Einfluss von Batterierohstoffen auf die Stabilität der Kathoden-Elektroden-Aufschlämmung

Bei der Batterieaufschlämmung handelt es sich um ein hochviskoses Fest-Flüssigkeit-Zweiphasen-Suspensionssystem. Um die Stabilität dieses Systems zu beurteilen, müssen zunächst seine Zusammensetzung und seine funktionellen Eigenschaften untersucht werden. Der Großteil der Lithiumindustrie verwendet ölbasierte Aufschlämmungen, bei denen es sich um eine Mischung handelt, die durch Mischen und Dispergieren von aktiven Materialien, Bindemitteln, Leitmitteln, Lösungsmitteln usw. in einem bestimmten Verhältnis und in einer bestimmten Reihenfolge entsteht.

Aktive Kathodenmaterialien

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Als wichtigste elektrochemische aktive Komponente in der Kathodenaufschlämmung bestimmt das kathodenaktive Material die Spannung, die Energiedichte und andere grundlegende Eigenschaften der Batterie und ist das Herzstück des Aufschlämmungssystems. Die Partikelgrößenverteilung, die spezifische Oberfläche, der pH-Wert oder der Restalkaliwert und andere Eigenschaften des aktiven Materials beeinflussen die Stabilität der Aufschlämmung.

Partikelgrößenverteilung:

Die Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung des aktiven Materials ist ein wichtiger Faktor im Herstellungsprozess der Aufschlämmung. Je kleiner die Partikel des aktiven Materials sind, desto höher ist die Viskosität der kontinuierlichen Phase, desto schwächer ist das durch die Schwerkraft verursachte Phänomen der Schlammschichtung und desto besser ist die Stabilität des Suspensionssystems. Wenn die Partikelgröße jedoch auf eine bestimmte winzige Größe reduziert wird, spielt die Bindungskraft zwischen den Partikeln die Hauptrolle und es kommt zu einer Agglomeration zwischen den Partikeln, was der Stabilität des Systems nicht förderlich ist. Daher ist bei der Dispersion der Aufschlämmung die Partikelgröße nicht umso feiner, desto besser, sondern sie sollte in einem engen Größenbereich verteilt werden, um ein gegenseitiges Gleichgewicht von Sog und Abstoßung zu erreichen und so die Stabilität des Aufschlämmungssystems sicherzustellen.

Spezifische Oberfläche:

Es ist ein wichtiger Faktor, der die Leistung der Zelle beeinflusst. Je größer die spezifische Oberfläche, desto besser ist die elektrochemische Leistung der Zelle, was sich direkt in einem geringeren Innenwiderstand der Zelle, einer leichteren Leistung der Kapazität sowie einer besseren Zyklenleistung und Multiplikatorleistung widerspiegelt. Eine zu große spezifische Oberfläche erhöht jedoch die Probenhaftung in der Aufschlämmung, was der Dispersion zwischen den Partikeln nicht förderlich ist.

pH-Wert bzw. Restalkaliwert:

Der pH-Wert selbst hat keinen Einfluss auf die Stabilität der Schlämme, das alkalische Milieu hat jedoch einen größeren Einfluss auf das Bindemittel und kann zu Veränderungen in der Struktur des Bindemittels selbst führen. Insbesondere bei ternären Kathodenmaterialien entsteht aufgrund des überschüssigen Lithiumsalzes im Syntheseprozess nach der Hochtemperaturkalzinierung Lithiumoxid (Li), das mit Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) in der Luft reagiert und Lithium erzeugt Hydroxid (LiOH) und Lithiumcarbonat (Li2CO3), das auf der Materialoberfläche verbleibt und den pH-Wert des Materials erhöht.

Bindemittel

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Die Hauptaufgabe des Bindemittels in der Aufschlämmung besteht darin, das aktive Material, das leitende Mittel und den Kollektor zu verbinden, den elektronischen Kontakt zwischen dem aktiven Elektrodenmaterial und dem leitenden Mittel und dem Kollektor zu verbessern und eine stabile Stützfunktion für das zu bieten Güllesystem. Heutzutage wird Polyvinylidenfluorid (PVDF) häufig als Bindemittel in der Lithiumindustrie verwendet, da PVDF eine gute Verarbeitungsleistung, thermische Stabilität (Langzeitgebrauchstemperatur -40 ~ 150 °C) sowie Anpassungsfähigkeit und Stabilität an den Elektrolyten aufweist. Das Bindemittel wird nach dem Auflösen in Stickstoffmethylpyrrolidon (NMP) durch mechanisches Rühren um das aktive Material gewickelt und durch Wasserstoffbindungskraft und Van-der-Waals-Kraft usw. gebunden. Die Faktoren, die die Bindungsstärke des Bindemittels beeinflussen, sind hauptsächlich intermolekulare Polarität und Molekulargewicht , Lösungsmittelgehalt usw.

Leitfähiges Mittel

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Die Hauptaufgabe des Leitmittels in der Kathodenaufschlämmung besteht darin, den Innenwiderstand der Batterie zu verringern und die Kapazitätsverflüchtigung zu verbessern. Wählen Sie im Allgemeinen leitfähiges Kohlenstoffpulver mit CNT-Aufschlämmung als Hauptleitmittel. Aufgrund seiner geringen Partikelgröße (es bilden sich leicht Cluster von 1–5 mm) und seiner großen spezifischen Oberfläche (ca. 60 m2/g) ist es schwierig, es gleichmäßig in der Aufschlämmung zu verteilen, sodass die Anforderungen an den Mischprozess sehr hoch sind.

Dispergiermittel

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Die Hauptaufgabe des Dispergiermittels in der Kathodenaufschlämmung besteht darin, das Bindemittel aufzulösen und einen guten Träger für die gleichmäßigere Verteilung des aktiven Materials bereitzustellen. In der Beschichtungsphase muss das Dispergiermittel eine gute Benetzbarkeit und Fließfähigkeit auf dem Metallsubstrat sowie eine gute Flüchtigkeit beim Trocknen aufweisen. Im Vergleich zu anderen Dispergiermitteln wie H2O, NMP, DMAC (Dimethylacetamid), DMF (Dimethylformamid) usw., NMP hat die Vorteile hoher Löslichkeit, niedriger Viskosität, geringer Flüchtigkeit, guter Stabilität und einfacher Rückgewinnung, daher übernimmt die Industrie im Allgemeinen das NMP-PVDF-System. Wenn dagegen weniger NMP ausmacht, ist die Viskosität der Aufschlämmung hoch, das Pulver ist nicht gut dispergiert und die Liquidität der Aufschlämmung ist gering. Daher gibt es keine strengen Kontrollanforderungen für die Menge des zugesetzten NMP; das Wichtigste ist, sicherzustellen, dass es gleichmäßig beschichtet werden kann.

Feuchtigkeit

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Feuchtigkeit liegt als Verunreinigung in der öligen Aufschlämmung vor und wird hauptsächlich durch das Rohmaterial in die Aufschlämmung oder beim Mischen eingebracht. Die Erhöhung seines Gehalts beeinflusst die Viskosität der Aufschlämmung, zerstört die Gleichmäßigkeit des Lösungsmittels, führt zur Agglomeration von Kathodenpartikeln zu Clustern und zum Phänomen des Abblätterns und Abfallens, wenn das Polstück nach dem Trocknen platziert wird, also die Einführung Der Feuchtigkeitsgehalt muss sowohl im Rohmaterial als auch beim Mischen kontrolliert werden.

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