จะประเมินสารละลายอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียม-ได้อย่างไร

ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม- การเตรียมสารละลายเป็นกระบวนการแรก ความเหมาะสมของสารละลายหลังจากการผสมส่งผลโดยตรงต่อการเคลือบที่ตามมาและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ขั้นสุดท้าย และเป็นตัวบ่งชี้ต้นทุนแบตเตอรี่ที่สำคัญ ดังนั้น การเตรียมสารละลายจึงมีบทบาทสำคัญในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการกระจายอนุภาคในระดับจุลภาคในอุดมคติของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียม-นั้นมีลักษณะเฉพาะคือการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของวัสดุออกฤทธิ์โดยไม่มีการรวมตัวเป็นก้อน และ-การกระจายอนุภาคของสารนำไฟฟ้าในชั้นบางๆ ที่ก่อตัวเป็นเครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนที่ทำจากอิเล็กโทรดที่มีการกระจายตัวของอนุภาคสม่ำเสมอ มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมีอายุการใช้งานยาวนาน ดังนั้น ความสามารถในการไหล ความเสถียร และความสม่ำเสมอของของเหลวข้นลิเธียม-ไอออนจึงได้รับการทดสอบและกำหนดลักษณะเฉพาะเพื่อประเมินความเหมาะสมสำหรับกระบวนการเคลือบในภายหลัง และการมีส่วนร่วมต่อประสิทธิภาพของวัสดุออกฤทธิ์ของแบตเตอรี่

ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม- การเตรียมสารละลายเป็นกระบวนการแรก ความเหมาะสมของสารละลายหลังจากการผสมส่งผลโดยตรงต่อการเคลือบที่ตามมาและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ขั้นสุดท้าย และเป็นตัวบ่งชี้ต้นทุนแบตเตอรี่ที่สำคัญ ดังนั้น การเตรียมสารละลายจึงมีบทบาทสำคัญในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการกระจายตัวของอนุภาคระดับไมโครในอุดมคติของอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนนั้นมีลักษณะพิเศษคือการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของวัสดุออกฤทธิ์โดยไม่มีการรวมตัวเป็นก้อน และ-การกระจายตัวของอนุภาคของสารนำไฟฟ้าในชั้นบางๆ ที่ก่อตัวเป็นเครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนที่ทำจากอิเล็กโทรดที่มีการกระจายตัวของอนุภาคสม่ำเสมอ มีประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและมีอายุการใช้งานยาวนาน ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว ความสามารถในการไหล ความเสถียร และความสม่ำเสมอของสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน-จึงได้รับการทดสอบและกำหนดลักษณะเฉพาะเพื่อประเมินความเหมาะสมสำหรับกระบวนการเคลือบในภายหลัง และประสิทธิผลในการเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุออกฤทธิ์ของแบตเตอรี่

สารละลายอิเล็กโทรดไม่ใช่ของเหลว-ของนิวตัน และมีสองประเภท: สารละลายอิเล็กโทรดบวกและสารละลายอิเล็กโทรดลบ ซึ่งแบ่งออกเป็นระบบ-ที่ใช้น้ำมันและน้ำ- สารละลายกวนต้องมีความสามารถในการไหล ความเสถียร และความสม่ำเสมอที่ดี สถานะของสารแขวนลอยที่มีความสามารถในการไหลต่างกันแสดงไว้ในภาพ ความหนืด การตกตะกอน การเกาะกลุ่มกัน และการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอที่ต่ำหรือสูงเกินไป อาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกระบวนการเคลือบในภายหลัง ทำให้เกิดข้อบกพร่องในลักษณะที่มองเห็นด้วยตาเปล่าของอิเล็กโทรด และความไม่สอดคล้องกันในโครงสร้างจุลภาคของอิเล็กโทรด ซึ่งแตกต่างจากข้อกำหนดสำหรับสารละลายในอุตสาหกรรมการผลิตกระดาษและการเคลือบแบบดั้งเดิม ความสม่ำเสมอและความเสถียรของสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียมในท้ายที่สุดจะส่งผลต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของแบตเตอรี่ ซึ่งนำไปสู่ปัญหาต่างๆ มากมาย เช่น การเสื่อมสภาพของแรงดันไฟฟ้า อายุการใช้งานของวงจรลดลง และความสม่ำเสมอของแบตเตอรี่ไม่ดี ดังนั้นการระบุลักษณะเฉพาะที่เหมาะสมและการทดสอบสารละลายก่อนการเคลือบเพื่อตรวจสอบความเหมาะสมในการแปรรูปจึงเป็นสิ่งสำคัญ

