Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate in vari campi grazie alla loro elevata densità energetica, al lungo ciclo di vita e al rispetto dell'ambiente. La sospensione dell'elettrodo anodico è uno dei componenti chiave delle batterie agli ioni di litio, che influisce sulle prestazioni e sulla sicurezza delle batterie. Pertanto, è importante comprendere il processo di preparazione e le precauzioni della sospensione dell'elettrodo anodico.

Il processo di preparazione della sospensione dell'elettrodo anodico può essere suddiviso in quattro fasi: preparazione della materia prima, miscelazione, rivestimento ed essiccazione.

1. Preparazione della materia prima

Le materie prime per la sospensione dell'elettrodo anodico comprendono principalmente materiali attivi, agenti conduttivi, leganti e solventi. I materiali attivi sono la principale fonte di ioni di litio ed elettroni nella batteria, come grafite, silicio, stagno e loro leghe o compositi. Gli agenti conduttivi vengono utilizzati per migliorare la conducibilità elettrica della sospensione e dell'elettrodo, come nerofumo, grafene e nanotubi di carbonio. I leganti vengono utilizzati per legare insieme i materiali attivi e gli agenti conduttivi e farli aderire al collettore di corrente, come il fluoruro di polivinilidene (PVDF), la gomma stirene-butadiene (SBR) e la carbossimetilcellulosa (CMC). I solventi vengono utilizzati per sciogliere i leganti e regolare la viscosità dell'impasto liquido, come N-metil-2-pirrolidone (NMP), acqua ed etanolo.

2. Miscelazione

La fase di miscelazione consiste nel disperdere uniformemente i materiali attivi, gli agenti conduttivi e i leganti nel solvente per formare un impasto omogeneo. Il metodo di miscelazione può essere l'agitazione meccanica, la dispersione ultrasonica o la macinazione a sfere. Il tempo di miscelazione, la velocità e la temperatura devono essere controllati in base alle proprietà delle materie prime e alla qualità desiderata del liquame. La fase di miscelazione è fondamentale per ottenere una buona dispersione, adesione e uniformità di rivestimento della sospensione.

3. Rivestimento

La fase di rivestimento consiste nell'applicare l'impasto liquido su un foglio di metallo (solitamente rame) come collettore di corrente utilizzando una macchina di rivestimento. Il metodo di rivestimento può essere racla, matrice a fessura o rivestimento a spruzzo. Lo spessore, la velocità e la pressione del rivestimento devono essere regolati in base alle caratteristiche della sospensione e ai requisiti dell'elettrodo. La fase di rivestimento è essenziale per determinare il carico di massa, la porosità e la morfologia dell'elettrodo.

4. Asciugatura

La fase di essiccazione consiste nel rimuovere il solvente dall'impasto liquido rivestito utilizzando un forno di essiccazione o un soffiatore ad aria calda. La temperatura, il tempo e l'atmosfera di essiccazione devono essere ottimizzati in base al tipo di solvente e legante utilizzato nell'impasto liquido. La fase di asciugatura è importante per eliminare il solvente residuo, migliorare l'adesione del legante e migliorare la stabilità dell'elettrodo.

Le precauzioni della preparazione del liquame dell'elettrodo anodico includono principalmente:

- Scelta di materie prime idonee in base ai requisiti prestazionali della batteria.

- Controllo del rapporto tra materiali attivi, agenti conduttivi e leganti secondo la reologia desiderata e le proprietà elettrochimiche dell'impasto liquido.

- Evitare la contaminazione o l'ossidazione delle materie prime e dei fanghi durante lo stoccaggio e la manipolazione.

- Filtraggio o degassamento della sospensione prima del rivestimento per rimuovere bolle d'aria o impurità.

- Calibrare regolarmente la macchina di rivestimento per garantire uno spessore di rivestimento accurato e costante.

- Conservare o polimerizzare correttamente gli elettrodi rivestiti per evitare che si rompano o si stacchino.

La preparazione del liquame dell'elettrodo anodico è un processo complesso e delicato che richiede un'attenta progettazione e funzionamento. Seguendo questi passaggi e precauzioni, è possibile ottenere un impasto liquido per elettrodi anodici di alta qualità per batterie agli ioni di litio.