Lityum pil anot malzemelerinin özelliklerinin analizi ve karıştırma işlemi

Negatif elektrot malzemesi olarak grafitin iletken bir ajan, bağlayıcı ve diğer katkı maddeleriyle karıştırılması gerekir ve bir elektrot hazırlamak için bir akım toplayıcı üzerine kaplanmadan önce negatif elektrot bulamacı hazırlamak için bir çözücü eklenir. Bununla birlikte, grafit anot bulamacı hazırlama sürecinde, birçok teknisyenin çok uzun süre, grafit çökelmesi, kararsız viskozite, büyük bulamaç parçacıkları, çok sayıda kabarcık vb. Bu problemleri çözmeden önce, çeşitli malzemelerin temel özelliklerini basit bir şekilde ayıklamamız gerekiyor. Karşılaşılan problemler ancak malzeme özelliklerinin anlaşılması temelinde hızlı, doğru ve iyi çözülebilir. Bu makale esas olarak anot bulamacının hazırlanmasında kullanılan malzemelerin özelliklerini tanıtmaktadır:

1. grafit

Grafit, doğal grafit ve yapay grafit içerir. Parçacık şekilleri çeşitli ve düzensizdir, esas olarak küresel ve pultur. Grafit, polar olmayan bir maddedir, polar olmayan maddelerle kolayca kirlenir ve polar olmayan maddelerde kolayca dağılır. Suyu emmesi kolay değildir ve sulu çözeltide dağılması kolay değildir. Kirlenmiş grafit suda dağılsa bile yeniden toplanacaktır. Grafitin özellikleri ve gereksinimleri ile ilgili olarak herkesin çok net olduğuna inanıyorum, bu yüzden burada tekrar etmeyeceğim.

2. İletken ajan

Çoğu polar olmayan karbon siyahı, CNT, grafen vb. Dahil olmak üzere birçok iletken madde türü vardır. İletken maddenin rolü, ana iletken ağı oluşturmak ve lityum pilin iç direncini azaltmak için grafit malzemeler arasında karıştırmaktır. Eklenen iletken ajan miktarı genellikle azdır ve ne kadar küçük olursa o kadar iyi, yaklaşık% 2 veya daha az olduğu söylenebilir. İletken bir madde olarak, elektron transfer oranını mümkün olduğunca az arttırmak için genellikle yeterince yüksek bir özgül yüzey alanına sahip olmak gerekir. Ama aynı zamanda kolay yeniden birleşme ve kolay dağılma değil sorunuyla da karşı karşıya kalacak.

İletken maddelerin dağılımı her zaman önemli bir nokta olmuştur. İletken maddelerin türleri basit karbon siyahından CNT bulamacına, karbon siyahına, CNT'ye ve grafen karışık iletken bulamaca kadar değiştiğinden, bulamacın özelliklerine göre ayarlanması gerekir. Hazırlık süreci. Lityum pil bulamacı hazırlama makalesinde, lityum pil bulamacının özelliklerinin ve ana etkileyen faktörlerinin [mükemmel] analizinde, bulamacın hazırlanmasının esas olarak malzemelerin kuru karıştırılması, toz ıslatma, parçacık kümesi kırma aşamalarından geçeceği belirtilmektedir. ve nihayet istikrara ulaşmak. İletken maddenin dispersiyonunun, toz ıslatma ve parçacık kümelerinin kırılması aşamasında tamamlanması gerekir, aksi takdirde iletken madde yeniden toplanır ve iletken maddenin israfına neden olur. İletken maddenin dağılma problemini çözerken, en iyi duruma ulaşmak için mekanik kuvvet ve zamanın ayarlanması gerekir.

3. CMC

CMC (Sodyum Hidroksimetil Selüloz) önemli bir selüloz eteridir. Doğal liflerin kimyasal modifikasyonu ile elde edilen polianyonik selüloz bileşiğidir. Soğuk ve sıcak suda kolayca çözünür ve orta Sex materyaline aittir. CMC, kalınlaşma, dispersiyon, süspansiyon, yapışma, film oluşumu, koruyucu kolloid ve nem koruması gibi mükemmel özelliklere sahiptir, bu nedenle grafit negatif elektrotlar için bir dağıtıcı ve kalınlaştırıcı olarak seçilmiştir.