เมื่อของเหลวไหล แรงเสียดทานภายในจะเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุล คุณสมบัตินี้เรียกว่าความหนืดซึ่งวัดเป็นตัวเลข

ความหนืด=ความเค้นเฉือน / อัตราแรงเฉือน

ความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างอัตราเฉือนและความเค้นเฉือนเรียกว่าเส้นโค้งรีโอโลยี ซึ่งมักใช้เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงของความหนืดของสารละลาย (ของไหล) ที่มีลักษณะเฉพาะของแรงเฉือน เส้นโค้งรีโอโลยีสามารถใช้เพื่อแยกแยะประเภทของของไหลได้ สำหรับของไหลของนิวตัน ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเฉือนและอัตราเฉือนบนเส้นโค้งรีโอโลจีจะเป็นเส้นตรงที่ผ่านจุดกำเนิด

ในการผลิตเครื่องวัดความหนืดแบบหมุนแบบดิจิตอลและรีโอมิเตอร์มักใช้ในการวัดความหนืดและเส้นโค้งรีโอโลยี เครื่องวัดความหนืดนั้นใช้งานง่าย ในขณะที่รีโอมิเตอร์สามารถวัดช่วงที่กว้างขึ้นและค่าความหนืดที่ครอบคลุมมากขึ้น-อัตราแรงเฉือน/กราฟความเค้น และให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น ของเหลวข้นแบตเตอรี่ในฐานะของเหลวที่ไม่ใช่-ของนิวตัน แสดงคุณสมบัติทางรีโอโลจีต่างๆ รวมถึงการเฉือนผอมบาง ความยืดหยุ่นความหนืด และทิโซโทรปี

สารละลายอิเล็กโทรดลิเธียม-ส่วนใหญ่มีลักษณะการเฉือนบางลง ดังแสดงในรูป ความหนืดของแรงเฉือนจะลดลงตามอัตราเฉือนที่เพิ่มขึ้น ลักษณะนี้จะเด่นชัดกว่าในสารละลายที่มีปริมาณของแข็งสูง ที่อัตราเฉือนที่สูงขึ้น แรงเฉือนที่แข็งแกร่งจะรบกวนโครงสร้างเครือข่ายที่เกิดขึ้นระหว่างวัสดุ ส่งผลให้อนุภาคจัดเรียงใหม่เป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบมากขึ้นขนานกับสนามเฉือน ส่งผลให้ความหนืดลดลงและไปถึงที่ราบสูงของนิวตันที่อัตราเฉือนที่สูงขึ้น

คุณลักษณะที่ไม่ใช่-ของนิวตันนี้เป็นประโยชน์ในกระบวนการเคลือบการเตรียมอิเล็กโทรด ก่อนที่จะใช้เครื่องเคลือบอิเล็กโทรดสารละลายจะถูกขนส่งจากถังถ่ายโอนไปยังห้องเคลือบโดยปั๊มสกรู ในระหว่างกระบวนการนี้ สารละลายจะถูกใช้แรงเฉือนต่ำและยังคงอยู่ในสถานะความหนืดสูงเพื่อรักษาความเสถียร เมื่อสารละลายถูกขับออกจากริมฝีปากของหัวเคลือบทันที จะมีอัตราการเฉือนสูง ซึ่ง ณ จุดนี้ความหนืดของสารละลายจะลดลง ทำให้มั่นใจได้ว่าจะไหลได้อย่างราบรื่น หลังจากที่สารละลายถูกถ่ายโอนไปยังตัวสะสมปัจจุบัน อัตราแรงเฉือนจะลดลง และยังคงอยู่ในสถานะความหนืดสูง วิธีนี้สามารถป้องกันหรือลดการตกตะกอนของอนุภาคได้เมื่อสารละลายอยู่กับที่หรือในระหว่างกระบวนการทำให้แห้ง ทำให้มั่นใจได้ถึงความหนาของการเคลือบที่สม่ำเสมอ

