La stabilità e la disperdibilità dei liquami delle batterie hanno un impatto importante sulle proprietà degli elettrodi e dei prodotti finiti delle batterie. Quindi, come caratterizzare la stabilità e la disperdibilità dei liquami delle batterie?
Metodo di caratterizzazione della stabilità dei liquami di batteria
1. Metodo del contenuto solido
Il metodo di test del contenuto solido è un metodo economico e facile da testare. Il suo principio è quello di posizionare l'impasto liquido in un contenitore e prelevare campioni nella stessa posizione a intervalli regolari per testare e analizzare il contenuto solido. Valutando la differenza nel contenuto solido, è possibile valutare la stabilità del liquame della batteria al litio per vedere se sono presenti sedimentazione, stratificazione e altri fenomeni.
2. Metodo della viscosità
Il metodo di prova della viscosità può anche riflettere sostanzialmente la stabilità dell'impasto liquido. Il suo principio è quello di posizionare il liquame in un contenitore e testarne la viscosità a intervalli regolari. La stabilità dell'impasto liquido può essere giudicata dal cambiamento di viscosità.
3. Analizzatore di stabilità
L'uso dell'analizzatore di stabilità può parlare con i dati. Ad esempio, Sung et al. ha utilizzato un analizzatore di stabilità per monitorare le variazioni di trasmissione della luce di diversi impasti di pH utilizzando PAA come legante entro 12 ore. I valori iniziali di trasmissione luminosa e di variazione di 12-ora dell'impasto liquido neutro erano inferiori. Poiché i materiali di nerofumo assorbono la luce, una minore trasmissione della luce indica una migliore dispersione delle particelle di nerofumo e i microagglomerati più piccoli hanno aree superficiali specifiche più grandi, migliorando così l'efficienza di assorbimento della luce. Allo stesso tempo, il piccolo cambiamento nella trasmissione luminosa dell'impasto liquido entro 12 ore indica che l'impasto liquido ha una buona stabilità di dispersione durante il processo statico, come mostrato nella figura seguente.
4. Caratterizzazione del potenziale Zeta
Il potenziale Zeta si riferisce al potenziale del piano di taglio, noto anche come potenziale elettrocinetico o forza elettromotrice, ed è un indicatore importante per caratterizzare la stabilità delle dispersioni colloidali. Quanto più piccole sono le molecole o le particelle disperse, tanto più alto è il valore assoluto del potenziale Zeta (positivo o negativo), e tanto più stabile è il sistema, cioè la dissoluzione o la dispersione può resistere all'aggregazione. Viceversa, quanto più basso è il potenziale Zeta (positivo o negativo), tanto più tende a coagulare o ad aggregarsi, cioè l'attrazione supera la repulsione, la dispersione viene distrutta e si verifica la coagulazione o l'aggregazione.
Metodo di caratterizzazione della dispersione dei liquami delle batterie
1. Finezza
La finezza è un importante indicatore di prestazione del liquame della batteria, che può riflettere informazioni quali la dimensione delle particelle del liquame e la dispersione. Il valore della finezza può essere utilizzato per capire se le particelle nell'impasto sono disperse e se gli agglomerati sono deagglomeratati.
2. Impedenza della membrana
L'impasto liquido per batterie al litio è un sistema misto solido-liquido formato dalla dispersione di materiali attivi degli elettrodi e agenti conduttivi in una soluzione legante. Secondo il principio del test dell'impedenza della membrana a quattro sonde, viene testata l'impedenza della membrana dell'impasto liquido. Lo stato di distribuzione dell'agente conduttivo nell'impasto liquido può essere analizzato quantitativamente attraverso la resistività per giudicare l'effetto di dispersione dell'impasto liquido. Il processo di test specifico è: utilizzare un applicatore di pellicola per rivestire uniformemente l'impasto liquido sulla pellicola isolante, quindi riscaldarlo e asciugarlo, misurare lo spessore del rivestimento dopo l'essiccazione, tagliare il campione e la dimensione soddisfa il requisito infinito. Infine, utilizzare quattro sonde per misurare l'impedenza della membrana dell'elettrodo e calcolare la resistività in base allo spessore.
