Como avaliar a lama do eletrodo da bateria de íons de lítio?

Na produção de baterias de íons de lítio, a preparação da pasta é o primeiro processo. A adequação da pasta após a mistura afeta diretamente o revestimento subsequente e o desempenho final da bateria, e é um indicador crucial do custo da bateria. Portanto, a preparação da pasta desempenha um papel central na fabricação de baterias de íons de lítio. A pesquisa mostra que a distribuição microscópica ideal de partículas de um eletrodo de bateria de íons de lítio-é caracterizada pela dispersão uniforme de materiais ativos sem aglomeração e dispersão em-camada fina de partículas de agente condutor formando uma rede condutora. Baterias de íon-de lítio feitas de eletrodos com distribuição uniforme de partículas apresentam excelente desempenho eletroquímico e longa vida útil. Portanto, a fluidez, a estabilidade e a uniformidade das pastas de baterias de íons de lítio são normalmente testadas e caracterizadas para avaliar sua adequação para processos de revestimento subsequentes e sua contribuição para o desempenho dos materiais ativos da bateria.

Na produção de baterias de íons de lítio, a preparação da pasta é o primeiro processo. A adequação da pasta após a mistura afeta diretamente o revestimento subsequente e o desempenho final da bateria, e é um indicador crucial do custo da bateria. Portanto, a preparação da pasta desempenha um papel central na fabricação de baterias de íons de lítio. Estudos mostraram que a distribuição ideal de micropartículas de eletrodos de bateria de íons de lítio é caracterizada pela dispersão uniforme de materiais ativos sem aglomeração e dispersão em camada fina de partículas de agentes condutores formando uma rede condutora. Baterias de íon-de lítio feitas de eletrodos com distribuição uniforme de partículas apresentam excelente desempenho eletroquímico e longa vida útil. Portanto, a fluidez, a estabilidade e a uniformidade das pastas de baterias de íons de lítio são normalmente testadas e caracterizadas para avaliar sua adequação para processos de revestimento subsequentes e sua eficácia na melhoria do desempenho dos materiais ativos da bateria.

As pastas de eletrodo não são fluidos-newtonianos e existem dois tipos: pastas de eletrodo positivo e pastas de eletrodo negativo, que são classificadas em sistemas à base de óleo-e à base de água-. A pasta agitada precisa possuir boa fluidez, estabilidade e uniformidade. Os estados de pastas com diferentes fluidez são mostrados na figura. Viscosidade excessivamente baixa ou alta, sedimentação, aglomeração e dispersão irregular podem impactar significativamente os processos de revestimento subsequentes, causando defeitos na aparência macroscópica do eletrodo e inconsistências em sua microestrutura. Ao contrário dos requisitos para lama nas indústrias tradicionais de fabricação de papel e revestimento, a uniformidade e estabilidade da pasta de bateria de lítio afetam, em última análise, o desempenho elétrico da bateria, levando a uma série de problemas como degradação de tensão, ciclo de vida reduzido e baixa consistência da bateria. Portanto, a caracterização e o teste adequados da pasta antes do revestimento para determinar sua adequação para processamento são cruciais.

Quando um líquido flui, ocorre atrito interno entre as moléculas; esta propriedade é chamada de viscosidade, medida numericamente.

Viscosidade=Tensão de cisalhamento / Taxa de cisalhamento

A relação funcional entre a taxa de cisalhamento e a tensão de cisalhamento é chamada de curva reológica, comumente usada para descrever a variação da viscosidade da pasta (fluido) com as características de cisalhamento. Curvas reológicas podem ser usadas para distinguir tipos de fluidos. Para fluidos newtonianos, a relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento na curva reológica é uma linha reta que passa pela origem.

Na produção,viscosímetro rotacional digitale reômetros são comumente usados ​​para medir viscosidade e curvas reológicas. Os viscosímetros são simples de operar, enquanto os reômetros podem medir uma faixa mais ampla e curvas de viscosidade-taxa de cisalhamento/tensão mais abrangentes e fornecer resultados mais precisos. As pastas de bateria, como fluidos não{3}}newtonianos, exibem várias propriedades reológicas, incluindo afinamento por cisalhamento, viscoelasticidade e tixotropia.

A maioria das pastas de eletrodos de íons de lítio apresentam características de afinamento por cisalhamento. Conforme mostrado na figura, a viscosidade de cisalhamento diminui com o aumento da taxa de cisalhamento. Esta característica é mais pronunciada em polpas com alto teor de sólidos. Em taxas de cisalhamento mais altas, fortes forças de cisalhamento perturbam a estrutura da rede formada entre os materiais, fazendo com que as partículas se reorganizem em uma estrutura mais ordenada paralela ao campo de cisalhamento, resultando em uma diminuição na viscosidade e atingindo um patamar newtoniano em taxas de cisalhamento mais altas.

Essa característica não -newtoniana é vantajosa no processo de revestimento de preparação do eletrodo. Antes de usar omáquina de revestimento de eletrodo, a pasta é transportada do tanque de transferência para a câmara de revestimento por uma bomba helicoidal. Durante este processo, a pasta é submetida a baixa força de cisalhamento e permanece num estado de alta viscosidade para manter a sua estabilidade. Quando a pasta é ejetada instantaneamente da borda da cabeça de revestimento, ela é submetida a uma alta taxa de cisalhamento, ponto em que a viscosidade da pasta diminui, garantindo um fluxo suave. Depois que a pasta é transferida para o coletor de corrente, a taxa de cisalhamento diminui e ela permanece em um estado de alta viscosidade. Isto pode prevenir ou reduzir a sedimentação de partículas quando a pasta está parada ou durante o processo de secagem, garantindo uma espessura de revestimento consistente.