ความยืดหยุ่นความหนืดยังเป็นมาตรฐานอ้างอิงที่สำคัญสำหรับการประเมินคุณสมบัติของสารละลาย มันแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างความหนืด (ของเหลว) และความยืดหยุ่น (ของแข็ง) ของสารละลาย พูดง่ายๆ ก็คือ บ่งบอกว่าสารละลายนั้นมีลักษณะเหมือนของเหลวหรือของแข็งมากกว่า หากสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียมมีความหนืดเพียงอย่างเดียวและไม่มีความยืดหยุ่น จะเกิดการพันกันอย่างรุนแรงระหว่างการเคลือบ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเคลือบไม่ดี ดังนั้นสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียมจึงต้องมีความยืดหยุ่นในระดับหนึ่งนอกเหนือไปจากความหนืด ช่วยให้เส้นใยที่หักสามารถเด้งกลับได้อย่างรวดเร็วในระหว่างการเคลือบและรับประกันการเคลือบที่สม่ำเสมอ หากสารละลายมีความยืดหยุ่นสูงมากหรือไม่มีความหนืดเลย แสดงว่าเกิดการเกาะตัวกันอย่างรุนแรงหรือมีโครงสร้างคล้ายของแข็ง- ทำให้การเคลือบเป็นไปไม่ได้

โดยทั่วไปแล้ว ความยืดหยุ่นความหนืดจะวัดโดยใช้รีโอมิเตอร์ มีการใช้แรงเฉือนแบบสั่นขนาด-ขนาดเล็ก เช่น การสแกนแอมพลิจูดและการสแกนความถี่ เพื่อวัดความยืดหยุ่นความหนืดของสารละลาย

อัตราเฉือนจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจากศูนย์เป็นค่าคงที่ และบันทึกความเค้นเฉือนที่สอดคล้องกันในระหว่างกระบวนการนี้ จากนั้น อัตราเฉือนจะค่อยๆ ลดลงจนเหลือศูนย์ และค่าความเค้นเฉือนที่สอดคล้องกันจะถูกบันทึก สามารถพล็อตเส้นโค้งปิดของอัตราเฉือนเทียบกับความเค้นเฉือนได้ เส้นโค้งนี้เรียกว่าวงแหวนไทโซทรอปิกปกติ ยิ่งพื้นที่ของวงแหวนปกติมีขนาดใหญ่เท่าใด ประสิทธิภาพ thixotropic ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน

ความหนืดเป็นปัจจัยสำคัญในการประเมินความเสถียรของสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน- ความหนืดทั้งสูงและต่ำมากเกินไปเป็นอันตรายต่อการเคลือบ สารละลายที่มีความหนืดสูง-มีแนวโน้มที่จะตกตะกอนน้อยกว่าและมีการกระจายตัวที่ดีกว่า แต่ความหนืดที่สูงเกินไปส่งผลให้การปรับระดับไม่ดี ทำให้การเคลือบทำได้ยากและลดความเร็วในการเคลือบ การลดความหนืดอย่างเหมาะสมช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลือบ ความหนืดต่ำช่วยให้ของเหลวไหลได้ดีและช่วยขจัดฟองอากาศ แต่ความหนืดต่ำมากเกินไปทำให้เกิดปัญหาในการแห้ง ลดความเร็วในการเคลือบ ทำให้การเคลือบไม่สม่ำเสมอรุนแรงขึ้น และอาจทำให้เกิดการแตกร้าวของสารเคลือบและการจับตัวเป็นก้อนของสารละลาย

ในระหว่างการผลิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากที่สารละลายยืนนิ่งเป็นระยะเวลาหนึ่ง ความหนืดมักจะเปลี่ยนแปลง โดยหลักๆ ในสามวิธี: ความหนืดที่เพิ่มขึ้น ความหนืดลดลง และกรณีพิเศษ

(1) ความหนืดที่เพิ่มขึ้น:หลังจากยืนเป็นเวลานาน คอลลอยด์จะเปลี่ยนจากสถานะโซลเป็นสถานะเจล ทำให้ความหนืดของสารละลายเพิ่มขึ้น การกวนสารละลายอย่างช้าๆ จะทำให้ความหนืดกลับคืนมา

