La estabilidad y dispersabilidad de la suspensión de baterías tienen un impacto importante en las propiedades de los electrodos y los productos terminados de las baterías. Entonces, ¿cómo caracterizar la estabilidad y dispersabilidad de la suspensión de baterías?
Método de caracterización de la estabilidad de la suspensión de baterías.
1. Método de contenido sólido
El método de prueba de contenido sólido es un método de bajo costo y fácil de probar. Su principio es colocar la suspensión en un recipiente y tomar muestras en el mismo lugar a intervalos regulares para probar y analizar el contenido sólido. Al juzgar la diferencia en el contenido sólido, se puede juzgar la estabilidad de la suspensión de la batería de litio para ver si hay sedimentación, estratificación y otros fenómenos.
2. Método de viscosidad
El método de prueba de viscosidad también puede reflejar básicamente la estabilidad de la suspensión. Su principio es colocar la suspensión en un recipiente y probar la viscosidad a intervalos regulares. La estabilidad de la suspensión se puede juzgar por el cambio de viscosidad.
3. Analizador de estabilidad
El uso del analizador de estabilidad puede hablar con datos. Por ejemplo, Sung et al. utilizaron un analizador de estabilidad para monitorear los cambios en la transmitancia de la luz de diferentes suspensiones de pH usando PAA como aglutinante en 12 horas. La transmitancia de luz inicial y los valores de cambio de 12-horas de la suspensión neutra fueron menores. Debido a que los materiales de negro de humo tienen absorción de luz, una menor transmitancia de luz indica una mejor dispersión de las partículas de negro de humo, y los microaglomerados más pequeños tienen áreas superficiales específicas más grandes, mejorando así la eficiencia de absorción de luz. Al mismo tiempo, el pequeño cambio en la transmitancia de luz de la suspensión dentro de 12 horas indica que la suspensión tiene una buena estabilidad de dispersión durante el proceso estático, como se muestra en la siguiente figura.
4. Caracterización del potencial Zeta.
El potencial zeta se refiere al potencial del plano de corte, también conocido como potencial electrocinético o fuerza electromotriz, y es un indicador importante para caracterizar la estabilidad de las dispersiones coloidales. Cuanto más pequeñas sean las moléculas o partículas dispersas, mayor será el valor absoluto del potencial Zeta (positivo o negativo) y más estable será el sistema, es decir, la disolución o dispersión podrá resistir la agregación. Por el contrario, cuanto menor es el potencial Zeta (positivo o negativo), más tiende a coagularse o agregarse, es decir, la atracción supera a la repulsión, la dispersión se destruye y se produce la coagulación o agregación.
Método de caracterización de la dispersión de la suspensión de baterías.
1. Finura
La finura es un indicador importante del rendimiento de la lechada de la batería, que puede reflejar información como el tamaño y la dispersión de las partículas de la lechada. El valor de finura se puede utilizar para comprender si las partículas de la suspensión están dispersas y si los aglomerados están desaglomerados.
2. Impedancia de membrana
La suspensión de batería de litio es un sistema mixto sólido-líquido formado mediante la dispersión de materiales activos de electrodos y agentes conductores en una solución aglutinante. Según el principio de la prueba de impedancia de membrana de cuatro sondas, se prueba la impedancia de la membrana de lodo. El estado de distribución del agente conductor en la suspensión se puede analizar cuantitativamente mediante resistividad para juzgar el efecto de dispersión de la suspensión. El proceso de prueba específico es: usar un aplicador de película para cubrir uniformemente la lechada sobre la película aislante, luego calentarla y secarla, medir el espesor del recubrimiento después del secado, cortar la muestra y el tamaño cumple con el requisito infinito. Finalmente, utilice cuatro sondas para medir la impedancia de la membrana del electrodo y calcular la resistividad en función del espesor.
3. Microscopía electrónica de barrido/análisis del espectro energético/microscopía crioelectrónica
La microscopía electrónica de barrido (SEM) se puede utilizar para observar directamente la morfología de la suspensión de la batería y cooperar con el análisis del espectro de energía (EDS) para analizar la dispersión de cada componente. Sin embargo, al preparar muestras, el secado de la suspensión durante este proceso puede provocar la redistribución de sus propios componentes. La microscopía crioelectrónica (Cryo-SEM) puede mantener el estado de distribución original de los componentes de la suspensión, por lo que recientemente ha comenzado a usarse en el análisis de las propiedades de la suspensión.
4. Imágenes por TC con electrodos
Las imágenes de CT del electrodo pueden observar directamente el estado de dispersión de las partículas en el electrodo. Como se muestra en la siguiente figura, hay más partículas grandes aglomeradas en el electrodo de la Figura a, las partículas aglomeradas en el electrodo de la Figura b se reducen significativamente y casi no hay partículas grandes aglomeradas en el electrodo de la Figura c.
5. Tecnología de medición de difracción láser.
La tecnología de medición por difracción láser utiliza la teoría de dispersión de Fresnel y la teoría de Fraunhofer para obtener el tamaño y la distribución de las partículas. El analizador láser de tamaño de partículas basado en esta tecnología tiene una alta precisión de medición, buena repetibilidad y un tiempo de medición corto. Se ha utilizado ampliamente en las fábricas de baterías para probar el tamaño de las partículas de la suspensión en las baterías.
