Stabilita a disperzibilita batériového kalu má dôležitý vplyv na vlastnosti elektród a hotových batériových produktov. Ako teda charakterizovať stabilitu a disperzibilitu batériovej suspenzie?
Metóda charakterizácie stability kalu batérie
1. Metóda pevného obsahu
Metóda testovania pevného obsahu je lacná a ľahko testovateľná metóda. Jeho princípom je umiestniť kal do nádoby a na rovnakom mieste v pravidelných intervaloch odoberať vzorky na testovanie a analýzu obsahu pevných látok. Posúdením rozdielu v obsahu pevných látok je možné posúdiť stabilitu suspenzie lítiovej batérie, aby sa zistilo, či dochádza k sedimentácii, stratifikácii a iným javom.
2. Viskozitná metóda
Metóda testu viskozity môže tiež v zásade odrážať stabilitu suspenzie. Jeho princípom je umiestniť kašu do nádoby a v pravidelných intervaloch testovať viskozitu. Stabilita suspenzie sa môže posudzovať podľa zmeny viskozity.
3. Analyzátor stability
Použitie analyzátora stability môže hovoriť s údajmi. Napríklad Sung a kol. použili analyzátor stability na monitorovanie zmien priepustnosti svetla rôznych suspenzií pH s použitím PAA ako spojiva v priebehu 12 hodín. Počiatočné hodnoty priepustnosti svetla a 12-hodinovej zmeny neutrálnej kaše boli menšie. Pretože materiály sadzí majú absorpciu svetla, nižšia priepustnosť svetla indikuje lepšiu disperziu častíc sadzí a menšie mikroaglomeráty majú väčší špecifický povrch, čím sa zlepšuje účinnosť absorpcie svetla. Súčasne malá zmena v priepustnosti svetla suspenzie v priebehu 12 hodín naznačuje, že suspenzia má dobrú disperznú stabilitu počas statického procesu, ako je znázornené na obrázku nižšie.
4. Charakterizácia Zeta potenciálu
Zeta potenciál sa vzťahuje na potenciál šmykovej roviny, tiež známy ako elektrokinetický potenciál alebo elektromotorická sila, a je dôležitým ukazovateľom na charakterizáciu stability koloidných disperzií. Čím menšie sú molekuly alebo rozptýlené častice, tým vyššia je absolútna hodnota potenciálu Zeta (pozitívny alebo negatívny) a systém je stabilnejší, to znamená, že rozpúšťanie alebo disperzia môže odolávať agregácii. Naopak, čím je Zeta potenciál nižší (pozitívny alebo negatívny), tým má väčšiu tendenciu koagulovať alebo agregovať, to znamená, že príťažlivosť prevyšuje odpudivosť, disperzia je zničená a dochádza ku koagulácii alebo agregácii.
Charakterizačná metóda disperzie batériovej suspenzie
1. Jemnosť
Jemnosť je dôležitým ukazovateľom výkonnosti kalu z batérie, ktorý môže odrážať informácie, ako je veľkosť častíc kalu a disperzia. Hodnotu jemnosti možno použiť na pochopenie toho, či sú častice v suspenzii dispergované a či sú aglomeráty deaglomerované.
2. Impedancia membrány
Suspenzia lítiových batérií je zmesový systém tuhá látka-kvapalina tvorený dispergovaním elektródových aktívnych materiálov a vodivých činidiel v roztoku spojiva. Podľa princípu štvorsondového testu impedancie membrány sa testuje impedancia kalovej membrány. Stav distribúcie vodivého činidla v suspenzii možno kvantitatívne analyzovať prostredníctvom odporu, aby sa posúdil disperzný účinok suspenzie. Špecifický testovací proces je: použite filmový aplikátor na rovnomerné nanesenie kaše na izolačnú fóliu, potom ju zahrejte a vysušte, zmerajte hrúbku povlaku po vysušení, odrežte vzorku a veľkosť spĺňa nekonečnú požiadavku. Nakoniec použite štyri sondy na meranie impedancie membrány elektródy a vypočítajte merný odpor na základe hrúbky.