(2) การลดความหนืด:ความหนืดจะลดลงเมื่อสารยึดเกาะดูดซับความชื้นและผ่านการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระหว่างการกวน หรือการย่อยสลาย การกวนเป็นเวลานาน ความเร็วในการกวนเร็วเกินไป และการกระจายตัวของสารละลายที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน ล้วนสามารถนำไปสู่การลดความหนืดได้ การเติมสารเพิ่มความคงตัวของสารละลาย สารช่วยกระจายตัว หรือสารลดแรงตึงผิวสามารถปรับปรุงความเสถียรของสารละลายได้โดยอาศัยหลักการของการขับไล่ประจุและการกีดขวางแบบสเตอริก นอกจากนี้ ส่วนประกอบทั้งหมดจะต้องแห้งอย่างทั่วถึงก่อนที่จะทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน

(3) กรณีพิเศษ:วัสดุออกฤทธิ์อาจดูดซับความชื้นระหว่างการเก็บรักษาหรือถูกกวนในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง- ทำให้ PVDF ดูดซับความชื้นและผลิตสารละลาย "คล้ายเจลลี่"- เมื่อสารละลายมีลักษณะคล้ายเยลลี่ที่เด่นชัดเป็นพิเศษ- จะไม่สามารถใช้งานได้ ในกรณีนี้ สารละลายที่เป็นปัญหาสามารถทำให้แห้งได้ สารยึดเกาะและ NCM ระเหยและแยกออกจากกัน จากนั้นกรอง บด และผสมตามสัดส่วนเป็นสารละลายปกติ จากนั้นสามารถใช้งานได้โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ดังนั้นวิธีการป้องกันที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือการทำให้วัสดุแห้งอย่างทั่วถึงก่อนทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน วัดปริมาณความชื้น และควบคุมความชื้นอย่างเข้มงวดในระหว่างการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน

เปอร์เซ็นต์ของสารที่เป็นของแข็ง เช่น วัสดุออกฤทธิ์ สารนำไฟฟ้า และสารยึดเกาะในมวลรวมของสารละลายเรียกว่าปริมาณของแข็งของสารละลาย โดยทั่วไปเนื้อหาที่เป็นของแข็งจะอยู่ในช่วง 40% ถึง 70% วิธีการหลักในการทดสอบปริมาณของแข็งคือวิธีการทำให้แห้ง ชั่งน้ำหนักสารละลายที่มีมวล M แล้ววางไว้ที่อุณหภูมิที่กำหนดเพื่อทำให้ตัวทำละลายแห้ง จากนั้นจึงชั่งน้ำหนักอีกครั้งด้วยมวล m ปริมาณของแข็งจะถูกคำนวณเป็น m=M/M เครื่องวัดความชื้นสามารถใช้เพื่อวัดปริมาณของแข็งของสารละลายได้อย่างรวดเร็วและค่อนข้างแม่นยำ เครื่องวัดความชื้นใช้หลักการลดน้ำหนักเนื่องจากความร้อน โดยให้ความร้อนตัวอย่างอย่างสม่ำเสมอด้วยหลอดฮาโลเจนเพื่อระเหยตัวทำละลาย และคำนวณปริมาณของแข็งโดยการเปลี่ยนแปลงของมวลก่อนและหลังการให้ความร้อน

ภายใต้กระบวนการและสูตรการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันเดียวกัน ปริมาณของแข็งของสารละลายยิ่งสูง ความหนืดก็จะยิ่งสูงขึ้น ในทำนองเดียวกัน ยิ่งปริมาณของแข็งต่ำ ความหนืดก็จะยิ่งต่ำลง ภายในช่วงที่กำหนดสำหรับปริมาณของแข็ง ค่าที่สูงกว่าบ่งชี้ถึงความเสถียรของสารละลายที่สูงขึ้น การเพิ่มปริมาณของแข็งสามารถลดการใช้ตัวทำละลาย ลดระยะเวลาการผสมสารละลาย และปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลือบและการอบแห้ง อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณของแข็งเพิ่มขึ้น ความหนืดจะเพิ่มขึ้น ความลื่นไหลลดลง เพิ่มความยากในการเคลือบ และทำให้อุปกรณ์สึกหรออย่างรุนแรงมากขึ้น

ติดต่อได้เลย