在电池电极粒子大小和形状的影响泥浆粘度

介绍

电池随处可见在现代生活和依赖他们从来没有更大的。因此,确保最佳的电池性能通过生产控制是提高的意义。在之前的应用笔记的重要性我们已经讨论了控制粒子的大小用于制造电池材料[1]在石墨电极和碳微结构的影响电池性能[2]。

形状也是一个重要因素考虑和控制,不仅是不规则形状的颗粒填充密度减少,但是他们会导致电极高粘度泥浆的形成。在第三个应用注意电池,写在与我们的合作伙伴NETZSCH &测试分析,我们考虑的作用大小和形状的电极浆料的粘度。

电极组成

给出一个电池电极的典型结构如图1所示。电极通常由应用装配式泥浆的颗粒悬浮在金属箔。

图1 -典型结构的锂离子电池。

泥浆的组成粒子电极(阳极和阴极),援助导电碳颗粒小,粘结剂材料(由溶剂和聚合物)的结构。浆中粒子的浓度高,20 - 40重量%的总之间的代表。因此,粒子特性产生重大影响的物理性质合成泥浆。

粒子属性和泥浆粘度

粘度、可分散性浆的浓度和压实性重要参数在确定如何有效的泥浆将在应用程序。高粘度泥浆导致涂层过程中,困难和糟糕的可分散性导致薄膜均匀性低;浆的浓度和压实性控制着胶片密度。涂层厚度的均匀性和层密度很重要,以确保控制离子传输速率和寿命电池(充电周期时间),在控制层厚度允许一个更小的电池生产。

如图2所示,很大一部分的形状不规则的颗粒的存在会导致高粘度泥浆由于粒子摩擦影响的增加和联锁,还由于所需的额外能量流流体绕过粒子。

图2 -形状不规则的颗粒经历更大的联锁和摩擦,导致更高的粘度。

颗粒形状不规则粒子包以来也对包装密度的影响不如球有效。因此,减少粒子可以添加到之前的液体粘度开始增加,如图3所示。此外,多分散的样本将包更有效地比单分散的样本,在同一浓度,降低粘度。较小的不规则颗粒,然而,可能会增加粘度因其更高的表面积,这将加重粒子与粒子之间的和particle-liquid交互。因此,重要的是能够监视和控制的比例形状不规则的颗粒和细材料在电极材料样品粘度降到最低。

图3 -颗粒形状对粘度的影响。

案例研究

在这项研究中,研究了两种类型的碳材料作为碳电极材料:碳,从自然资源,综合生产碳b两种材料结合相同的粘结剂(2.5%重量PVDF在NMP),形成两个料浆浓度22%的体重。

粘度测量

粘度测量是使用NETZSCH Kinexus旋转流变仪在剪切率从0.1到1000年代¹。图4表明PVDF NMP增加粘度的增加一个数量级(约20倍)相对于单独NMP和粘度仍然很大程度上独立于剪切速率(牛顿行为)。

图4 -浆与碳(天然)具有更高的粘度比碳B(综合)。

添加炭黑进一步增加粘度和由此产生的泥浆都显示剪切速率依赖性(非牛顿行为)。泥浆用碳给一个更高的粘度比B在低碳和高剪切率,这可能会增加抗沉降在站(低剪切过程),导致上厚电极薄膜涂层(高剪切过程)。较高的粘度也可能使涂层过程更加难以控制,可能导致不均匀涂层和变量层密度,进而导致一个变量离子传输速率,因此电池寿命(和充电周期时间)。

粒子大小和形状测量

为了确定粘度的差异的原因,这两种碳粉样品进行了分析使用莫尔文Panalytical Morphologi。样本分散使用的低能量色散1酒吧和超过70个,000个粒子被自动测量使用10倍的目标。

如图5所示,它是发现,碳材料从天然来源中比碳综合示例生成的好材料。

图5 -天然碳的大小分布(红色)和综合碳(绿色)。

此外,它被发现,虽然没什么差别,在两者之间的纵横比碳样品,比较循环显示碳B合成碳材料,具有较高的循环比,从天然来源,碳,如图6所示。这是确认的粒子图像如图7所示。

图6 -碳(绿色)产生的综合循环比自然发生的碳材料(红色)但在纵横比几乎没有区别。

图7 -粒子图像说明观察到颗粒形状的差异——天然碳低得多比B综合生产的碳循环。

结论

两个碳基电极材料展示了不同粘度制成浆时,导致不同应用程序的行为在制造电池。使用莫尔文Panalytical Morphologi,我们能够表明,自然源碳包含一个更高比例的好材料和不规则的粒子。因此,当分散成浆自然源会产生高粘度和低碳包装分数。高粘度泥浆降低涂层电极箔控制在应用程序,这可能会导致一个不同密度的不均匀涂层。这对电池性能的影响,随后在离子迁移率变化会导致不可预知的电池寿命。因此,使用莫尔文Panalytical Morphologi自动图像分析仪和NETZSCH Kinexus旋转流变仪,泥浆颗粒特性和泥浆粘度可以监控以确保这些因素控制。

引用

[1]应用程序,“电池材料特性使用激光衍射粒度分析”。

[2]应用程序,“探索碳微观结构对锂离子电池性能的影响”。