La boue de batterie est un système de suspension biphasique solide-liquide très visqueux, et pour évaluer la stabilité de ce système, la première étape consiste à étudier sa composition et ses propriétés fonctionnelles. La majeure partie de l'industrie du lithium utilise une suspension à base d'huile, qui est un mélange formé en mélangeant et en dispersant des matériaux actifs, des liants, des agents conducteurs, des solvants, etc. dans un certain rapport et ordre.
En tant que principal composant électrochimique actif dans la suspension de cathode, le matériau cathodéactif détermine la tension, la densité d'énergie et d'autres propriétés de base de la batterie et constitue l'âme centrale du système de suspension. La distribution granulométrique, la surface spécifique, le pH ou la valeur alcaline résiduelle et d'autres propriétés de la matière active affectent la stabilité de la suspension.
Répartition granulométrique :
La taille des particules et la distribution granulométrique de la matière active est un facteur important dans le processus de fabrication de la bouillie. Plus les particules de matière active sont petites, plus la viscosité de la phase continue est importante, plus le phénomène de stratification du lisier provoqué par la gravité est faible et meilleure est la stabilité du système de suspension. Cependant, lorsque la taille des particules est réduite à une certaine taille minuscule, la force de liaison entre les particules devient le rôle principal et une agglomération se produira entre les particules, ce qui n'est pas propice à la stabilité du système. Par conséquent, dans la dispersion de la suspension, la taille des particules n'est pas la plus fine, mieux c'est, mais elle doit être répartie dans une plage de taille étroite pour atteindre l'équilibre mutuel d'aspiration et de répulsion, afin d'assurer la stabilité du système de suspension.
Aire de surface spécifique:
C'est un facteur important affectant les performances de la cellule. Plus la surface spécifique est grande, meilleures sont les performances électrochimiques de la cellule, ce qui se reflète directement dans la résistance interne inférieure de la cellule, une performance plus facile de la capacité et de meilleures performances de cyclage et de multiplicateur. Cependant, une surface spécifique trop grande rend l'adhérence de l'échantillon dans la suspension améliorée, ce qui n'est pas propice à la dispersion inter-particules.
pH ou valeur alcaline résiduelle :
La valeur du pH elle-même n'affecte pas la stabilité de la suspension, mais l'environnement alcalin a un impact plus important sur le liant et peut entraîner des modifications de la structure du liant lui-même. Surtout pour les matériaux ternaires cathodiques en raison de l'excès de sel de lithium dans son processus de synthèse, l'excès de sel de lithium génère de l'oxyde de lithium (Li) après calcination à haute température, qui réagit avec l'eau (H2O) et le dioxyde de carbone (CO2) dans l'air pour générer du lithium à nouveau l'hydroxyde (LiOH) et le carbonate de lithium (Li2CO3), qui restent à la surface du matériau et augmentent la valeur du pH du matériau.
Le rôle principal du liant dans la suspension est de lier le matériau actif, l'agent conducteur et le collecteur, d'améliorer le contact électronique entre le matériau actif d'électrode et l'agent conducteur et le collecteur, et de fournir un rôle de support stable pour le système de lisier. De nos jours, le fluorure de polyvinylidène (PVDF) est couramment utilisé comme liant dans l'industrie du lithium car le PVDF présente de bonnes performances de traitement, une stabilité thermique (température d'utilisation à long terme -40 ~ 150 ℃), ainsi qu'une adaptabilité et une stabilité à l'électrolyte. Le liant est enroulé autour du matériau actif par agitation mécanique après dissolution dans l'azote méthylpyrrolidone (NMP), et lié par la force de liaison hydrogène et la force de van der Waals, etc. Les facteurs affectant la force de liaison du liant sont principalement la polarité intermoléculaire, le poids moléculaire , teneur en solvant, etc.
Le rôle principal de l'agent conducteur dans la suspension de cathode est de réduire la résistance interne de la batterie et d'améliorer la volatilisation de la capacité, choisissez généralement la poudre de carbone conductrice avec la suspension de CNT comme agent conducteur principal. En raison de sa faible taille de particules (facile à former des grappes de 1 à 5 mm) et de sa grande surface spécifique (environ 60 m2/g), il est difficile de se disperser uniformément dans la suspension, de sorte que les exigences du processus de mélange sont très élevées.
Dispersants
Le rôle principal du dispersant dans la suspension cathodique est de dissoudre le liant et de fournir un bon support pour que le matériau actif soit dispersé plus uniformément. Dans l'étape de revêtement, le dispersant doit avoir une bonne mouillabilité et fluidité sur le substrat métallique et une bonne volatilité lors du séchage. Par rapport à d'autres dispersants tels que H2O, NMP, DMAC (diméthylacétamide), DMF (diméthylformamide), etc., le NMP présente les avantages d'une solubilité élevée, d'une faible viscosité, d'une faible volatilité, d'une bonne stabilité et d'une récupération facile, de sorte que l'industrie adopte généralement le système NMP-PVDF. Au contraire, si la NMP compte moins, la viscosité de la suspension est importante, la poudre n'est pas bien dispersée et la liquidité de la suspension est faible. Par conséquent, il n'y a pas d'exigence de contrôle stricte pour la quantité de NMP ajoutée, la chose la plus critique est de s'assurer qu'elle peut être enrobée uniformément.
Humidité
L'humidité existe sous forme d'impureté dans la suspension huileuse, principalement apportée par la matière première dans la suspension ou lors du mélange. L'augmentation de sa teneur affectera la viscosité de la suspension, détruira l'uniformité du solvant, conduira à l'agglomération des particules de cathode en grappes, et au phénomène de pelage et de chute lorsque la pièce polaire est placée après séchage, donc l'introduction d'humidité doit être contrôlée à la fois dans la matière première et dans le mélange.
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