CMC, dağılabilirlik ve bağlama özelliklerine sahiptir, ancak endüstriyel uygulamalarda negatif elektrotlar için bağlayıcı olarak tek başına kullanılamaz. Lityum pillerin üretim sürecinde lityum pilin enerji yoğunluğu ve iç direncinin hesaba katılması gerekmektedir. Bu, negatif kutup parçasının belirli bir hacim yoğunluğuna (yaklaşık 1,6 g / cc) sahip olmasını gerektirir. Bu durumda, kaplamak gerekir İkinci kutup parçası haddeleme sıkıştırma işlemine tabi tutulur ve CMC, kaçınılmaz olarak kutup parçası yapısının haddeleme sonrasında çökmesine ve toz düşmesi ve folyo sızıntısı gibi olaylara yol açacak olan daha büyük kırılganlığa sahiptir. Bu nedenle CMC'nin tek başına kullanılabilmesi koşulu şudur: direk parçasının kalınlığı ince, haddeleme işlemi yapılmaz veya direk parçasının sıkıştırma yoğunluğu yüksek değildir.

Ek olarak, negatif elektrot bulamacının hazırlanması sırasında, karıştırıcı hızının CMC üzerindeki etkisine dikkat edilmelidir. CMC solüsyonu, psödoplastik özelliğe sahiptir, viskozitesi artan sıcaklıkla azalır ve tersinirdir. Karıştırıcı çok hızlı döndüğünde CMC viskozitesi azalacak ve bu da grafit anodun süspansiyonunu etkileyecektir.

4. SBR bağlayıcı

SBR (stiren-bütadien kauçuğu), küçük moleküllü doğrusal zincir emülsiyonudur. Lateks parçacık birimi bir çekirdek-kabuk yapısıdır. Kabuk, kopolimer moleküler zincirlerin çapraz bağlı bir yapısıdır. Dış kabuk hidrofilik bir polar grup ve yüzeydir. Aktif ajan. SBR, hidrofiliklik ve lipofiliklik ile bir arada bulunan bir maddedir. Su bazlı gruplar, dağılabilirliğe ve bulamaç stabilitesine elverişli bir bağlama kuvveti oluşturmak için folyonun yüzeyindeki gruplarla birleşir. Yağlı segment, negatif grafit ile birleşerek bir bağlanma kuvveti oluşturur ve böylelikle bağlanma etkisi sağlar.

Bununla birlikte, SBR, grafit anot bulamacında tek başına kullanılamaz, çünkü SBR'nin dağıtma işlevi yoktur ve çok fazla SBR, kutup parçasının elektrolit içinde şişmesine de neden olur.

Lityum pillerin endüstriyel üretiminde CMC ve SBR genellikle aynı anda kullanılır. İkisinin birlikte kullanılması, kararsız bulamaç viskozitesi, kutup parçası şişmesi ve yüksek kırılganlık sorunlarını çözebilir. Ticari grafit malzemeler polar olmayan maddelerdir, hidrofilik olmaları kolay değildir ve su sistemlerinde dağılmaları zordur. CMC'nin bir işlevi, dağıtıcı, dağıtıcı grafit ve iletken katkı maddeleri olarak hareket etmektir. Ek olarak CMC, suyla karşılaştığında bir jel oluşturacaktır, bu da bulamacı daha kalın hale getirir (koyulaştırıcı) ve sulu negatif elektrot bulamacının süspansiyon stabilitesini geliştirir. Bulamaç kaplandığında, CMC jel yapısı nedeniyle, yalnızca nemi tutmakla kalmaz, aynı zamanda bulamacı stabilize eder ve büyük ölçekli endüstriyel üretimin ihtiyaçlarını karşılayan belirli bir süre içinde bulamacın homojenliğini korur. CMC'nin dezavantajları göz önüne alındığında, suda kolayca çözünür olan esnek moleküler SBR emülsiyonunun eklenmesi, bulamacın daha iyi yapışmasını sağlar ve aynı zamanda kutup parçasının tokluğunu iyileştirir, böylece kutup parçası sıkıştırılmaz. yüksek basınç altında. Toz çıkarıldıktan sonra direk parçasının haddeleme sonrası yapışma mukavemeti de yüksektir.

CMC ve SBR birlikte kullanıldığında, dikkat edilmesi gereken bir nokta, SBR emülsiyonunun eklenmesinin zamanlamasıdır. Çünkü SBR, uzun süreli yüksek kesme kuvveti altında demülsifikasyona eğilimlidir, bu da direk parçalarının yapışmasını azaltır.

5. Deiyonize su

Deiyonize su, zayıf polar bir molekül ve negatif elektrot bulamacı için bir çözücüdür. Çözücüyle ilgili önemli bir parametre katı içeriktir. Bulamaç hazırlama işleminde katı içerik, malzemenin dağılımı ve stabilitesi ile ilgilidir.