest geen tijd om te egaliseren.
2. Mestweerstandsmeter
De weerstandsparameter van de slurry heeft een significante correlatie met de slurryformule, het type en de inhoud van het geleidende middel, het type en de inhoud van het bindmiddel, enz. Nadat de slurry is geroerd en een tijdje heeft laten staan, kan gelsedimentatie optreden. optreden, en de weerstandswaarde zal ook verschillende graden van verandering vertonen. Daarom kan de soortelijke weerstand van de slurry worden gebruikt als een methode om de uniformiteit en stabiliteit van de elektrische eigenschappen van de slurry te karakteriseren.
Testmethode:doe een bepaald volume slurry (ongeveer 80 ml) in de glazen maatbeker, plaats een schone elektrodepen, start de software, test de verandering van de slurryweerstand bij drie paar elektroden in de loop van de tijd en sla deze op in het document.
Testparameters:soortelijke weerstand, temperatuur, tijd
Berekeningsformule:Weerstand (Ω*cm):Ρe=U/I * S/L
Functies:
1. Scheid de spannings- en stroomlijnen, elimineer de invloed van inductie op de spanningsmeting en verbeter de nauwkeurigheid van de weerstandsdetectie.
2. De schijfelektrode met een diameter van 10 mm zorgt voor een relatief groot contactoppervlak met het monster en vermindert de testfout.
3. De verandering in weerstandsvermogen op drie posities in de verticale richting van de slurry in de loop van de tijd kan in realtime worden gevolgd.
Meetbereik weerstandsvermogen:2,5Ω*cm~50MΩ*cm
Meetnauwkeurigheid weerstandsvermogen:±0.5%
