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锂电池浆料稳定性的意义与表征

 意义

 

锂离子电池的生产制造步骤较为繁琐,且每一个工艺步骤都紧密相关,需要考虑整个工艺流程的连续性、稳定性、一致性和可加工性等等。在整个生产过程中,锂电池浆料的制备尤为关键,曾有日本专家说过:浆料性质的好坏影响到电池成品质量的70%以上!确实,浆料不仅影响电池性能,也是决定电池成本的关键指标。
 

正极浆料主要由粘结剂、导电剂、正极材料等组成;负极浆料也类似,主要由增稠剂、粘结剂、碳粉或其它负极材料等组成。正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料、固体与固体颗粒之间的相互混合、溶解、摩擦、分散等一系列工艺过程,而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、粒度、粘度等参数的变化。锂离子电池浆料的混合分散过程可以分为宏观混合过程和微观分散过程,这两个过程始终都会伴随着锂离子电池浆料制备的整个过程。


锂电池浆料的稳定性是浆料性质的重要指标之一,稳定性好坏代表浆料存放时间长短,这可以为生产提供足够的连续性保障,不至于得看点出料,轻松简便。稳定性好坏更影响着涂布效果,稳定性好,由始至zong极片的面密度稳定,为电池容量、内阻等性质打下良好的基础。稳定性不好,极片涂布过程中好一会坏一会,就很难保证极片的参数,造成不合格的产品会增多。咱们先说了浆料稳定性的意义,下面来逐步介绍下浆料稳定性的表征。
 

表征

 

 

 

如何提高浆料的稳定性呢?下面列举Turbiscan在电池浆料稳定性测量中的应用:

 

 

 

1.利用Turbiscan测量固体粉末的分散度

 

 

 

分散性的定义是一种固体粒子在液体中被分散后达到zui小粒度或所需粒度的能力。可以通过下面的方程来计算均匀度。

 

 

 

 

 

理论粒径dtheoritical对应着zui高分散状态下的粒径。测量粒径dmeasured对应着不稀释状态下的团粒径(SMLS原理测定)。当dr接近于0时,分散性较差,当dr为时接近1时分散性较好。

 

 

 

 

 

 

 分散度Dr可以应用于浆料混合前期筛选原材料和分散工艺定制极端,为配置优秀的浆料奠定基础条件。

 

 

 

 

 

上图为分散度Dr的应用案例,展示了TiO2粉体在不同机械力分散条件下在水中的分散度。分散度从差至好依次为,搅拌、超声波水浴、均质、超声波破碎。

 

 

 

2.利用Turbiscan测量浆料的分散均匀度

 

 

 

 

 均匀度即浆料在空间分布上的一致性,颗粒团聚严重的样品均匀度通常较差。均匀度的计算公式很简单,即Turbiscan扫描样品得到光强度曲线的相对标准偏差。

 

 

 

 

 

 对于均匀性好的样品而言,相对标准偏差较小,而均匀性差的样品,相对标准偏差较大。这个参数可以应用于定量不同浆料之间的分散均匀性。

 

 

 

 

 

上图为均匀度RSD的应用案例,展示了不同配方样品在相同分散工艺下的均匀度。RSD值越小的样品均匀度越好。

 

 

 

3.利用Turbiscan测量浆料的物理稳定性

 

 

 

 

 

Turbican基于SMLS(静态多重光散射)技术,能够直接测量高浓度样品的散射光强度,通过对浆料进行持续的扫描,可以定量浆料的失稳现象。

 

 

    上图为两个水性正极浆料,在加入HPC前后的背散射光扫描数据,a没有加入HPC,b加入0.7wt%HPC。从图中可见,未加入HPC的样品顶部区域扫描线出现明显的波动和不重合,这意味着样品顶部区域的颗粒发生了明显的聚结。相应的,加入HPC后的样品的扫描线基本重合,说明颗粒没有聚结过程。

 

 

 

上图为这两个浆料生产的电极表面的SEM扫描照片,可以发现未加入HPC浆料生产出的电极表面粗糙,并且有小裂纹出现。

 

 

 

总结 

 

 

 

 

 为了生产性能you异品质更高的电池,提高电池浆料的稳定性是很重要的,建议从原材料的粒度、比表面积、pH值、混料工艺、原材料配比等方面来进行you化,改善浆料稳定性,同时使用Turbiscan稳定性稳定性分析仪,表征分散度、分散均匀性、稳定性等参数,评价不同阶段的稳定性。

 

 

 

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