3. Skenovacia elektrónová mikroskopia/analýza energetického spektra/kryoelektrónová mikroskopia
Skenovaciu elektrónovú mikroskopiu (SEM) možno použiť na priame pozorovanie morfológie kalu batérie a na spoluprácu s analýzou energetického spektra (EDS) na analýzu disperzie každej zložky. Pri príprave vzoriek však sušenie kaše počas tohto procesu môže spôsobiť prerozdelenie jej vlastných zložiek. Kryoelektrónová mikroskopia (Cryo-SEM) dokáže zachovať pôvodný stav distribúcie zložiek kalu, takže sa nedávno začala používať pri analýze vlastností kalu.
4. Zobrazovanie pomocou CT elektródy
Zobrazovanie elektródou CT môže priamo pozorovať disperzný stav častíc v elektróde. Ako je znázornené na nasledujúcom obrázku, v elektróde na obrázku a je aglomerovaných viac veľkých častíc, aglomerované častice v elektróde na obrázku b sú výrazne znížené a v elektróde na obrázku c nie sú takmer žiadne aglomerované veľké častice.
5. Technológia merania laserovej difrakcie
Technológia merania laserovej difrakcie využíva Fresnelovu teóriu rozptylu a Fraunhoferovu teóriu na získanie veľkosti a distribúcie častíc. Laserový analyzátor veľkosti častíc založený na tejto technológii má vysokú presnosť merania, dobrú opakovateľnosť a krátky čas merania. Široko sa používa v továrňach na batérie na testovanie veľkosti častíc kalu v batériách.
6. Metóda analýzy elektrochemickej impedančnej spektroskopie
Napríklad Wang a kol. použili metódu analýzy elektrochemickej impedančnej spektroskopie (EIS) na priamu analýzu impedančného spektra kvapalnej suspenzie a získali elektrochemické charakteristiky suspenzie pri rôznych koncentráciách častíc. A prostredníctvom výsledkov prispôsobenia impedančného spektra bola vytvorená metóda hodnotenia vnútornej štruktúry distribúcie častíc suspenzie elektród na základe modelu ekvivalentného obvodu, čo poskytlo nový nápad na online meranie a online vyhodnotenie vnútornej nejednotnej štruktúry. suspenzie lítium-iónovej batérie. Princíp testu EIS je znázornený na obrázku.
Spôsoby charakterizácie stability a dispergovateľnosti suspenzie
1. Reometer
(1) Test viskoelasticity
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″a čím väčší je rozdiel, tým lepšia je stabilita kalu. Ako je znázornené na obrázku nižšie, stabilita prírodnej grafitovej suspenzie je lepšia ako stabilita syntetickej grafitovej suspenzie.
(2) Zmeny viskozity s rýchlosťou šmyku
Viskozita suspenzie sa zvyčajne mení s rýchlosťou šmyku. Ak dôjde k šmykovému riedeniu, v suspenzii sú mäkké aglomeráty, ktoré sa ľahko zničia šmykovým napätím. Naopak, prítomnosť šmykového zahusťovania zvyčajne naznačuje, že v suspenzii sú tvrdé agregované častice. Všeobecne povedané, kaše s rýchlejšími rýchlosťami strihového riedenia majú tendenciu mať lepšiu disperzibilitu, pričom sa ignoruje deštrukcia spojiva šmykovou silou. Ako je znázornené na obrázku nižšie, kaša reprezentovaná dutým kruhom má lepšiu disperzibilitu ako ostatné dve kaše.