6. Método de análisis de espectroscopia de impedancia electroquímica.
Por ejemplo, Wang et al. utilizó el método de análisis de espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) para analizar directamente el espectro de impedancia de la suspensión líquida y obtuvo las características electroquímicas de la suspensión en diferentes concentraciones de partículas. Y a través de los resultados del ajuste del espectro de impedancia, se estableció un método de evaluación para la estructura de distribución interna de partículas de la suspensión de electrodos basado en el modelo de circuito equivalente de parámetros, lo que proporcionó una nueva idea para la medición en línea y la evaluación en línea de la estructura interna no uniforme. de la suspensión de la batería de iones de litio. El principio de prueba EIS se muestra en la figura.
Métodos para caracterizar tanto la estabilidad como la dispersabilidad de la suspensión.
1. Reómetro
(1) Prueba de viscoelasticidad
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″y cuanto mayor sea la diferencia, mejor será la estabilidad de la suspensión. Como se muestra en la figura siguiente, la estabilidad de la lechada de grafito natural es mejor que la de la lechada de grafito sintético.
(2) Cambios en la viscosidad con la velocidad de corte
La viscosidad de una suspensión generalmente cambia con la velocidad de corte. Cuando existe un comportamiento de adelgazamiento por corte, hay aglomerados blandos en la suspensión que se destruyen fácilmente por el esfuerzo de corte. Por el contrario, la presencia de espesamiento por cizallamiento generalmente indica que hay partículas agregadas duras en la suspensión. En términos generales, las lechadas con velocidades de adelgazamiento por cizallamiento más rápidas tienden a tener una mejor dispersabilidad, ignorando la destrucción del aglutinante por la fuerza de cizallamiento. Como se muestra en la figura siguiente, la suspensión representada por el círculo hueco tiene mejor dispersabilidad que las otras dos suspensión.
(3) Prueba de estrés de rendimiento
El límite elástico en reología se define como el esfuerzo aplicado al cual se observa por primera vez una deformación plástica irreversible en la muestra. Teóricamente, el límite elástico es el esfuerzo mínimo requerido para iniciar el flujo. El análisis de rendimiento es importante para todos los fluidos estructurados complejos. Ayuda a comprender mejor el rendimiento del producto, como la vida útil y la estabilidad frente a la sedimentación o la separación de fases. Existe una variedad de métodos reológicos que se pueden utilizar para determinar el límite elástico. La siguiente figura muestra el análisis del límite elástico utilizando el método de reducción del flujo de corte. A partir de los resultados de la prueba, se puede ver que a velocidades de corte moderadas, la tensión de corte disminuye a medida que disminuye la velocidad de corte. Sin embargo, cuando la velocidad de corte se reduce aún más, la curva de tensión alcanza un nivel estable y es independiente de la velocidad. Este valor de tensión estable se llama límite elástico. Al mismo tiempo, la curva de "viscosidad aparente" medida se vuelve infinita y tiene una relación lineal con la velocidad de corte cuando la pendiente es -1.
Dado que el grafito sintético tiene un tamaño de partícula más grande y una forma de partícula más irregular, la suspensión exhibe un límite elástico más bajo y una estructura de red más débil. Por lo tanto, esta muestra de suspensión de grafito sintético será más susceptible a la sedimentación y separación de fases. La sedimentación de lodo puede provocar una distribución desigual de los materiales activos en el electrodo, reduciendo así el rendimiento de la batería.
(4) tixotropía
Después del recubrimiento, la lechada de la batería se nivelará bajo la acción de la gravedad y la tensión superficial en el colector de corriente. En el rango de velocidad de corte baja, se espera que la viscosidad regrese gradualmente a la viscosidad alta antes del recubrimiento. Antes de que vuelva a tener una viscosidad alta, la viscosidad de la suspensión es todavía relativamente baja, fácil de nivelar y la superficie del recubrimiento es lisa y de espesor uniforme. El tiempo de recuperación no debe ser ni demasiado largo ni demasiado corto. Si el tiempo de recuperación es demasiado largo, la viscosidad de la lechada será demasiado baja durante el proceso de nivelación y es fácil que se formen residuos o que el espesor del borde inferior sea mayor que el espesor del recubrimiento superior. Si el tiempo es demasiado corto, la lechada no tendrá tiempo de nivelarse.
2. Medidor de resistencia de lodos
El parámetro de resistividad de la lechada tiene una correlación significativa con la fórmula de la lechada, el tipo y contenido del agente conductor, el tipo y contenido del aglutinante, etc. Después de agitar la lechada y dejarla reposar durante un período de tiempo, puede producirse la sedimentación del gel. ocurrir, y el valor de resistividad también mostrará diferentes grados de cambio. Por lo tanto, la resistividad de la lechada se puede utilizar como método para caracterizar la uniformidad y estabilidad de las propiedades eléctricas de la lechada.
Método de prueba:coloque un cierto volumen de lechada (aproximadamente 80 ml) en el vaso medidor, inserte un bolígrafo de electrodo limpio, inicie el software, pruebe el cambio de resistividad de la lechada en tres pares de electrodos a lo largo del tiempo y guárdelo en el documento.
Parámetros de prueba:resistividad, temperatura, tiempo
Fórmula de cálculo:Resistividad (Ω*cm):Ρe=U/I * S/L
Características:
1. Separe las líneas de voltaje y corriente, elimine la influencia de la inductancia en la medición de voltaje y mejore la precisión de la detección de resistividad.
2. El electrodo de disco de 10 mm de diámetro garantiza un área de contacto relativamente grande con la muestra y reduce el error de prueba.
3. El cambio de resistividad en tres posiciones en la dirección vertical de la suspensión a lo largo del tiempo se puede monitorear en tiempo real.
Rango de medición de resistividad:2,5Ω*cm~50MΩ*cm
Precisión de la medición de resistividad:±0.5%