A viscoelasticidade também é um importante padrão de referência para avaliar as propriedades da pasta. Demonstra a relação entre a viscosidade (líquido) e a elasticidade (sólido) da pasta; simplificando, caracteriza se a pasta é mais parecida com um líquido ou um sólido. Se a pasta da bateria de lítio for apenas viscosa e não tiver elasticidade, ocorrerão fortes encordoamentos durante o revestimento, resultando em baixo desempenho do revestimento. Portanto, a pasta da bateria de lítio deve possuir um certo grau de elasticidade além da viscosidade, permitindo que os filamentos quebrados se recuperem rapidamente durante o revestimento e garantindo um revestimento uniforme. Se a pasta tiver elasticidade muito alta ou nenhuma viscosidade, isso indica aglomeração severa ou uma estrutura-sólida, impossibilitando o revestimento.

A viscoelasticidade é geralmente medida usando um reômetro. Forças de cisalhamento vibracional de pequena-amplitude, como varredura de amplitude e varredura de frequência, são aplicadas para medir a viscoelasticidade da pasta.

A taxa de cisalhamento é continuamente aumentada de zero a um valor constante, e a tensão de cisalhamento correspondente é registrada durante este processo. Então, a taxa de cisalhamento é gradualmente reduzida até zero e o valor da tensão de cisalhamento correspondente é registrado. Uma curva fechada de taxa de cisalhamento versus tensão de cisalhamento pode ser traçada; esta curva é chamada de anel normal tixotrópico. Quanto maior a área do anel normal, maior será o desempenho tixotrópico e vice-versa.

A viscosidade é um fator crucial na avaliação da estabilidade de pastas de baterias de-íons de lítio. Tanto viscosidades excessivamente altas como baixas são prejudiciais ao revestimento. Pastas de alta-viscosidade são menos propensas à sedimentação e têm melhor dispersibilidade, mas uma viscosidade excessivamente alta resulta em um nivelamento deficiente, dificultando o revestimento e reduzindo a velocidade do revestimento. A redução adequada da viscosidade ajuda a melhorar a eficiência do revestimento. A viscosidade mais baixa proporciona boa fluidez da pasta e ajuda a remover bolhas de ar, mas a viscosidade excessivamente baixa leva a dificuldades de secagem, reduz a velocidade do revestimento, agrava o revestimento irregular e pode causar rachaduras no revestimento e aglomeração da pasta.

Durante a produção, especialmente depois que a pasta permanece parada por um período de tempo, a viscosidade muda frequentemente, principalmente de três maneiras: aumento da viscosidade, diminuição da viscosidade e casos especiais.

(1) Aumento da viscosidade:Após repouso prolongado, o colóide muda do estado sol para o estado gel, fazendo com que a viscosidade da pasta aumente. Agitar lentamente a pasta restaurará a viscosidade.

(2) Redução de viscosidade:A viscosidade diminui quando o ligante absorve umidade e sofre alterações qualitativas, alterações estruturais durante a agitação ou degradação. A agitação prolongada, a velocidade de agitação excessivamente rápida e a dispersão irregular da pasta durante a homogeneização podem levar à redução da viscosidade. A adição de estabilizadores de lama, dispersantes ou surfactantes pode melhorar a estabilidade da lama através dos princípios de repulsão de carga e impedimento estérico. Além disso, todos os componentes devem ser completamente secos antes da homogeneização.

(3) Casos Especiais:Os materiais ativos podem absorver umidade durante o armazenamento ou ser mexidos em ambientes-de alta umidade, fazendo com que o PVDF absorva a umidade e produza uma pasta "gelatinosa-semelhante". Quando a pasta exibe uma consistência gelatinosa-particularmente pronunciada, ela é inutilizável. Neste caso, a pasta problemática pode ser seca, o aglutinante e o NCM vaporizados e separados, depois peneirados, moídos e misturados proporcionalmente na pasta normal. Ele pode então ser usado sem afetar o desempenho da bateria. Portanto, o método de prevenção mais eficaz é secar completamente o material antes da homogeneização, medir o teor de umidade e controlar rigorosamente a umidade durante a homogeneização.

A porcentagem de substâncias sólidas, como materiais ativos, agentes condutores e ligantes na massa total da pasta, é chamada de conteúdo sólido da pasta. Geralmente, o teor de sólidos está na faixa de 40% a 70%. O principal método para testar o conteúdo sólido é o método de secagem. Pese uma pasta com massa M, coloque-a a uma determinada temperatura para secar o solvente e depois pese novamente com massa m. O conteúdo sólido é então calculado como m=M/M. Um medidor de umidade pode ser usado para medir de forma rápida e relativamente precisa o conteúdo sólido da pasta. O medidor de umidade utiliza o princípio da perda térmica de peso; aquece uniformemente a amostra com uma lâmpada halógena para evaporar o solvente e calcula o conteúdo sólido pela mudança na massa antes e depois do aquecimento.

No mesmo processo de homogeneização e formulação, quanto maior o teor de sólidos da pasta, maior será a sua viscosidade. Da mesma forma, quanto menor o teor de sólidos, menor a viscosidade. Dentro de uma faixa definida para conteúdo de sólidos, um valor mais alto indica maior estabilidade da pasta. Aumentar o conteúdo de sólidos pode reduzir o uso de solventes, encurtar o tempo de mistura da pasta e melhorar a eficiência do revestimento e da secagem. Porém, à medida que o teor de sólidos aumenta, a viscosidade aumenta, a fluidez diminui, aumentando a dificuldade de revestimento e causando desgaste mais severo nos equipamentos.

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