(3) Záťažový test klzu
Medza klzu v reológii je definovaná ako aplikované napätie, pri ktorom sa na vzorke prvýkrát pozoruje nevratná plastická deformácia. Teoreticky je medza klzu minimálne napätie potrebné na spustenie toku. Analýza výťažnosti je dôležitá pre všetky komplexne štruktúrované kvapaliny. Pomáha lepšie pochopiť výkonnosť produktu, ako je skladovateľnosť a stabilita voči sedimentácii alebo separácii fáz. Existuje celý rad reologických metód, ktoré možno použiť na určenie medze klzu. Na obrázku nižšie je znázornená analýza medze klzu s použitím metódy znižovania šmykového toku. Z výsledkov skúšok je vidieť, že pri miernych šmykových rýchlostiach sa šmykové napätie znižuje so znižovaním šmykovej rýchlosti. Keď sa však šmyková rýchlosť ďalej zníži, krivka napätia dosiahne stabilnú úroveň a je nezávislá od rýchlosti. Táto stabilná hodnota napätia sa nazýva medza klzu. Súčasne sa nameraná krivka "zdanlivej viskozity" stáva nekonečnou a má lineárny vzťah so šmykovou rýchlosťou, keď je sklon -1.
Pretože syntetický grafit má väčšiu veľkosť častíc a nepravidelnejší tvar častíc, kaša vykazuje nižšiu medzu klzu a slabšiu sieťovú štruktúru. Preto bude táto vzorka suspenzie syntetického grafitu náchylnejšia na sedimentáciu a separáciu fáz. Sedimentácia kalu môže viesť k nerovnomernému rozloženiu aktívnych materiálov na elektróde, čím sa zníži výkon batérie.
(4) Tixotropia
Po potiahnutí sa kal z batérie vyrovná pôsobením gravitácie a povrchového napätia na zberač prúdu. V rozsahu nízkych šmykových rýchlostí sa predpokladá, že sa viskozita postupne vráti na vysokú viskozitu pred potiahnutím. Pred návratom k vysokej viskozite je viskozita suspenzie stále relatívne nízka, ľahko sa vyrovnáva a povrch povlaku je hladký a má rovnomernú hrúbku. Doba zotavenia by nemala byť príliš dlhá ani príliš krátka. Ak je čas zotavenia príliš dlhý, viskozita kalu bude počas procesu vyrovnávania príliš nízka a ľahko sa vytvorí chvost alebo hrúbka spodného okraja je väčšia ako hrúbka horného náteru. Ak je čas príliš krátky, kaša sa nestihne vyrovnať.
2. Merač odporu kalu
Parameter odporu kaše má významnú koreláciu so vzorcom kaše, typom a obsahom vodivého činidla, typom a obsahom spojiva atď. Po premiešaní kaše a jej ponechaní určitý čas môže dôjsť k sedimentácii gélu a hodnota odporu bude tiež vykazovať rôzne stupne zmeny. Preto môže byť odpor suspenzie použitý ako metóda na charakterizáciu rovnomernosti a stability elektrických vlastností suspenzie.
Testovacia metóda:do sklenenej odmerky nalejte určitý objem kaše (asi 80 ml), vložte čisté elektródové pero, spustite softvér, otestujte zmenu odporu kaše na troch pároch elektród v priebehu času a uložte do dokumentu.
Testovacie parametre:odpor, teplota, čas
Vzorec na výpočet:Odpor (Ω*cm):Ρe{0}}U/I * S/L
Vlastnosti:
1. Oddeľte napäťové a prúdové vedenie, eliminujte vplyv indukčnosti na meranie napätia a zvýšte presnosť detekcie odporu.
2. Disková elektróda s priemerom 10 mm zaisťuje relatívne veľkú kontaktnú plochu so vzorkou a znižuje chybu testu.
3. Zmena odporu v troch polohách vo vertikálnom smere kaše v priebehu času môže byť monitorovaná v reálnom čase.
Rozsah merania odporu:2,5Ω*cm~50MΩ*cm
Presnosť merania odporu:±0.5%
