Utjecaj sirovina baterija na stabilnost kaše katodne elektrode
Akumulatorska suspenzija je visoko viskozan dvofazni sistem suspenzije čvrsta-tečnost, a da bi se procenila stabilnost ovog sistema, prvi korak je proučavanje njegovog sastava i njegovih funkcionalnih svojstava. Većina industrije litijuma koristi suspenziju na bazi ulja, koja je mješavina nastala miješanjem i dispergiranjem aktivnih materijala, veziva, provodljivih sredstava, rastvarača, itd. u određenom omjeru i redoslijedu.
Katodni aktivni materijali
Kao glavna elektrohemijska aktivna komponenta u katodnoj suspenziji, katodni materijal određuje napon, gustinu energije i druga osnovna svojstva baterije i predstavlja jezgro sistema suspenzije. Raspodjela veličine čestica, specifična površina, pH ili rezidualna alkalna vrijednost i druga svojstva aktivnog materijala utiču na stabilnost suspenzije.
Raspodjela veličine čestica:
Veličina čestica i distribucija veličine čestica aktivnog materijala je važan faktor u procesu izrade suspenzije. Što su manje čestice aktivnog materijala, veći je viskozitet kontinuirane faze, slabiji je fenomen stratifikacije suspenzije uzrokovan gravitacijom i bolja je stabilnost sistema suspenzije. Međutim, kada se veličina čestica smanji na određenu malu veličinu, sila vezivanja između čestica postaje glavna uloga, a između čestica će doći do aglomeracije, što ne doprinosi stabilnosti sistema. Stoga, u disperziji suspenzije, veličina čestica nije što je finija to bolja, već je treba rasporediti u uskom rasponu veličina kako bi se postigla međusobna ravnoteža usisavanja i odbijanja, kako bi se osigurala stabilnost sistema suspenzije.
Specifična površina:
To je važan faktor koji utiče na performanse ćelije. Što je veća specifična površina, to su bolje elektrohemijske performanse ćelije, što se direktno odražava na niži unutrašnji otpor ćelije, lakše performanse kapaciteta i bolje performanse ciklusa i performanse množenja. Međutim, prevelika specifična površina povećava adheziju uzorka u suspenziji, što ne pogoduje disperziji između čestica.
pH ili rezidualna alkalna vrijednost:
Sama pH vrednost ne utiče na stabilnost kaše, ali alkalna sredina ima veći uticaj na vezivo i može dovesti do promena u strukturi samog veziva. Posebno za katodne ternarne materijale zbog viška litijeve soli u procesu sinteze, višak litijeve soli stvara litijum (Li) oksid nakon kalcinacije na visokoj temperaturi, koji reagira s vodom (H2O) i ugljičnim dioksidom (CO2) u zraku kako bi se stvorio litijum hidroksid (LiOH) i litij hidroksid i litij karbonat će opet ostati na površini materijala (Li2CO3).
Binder
Glavna uloga veziva u suspenziji je da veže aktivni materijal, provodljivo sredstvo i kolektor, da poboljša elektronski kontakt između aktivnog materijala elektrode i provodnog agensa i kolektora, i da obezbedi stabilnu ulogu podrške za sistem suspenzije. Danas se poliviniliden fluorid (PVDF) obično koristi kao vezivo u industriji litijuma jer PVDF ima dobre performanse obrade, termičku stabilnost (dugotrajna temperatura upotrebe -40 ~ 150 stepeni), te prilagodljivost i stabilnost na elektrolit. Vezivo se omotava oko aktivnog materijala mehaničkim mešanjem nakon rastvaranja u azot metilpirolidonu (NMP), i vezuje se silom vodonične veze i van der Waalsovom silom, itd. Faktori koji utiču na čvrstoću vezivanja su uglavnom intermolekularni polaritet, molekulska težina, sadržaj rastvarača itd.
Konduktivno sredstvo
Glavna uloga provodljivog agensa u katodnoj suspenziji je smanjenje unutrašnjeg otpora baterije i poboljšanje isparavanja kapaciteta, općenito birajte provodljivi ugljični prah s CNT suspenzijom kao glavnim provodljivim sredstvom. Zbog male veličine čestica (lako se formiraju klasteri od 1-5 mm) i velike specifične površine (oko 60 m2/g), teško se ravnomjerno dispergirati u suspenziji, tako da su zahtjevi za proces miješanja vrlo visoki.
Disperzanti
Glavna uloga disperzanta u katodnoj suspenziji je da rastvori vezivo i obezbedi dobar nosač za aktivni materijal koji će se ravnomernije dispergovati. U fazi nanošenja premaza, disperzant mora imati dobru kvašenje i fluidnost prema metalnoj podlozi i dobru isparljivost prilikom sušenja. U poređenju sa drugim disperzantima kao što su H2O, NMP, DMAC (dimetil acetamid), DMF (dimetil formamid), itd., NMP ima prednosti visoke rastvorljivosti, niske viskoznosti, niske isparljivosti, dobre stabilnosti i lakog obnavljanja, tako da industrija generalno usvaja NMP-PVDF sistem. Naprotiv, ako NMP čini manje, viskoznost suspenzije je velika, prah nije dobro dispergovan i tečnost suspenzije je niska. Stoga, ne postoji stroga kontrola količine dodanog NMP-a, najkritičnije je osigurati da se može ravnomjerno premazati.
Vlaga
Vlaga postoji kao nečistoća u uljnoj suspenziji, uglavnom unesena sirovinom u suspenziji ili tokom mešanja. Povećanje njegovog sadržaja će uticati na viskoznost kaše, narušiti ujednačenost otapala, dovesti do aglomeracije katodnih čestica u klastere, te pojave ljuštenja i otpadanja kada se stupić postavi nakon sušenja, pa je potrebno kontrolisati unošenje vlage kako u sirovinu tako i u mješavinu.
TOB NEW ENRTGYpruža punu paletu materijala za baterije