3. Microscopia elettronica a scansione/analisi dello spettro energetico/microscopia crioelettronica
La microscopia elettronica a scansione (SEM) può essere utilizzata per osservare direttamente la morfologia dei liquami della batteria e cooperare con l'analisi dello spettro energetico (EDS) per analizzare la dispersione di ciascun componente. Tuttavia, durante la preparazione dei campioni, l'essiccazione dell'impasto liquido durante questo processo può causare la ridistribuzione dei suoi stessi componenti. La microscopia crioelettronica (Cryo-SEM) può mantenere lo stato di distribuzione originale dei componenti del liquame, quindi ha recentemente iniziato a essere utilizzata nell'analisi delle proprietà dei liquami.
4. Imaging TC con elettrodo
L'imaging TC con elettrodo può osservare direttamente lo stato di dispersione delle particelle nell'elettrodo. Come mostrato nella figura seguente, ci sono più particelle grandi agglomerate nell'elettrodo della Figura a, le particelle agglomerate nell'elettrodo della Figura b sono significativamente ridotte e non ci sono quasi particelle grandi agglomerate nell'elettrodo della Figura c.
5. Tecnologia di misurazione della diffrazione laser
La tecnologia di misurazione della diffrazione laser utilizza la teoria dello scattering di Fresnel e la teoria di Fraunhofer per ottenere la dimensione e la distribuzione delle particelle. L'analizzatore laser delle dimensioni delle particelle basato su questa tecnologia ha un'elevata precisione di misurazione, una buona ripetibilità e tempi di misurazione brevi. È stato ampiamente utilizzato nelle fabbriche di batterie per testare la dimensione delle particelle dei liquami nelle batterie.
6. Metodo di analisi mediante spettroscopia di impedenza elettrochimica
Ad esempio, Wang et al. ha utilizzato il metodo di analisi della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) per analizzare direttamente lo spettro di impedenza del liquame liquido e ottenere le caratteristiche elettrochimiche del liquame a diverse concentrazioni di particelle. E attraverso i risultati dell'adattamento dello spettro di impedenza, è stato stabilito un metodo di valutazione per la struttura di distribuzione interna delle particelle dell'impasto liquido degli elettrodi basato sul modello del circuito equivalente dei parametri, che ha fornito una nuova idea per la misurazione online e la valutazione online della struttura interna non uniforme del liquame della batteria agli ioni di litio. Il principio del test EIS è mostrato in figura.
Metodi per caratterizzare sia la stabilità che la disperdibilità dell'impasto liquido
1. Reometro
(1) Test di viscoelasticità
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″e maggiore è la differenza, migliore è la stabilità del liquame. Come mostrato nella figura seguente, la stabilità del liquame di grafite naturale è migliore di quella del liquame di grafite sintetica.
(2) Variazioni della viscosità con la velocità di taglio
La viscosità di un impasto liquido solitamente cambia con la velocità di taglio. Quando esiste un comportamento di assottigliamento al taglio, nel liquame sono presenti agglomerati morbidi che vengono facilmente distrutti dallo stress di taglio. Al contrario, la presenza di ispessimento al taglio solitamente indica la presenza di particelle dure aggregate nel liquame. In generale, i fanghi con tassi di diluizione al taglio più rapidi tendono ad avere una migliore disperdibilità, ignorando la distruzione del legante da parte della forza di taglio. Come mostrato nella figura seguente, l'impasto liquido rappresentato dal cerchio cavo ha una migliore disperdibilità rispetto agli altri due impasto liquido.
