Стабильность и диспергируемость аккумуляторной суспензии оказывают важное влияние на свойства электродов и готовых аккумуляторных изделий. Так как же охарактеризовать стабильность и диспергируемость аккумуляторной суспензии?
Метод определения стабильности суспензии аккумуляторной батареи
1. Метод твердого контента
Метод проверки содержания твердых веществ — недорогой и простой в тестировании метод. Его принцип заключается в том, чтобы поместить суспензию в контейнер и через равные промежутки времени отбирать пробы в одном и том же месте для проверки и анализа твердого содержимого. Оценивая разницу в содержании твердых веществ, можно оценить стабильность суспензии литиевой батареи, чтобы увидеть, есть ли седиментация, расслоение и другие явления.
2. Метод вязкости
Метод испытания на вязкость также может в основном отражать стабильность раствора. Его принцип состоит в том, чтобы поместить суспензию в контейнер и регулярно проверять вязкость. О стабильности суспензии можно судить по изменению вязкости.
3. Анализатор стабильности
Использование анализатора стабильности может говорить с данными. Например, Сунг и др. использовали анализатор стабильности для мониторинга изменений светопропускания суспензий с различным pH с использованием ПАК в качестве связующего в течение 12 часов. Начальный коэффициент пропускания света и значения 12-часового изменения нейтральной суспензии были меньше. Поскольку материалы сажи обладают светопоглощением, более низкий коэффициент пропускания света указывает на лучшую дисперсию частиц сажи, а микроагломераты меньшего размера имеют большую удельную площадь поверхности, тем самым улучшая эффективность поглощения света. В то же время небольшое изменение светопропускания суспензии в течение 12 часов указывает на то, что суспензия обладает хорошей стабильностью дисперсии во время статического процесса, как показано на рисунке ниже.
4. Характеристика дзета-потенциала.
Дзета-потенциал относится к потенциалу плоскости сдвига, также известному как электрокинетический потенциал или электродвижущая сила, и является важным индикатором для характеристики стабильности коллоидных дисперсий. Чем мельче молекулы или дисперсные частицы, тем выше абсолютное значение дзета-потенциала (положительное или отрицательное) и тем более стабильна система, т. е. при растворении или дисперсии она может противостоять агрегации. И наоборот, чем ниже дзета-потенциал (положительный или отрицательный), тем больше он склонен к коагуляции или агрегации, то есть притяжение превышает отталкивание, дисперсия разрушается и происходит коагуляция или агрегация.
Метод определения характеристик дисперсии аккумуляторной суспензии
1. Тонкость
Крупность является важным показателем производительности аккумуляторной суспензии, который может отражать такую информацию, как размер и дисперсность частиц суспензии. Значение крупности можно использовать, чтобы понять, диспергированы ли частицы в суспензии и деагломерированы ли агломераты.
2. Импеданс мембраны
Суспензия литиевой батареи представляет собой смешанную твердо-жидкостную систему, образованную путем диспергирования электродных активных материалов и проводящих агентов в связующем растворе. В соответствии с принципом четырехзондового испытания импеданса мембраны проверяется сопротивление мембраны суспензии. Состояние распределения проводящего агента в суспензии можно количественно проанализировать с помощью удельного сопротивления, чтобы судить о эффекте дисперсии суспензии. Конкретный процесс испытаний таков: используйте аппликатор для пленки, чтобы равномерно нанести суспензию на изолирующую пленку, затем нагрейте и высушите ее, измерьте толщину покрытия после высыхания, отрежьте образец, и размер соответствует бесконечным требованиям. Наконец, используйте четыре зонда для измерения импеданса мембраны электрода и расчета удельного сопротивления в зависимости от толщины.
3. Сканирующая электронная микроскопия/энергетический спектральный анализ/криоэлектронная микроскопия
Сканирующую электронную микроскопию (SEM) можно использовать для непосредственного наблюдения за морфологией суспензии аккумулятора и в сочетании с анализом энергетического спектра (EDS) для анализа дисперсии каждого компонента. Однако при приготовлении проб высыхание суспензии в ходе этого процесса может вызвать перераспределение ее собственных компонентов. Криоэлектронная микроскопия (Cryo-SEM) может сохранить исходное состояние распределения компонентов жидкого раствора, поэтому недавно ее начали использовать для анализа свойств жидкого раствора.
4. Электродная КТ
Электродная компьютерная томография позволяет непосредственно наблюдать состояние дисперсии частиц в электроде. Как показано на следующем рисунке, в электроде на рисунке а агломерировано больше крупных частиц, количество агломерированных частиц в электроде на рисунке b значительно уменьшено, а в электроде на рисунке с почти нет агломерированных крупных частиц.
5. Технология измерения лазерной дифракции.
Технология измерения лазерной дифракции использует теорию рассеяния Френеля и теорию Фраунгофера для определения размера и распределения частиц. Лазерный анализатор размера частиц, основанный на этой технологии, имеет высокую точность измерений, хорошую повторяемость и короткое время измерения. Он широко используется на заводах по производству аккумуляторов для проверки размера частиц суспензии в батареях.
6. Метод электрохимической импедансной спектроскопии.
