Lo slurry della batteria è un sistema di sospensione bifase solido-liquido altamente viscoso e per valutare la stabilità di questo sistema, il primo passo è studiare la sua composizione e le sue proprietà funzionali. La maggior parte dell'industria del litio utilizza slurry a base di olio, che è una miscela formata mescolando e disperdendo materiali attivi, leganti, agenti conduttivi, solventi, ecc. in un certo rapporto e ordine.
Come principale componente attivo elettrochimico nell'impasto catodico, il materiale catodico determina la tensione, la densità di energia e altre proprietà di base della batteria ed è l'anima centrale del sistema impasto liquido. La distribuzione delle dimensioni delle particelle, l'area superficiale specifica, il pH o il valore alcalino residuo e altre proprietà del materiale attivo influiscono sulla stabilità dell'impasto liquido.
Distribuzione delle dimensioni delle particelle:
La dimensione delle particelle e la distribuzione delle dimensioni delle particelle del materiale attivo è un fattore importante nel processo di produzione del liquame. Più piccole sono le particelle del materiale attivo, maggiore è la viscosità della fase continua, più debole è il fenomeno di stratificazione del liquame causato dalla gravità e migliore è la stabilità del sistema di sospensione. Tuttavia, quando la dimensione delle particelle viene ridotta a una certa dimensione minuscola, la forza di legame tra le particelle diventa il ruolo principale e si verificherà l'agglomerazione tra le particelle, il che non favorisce la stabilità del sistema. Pertanto, nella dispersione del liquame, la dimensione delle particelle non è tanto più fine quanto migliore, ma dovrebbe essere distribuita in un intervallo di dimensioni ristretto per raggiungere l'equilibrio reciproco di aspirazione e repulsione, in modo da garantire la stabilità del sistema dei liquami.
Una specifica area di superficie:
È un fattore importante che influisce sulle prestazioni della cella. Maggiore è la superficie specifica, migliori sono le prestazioni elettrochimiche della cella, che si riflettono direttamente nella minore resistenza interna della cella, prestazioni più facili della capacità e migliori prestazioni cicliche e prestazioni del moltiplicatore. Tuttavia, una superficie specifica troppo ampia aumenta l'adesione del campione nell'impasto liquido, il che non favorisce la dispersione tra le particelle.
pH o valore alcalino residuo:
Il valore del pH in sé non influisce sulla stabilità della barbottina, ma l'ambiente alcalino ha un impatto maggiore sul legante e può portare a cambiamenti nella struttura del legante stesso. Soprattutto per i materiali catodici ternari a causa dell'eccesso di sale di litio nel suo processo di sintesi, l'eccesso di sale di litio genera ossido di litio (Li) dopo calcinazione ad alta temperatura, che reagisce con acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2) nell'aria per generare litio di nuovo idrossido (LiOH) e carbonato di litio (Li2CO3), che rimane sulla superficie del materiale e aumenterà il valore del pH del materiale.
Il ruolo principale del legante nell'impasto liquido è quello di legare il materiale attivo, l'agente conduttivo e il collettore, migliorare il contatto elettronico tra il materiale attivo dell'elettrodo e l'agente conduttivo e il collettore e fornire un ruolo di supporto stabile per il sistema di liquami. Al giorno d'oggi, il fluoruro di polivinilidene (PVDF) è comunemente usato come legante nell'industria del litio perché il PVDF ha buone prestazioni di lavorazione, stabilità termica (temperatura di utilizzo a lungo termine -40 ~ 150 ℃) e adattabilità e stabilità all'elettrolita. Il legante viene avvolto attorno al materiale attivo mediante agitazione meccanica dopo la dissoluzione in azoto metilpirrolidone (NMP) e legato dalla forza di legame dell'idrogeno e dalla forza di van der Waals, ecc. I fattori che influenzano la forza di legame del legante sono principalmente la polarità intermolecolare, il peso molecolare , contenuto di solventi, ecc.
Il ruolo principale dell'agente conduttivo nell'impasto catodico è quello di ridurre la resistenza interna della batteria e migliorare la volatilizzazione della capacità, generalmente scegliere polvere di carbone conduttivo con impasto CNT come principale agente conduttivo. A causa della sua bassa dimensione delle particelle (facili da formare cluster da 1-5 mm) e dell'ampia superficie specifica (circa 60 m2/g), è difficile disperdersi uniformemente nell'impasto liquido, quindi i requisiti per il processo di miscelazione sono molto elevati.
Disperdenti
Il ruolo principale del disperdente nell'impasto liquido catodico è quello di dissolvere il legante e fornire un buon vettore per la dispersione più uniforme del materiale attivo. Nella fase di rivestimento, il disperdente deve avere una buona bagnabilità e fluidità sul substrato metallico e una buona volatilità durante l'essiccazione. Rispetto ad altri disperdenti come H2O, NMP, DMAC (dimetilacetammide), DMF (dimetilformammide), ecc., NMP presenta i vantaggi di elevata solubilità, bassa viscosità, bassa volatilità, buona stabilità e facile recupero, quindi l'industria generalmente adotta il sistema NMP-PVDF. Al contrario, se l'NMP rappresenta meno, la viscosità dell'impasto liquido è elevata, la polvere non è ben dispersa e la liquidità dell'impasto liquido è bassa. Pertanto, non vi è alcun requisito di controllo rigoroso per la quantità di NMP aggiunto, la cosa più critica è garantire che possa essere uniformemente rivestito.
Umidità
L'umidità esiste come impurità nella sospensione oleosa, principalmente introdotta dalla materia prima nella sospensione o durante la miscelazione. L'aumento del suo contenuto influenzerà la viscosità del liquame, distruggerà l'uniformità del solvente, porterà all'agglomerazione delle particelle catodiche in ammassi e al fenomeno di desquamazione e caduta quando l'espansione polare viene posizionata dopo l'essiccazione, quindi l'introduzione di umidità deve essere controllata sia nella materia prima che nella miscelazione.
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