(3) Prova di stress di rendimento
Lo stress di snervamento in reologia è definito come lo stress applicato al quale si osserva per la prima volta una deformazione plastica irreversibile sul campione. Teoricamente, lo stress di snervamento è lo stress minimo richiesto per avviare il flusso. L'analisi della resa è importante per tutti i fluidi strutturati complessi. Aiuta a comprendere meglio le prestazioni del prodotto, come la durata di conservazione e la stabilità contro la sedimentazione o la separazione di fasi. Esistono diversi metodi reologici che possono essere utilizzati per determinare lo stress di snervamento. La figura seguente mostra l'analisi dello sforzo di snervamento utilizzando il metodo ramp-down del flusso di taglio. Dai risultati dei test, si può vedere che a velocità di taglio moderate, lo stress di taglio diminuisce al diminuire della velocità di taglio. Tuttavia, quando la velocità di taglio viene ulteriormente ridotta, la curva di stress raggiunge un livello stabile ed è indipendente dalla velocità. Questo valore di stress stabile è chiamato punto di snervamento. Allo stesso tempo, la curva della "viscosità apparente" misurata diventa infinita e ha una relazione lineare con la velocità di taglio quando la pendenza è -1.
Poiché la grafite sintetica ha una dimensione delle particelle maggiore e una forma delle particelle più irregolare, l'impasto liquido presenta un limite di snervamento inferiore e una struttura a rete più debole. Pertanto, questo campione di impasto liquido di grafite sintetica sarà più suscettibile alla sedimentazione e alla separazione di fase. La sedimentazione del liquame può portare a una distribuzione non uniforme dei materiali attivi sull'elettrodo, riducendo così le prestazioni della batteria.
(4) Tissotropia
Dopo il rivestimento, l'impasto liquido della batteria si livellerà sotto l'azione della gravità e della tensione superficiale sul collettore di corrente. Nell'intervallo di velocità di taglio bassa, si spera che la viscosità ritorni gradualmente all'alta viscosità prima del rivestimento. Prima che ritorni ad alta viscosità, la viscosità dell'impasto liquido è ancora relativamente bassa, facile da livellare e la superficie del rivestimento è liscia e di spessore uniforme. Il tempo di recupero non dovrebbe essere né troppo lungo né troppo breve. Se il tempo di recupero è troppo lungo, la viscosità dell'impasto liquido sarà troppo bassa durante il processo di livellamento ed è facile che si formino delle code o che lo spessore del bordo inferiore sia superiore allo spessore del rivestimento superiore. Se il tempo è troppo breve, il liquame non avrà il tempo di livellarsi.
2. Misuratore di resistenza ai liquami
Il parametro di resistività dell'impasto liquido ha una correlazione significativa con la formula dell'impasto liquido, il tipo e il contenuto dell'agente conduttivo, il tipo e il contenuto del legante, ecc. Dopo che l'impasto liquido è stato agitato e lasciato riposare per un periodo di tempo, la sedimentazione del gel può verificarsi e anche il valore di resistività mostrerà diversi gradi di cambiamento. Pertanto, la resistività dell'impasto liquido può essere utilizzata come metodo per caratterizzare l'uniformità e la stabilità delle proprietà elettriche dell'impasto liquido.
Metodo di prova:mettere un certo volume di impasto liquido (circa 80 ml) nel misurino di vetro, inserire una penna per elettrodi pulita, avviare il software, testare la variazione della resistività dell'impasto liquido su tre paia di elettrodi nel tempo e salvarlo nel documento.
Parametri di prova:resistività, temperatura, tempo
Formula di calcolo:Resistività (Ω*cm):Ρe=U/I * S/L
Caratteristiche:
1. Separare le linee di tensione e corrente, eliminare l'influenza dell'induttanza sulla misurazione della tensione e migliorare la precisione del rilevamento della resistività.
2. L'elettrodo a disco da 10 mm di diametro garantisce un'area di contatto relativamente ampia con il campione e riduce l'errore del test.
3. La variazione di resistività in tre posizioni nella direzione verticale del liquame nel tempo può essere monitorata in tempo reale.
Intervallo di misurazione della resistività:2,5Ω*cm~50MΩ*cm
Precisione della misurazione della resistività:±0.5%