Например, Ван и др. использовали метод анализа электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) для непосредственного анализа спектра импеданса жидкой суспензии и получили электрохимические характеристики суспензии при различных концентрациях частиц. А благодаря результатам подбора спектра импеданса был установлен метод оценки внутренней структуры распределения частиц электродной суспензии на основе модели эквивалентной схемы параметров, что дало новую идею для онлайн-измерения и онлайн-оценки внутренней неоднородной структуры. суспензии литий-ионной батареи. Принцип теста EIS показан на рисунке.
Методы определения стабильности и диспергируемости суспензии
1. Реометр
(1) Испытание на вязкоупругость
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″и чем больше разница, тем лучше стабильность навозной жижи. Как показано на рисунке ниже, стабильность суспензии природного графита лучше, чем стабильность суспензии синтетического графита.
(2) Изменения вязкости в зависимости от скорости сдвига
Вязкость суспензии обычно меняется в зависимости от скорости сдвига. Когда наблюдается разжижение при сдвиге, в суспензии присутствуют мягкие агломераты, которые легко разрушаются под действием напряжения сдвига. Напротив, наличие сдвигового утолщения обычно указывает на наличие в суспензии твердых агрегированных частиц. Вообще говоря, суспензии с более высокой скоростью разжижения при сдвиге имеют тенденцию иметь лучшую диспергируемость, игнорируя разрушение связующего вещества под действием силы сдвига. Как показано на рисунке ниже, суспензия, обозначенная полым кружком, имеет лучшую диспергируемость, чем две другие суспензии.
(3) Испытание на стрессоустойчивость
Предел текучести в реологии определяется как приложенное напряжение, при котором на образце впервые наблюдается необратимая пластическая деформация. Теоретически предел текучести — это минимальное напряжение, необходимое для начала течения. Анализ текучести важен для всех жидкостей со сложной структурой. Это помогает лучше понять характеристики продукта, такие как срок годности и устойчивость к седиментации или разделению фаз. Существует множество реологических методов, которые можно использовать для определения предела текучести. На рисунке ниже показан анализ предела текучести с использованием метода замедления сдвигового потока. Из результатов испытаний видно, что при умеренных скоростях сдвига напряжение сдвига уменьшается по мере уменьшения скорости сдвига. Однако при дальнейшем снижении скорости сдвига кривая напряжения достигает стабильного уровня и не зависит от скорости. Это стабильное значение напряжения называется пределом текучести. В то же время измеренная кривая «кажущейся вязкости» становится бесконечной и имеет линейную связь со скоростью сдвига, когда наклон равен -1.
Поскольку синтетический графит имеет более крупный размер частиц и более неправильную форму, суспензия демонстрирует более низкий предел текучести и более слабую сетчатую структуру. Следовательно, этот образец суспензии синтетического графита будет более подвержен седиментации и разделению фаз. Осаждение суспензии может привести к неравномерному распределению активных материалов на электроде, тем самым снижая производительность батареи.
(4) Тиксотропия
После нанесения покрытия жидкий аккумулятор выровняется под действием силы тяжести и поверхностного натяжения токоприемника. Есть надежда, что в диапазоне низких скоростей сдвига вязкость постепенно вернется к высокой вязкости перед нанесением покрытия. Прежде чем она вернется к высокой вязкости, вязкость суспензии все еще относительно низкая, ее легко выравнивать, а поверхность покрытия гладкая и однородная по толщине. Время восстановления не должно быть слишком длинным или слишком коротким. Если время восстановления слишком велико, вязкость суспензии будет слишком низкой во время процесса выравнивания, и может возникнуть образование хвостов или толщина нижнего края будет выше, чем толщина верхнего покрытия. Если время слишком короткое, навозная жижа не успеет выровняться.
2. Измеритель сопротивления суспензии
Параметр удельного сопротивления суспензии имеет значительную корреляцию с формулой суспензии, типом и содержанием проводящего агента, типом и содержанием связующего вещества и т. д. После того, как суспензия перемешана и оставлена на некоторое время, может произойти осаждение геля. происходят, и значение удельного сопротивления также будет демонстрировать различную степень изменения. Следовательно, удельное сопротивление суспензии можно использовать в качестве метода характеристики однородности и стабильности электрических свойств суспензии.
Метод испытания:поместите определенный объем суспензии (около 80 мл) в мерный стеклянный стакан, вставьте чистый электрод-ручку, запустите программное обеспечение, проверьте изменение удельного сопротивления суспензии на трех парах электродов с течением времени и сохраните это в документе.
Параметры теста:сопротивление, температура, время
Формула расчета:Удельное сопротивление (Ом*см): Ρe=U/I * S/L
Функции:
1. Разделите линии напряжения и тока, устраните влияние индуктивности на измерение напряжения и улучшите точность определения удельного сопротивления.
2. Дисковый электрод диаметром 10 мм обеспечивает относительно большую площадь контакта с образцом и снижает погрешность измерения.
3. Изменение удельного сопротивления в трех положениях вертикального направления суспензии с течением времени можно отслеживать в режиме реального времени.
Диапазон измерения удельного сопротивления:2,5 Ом*см~50 МОм*см
Точность измерения удельного сопротивления:±0.5%
