Ảnh hưởng của nguyên liệu thô của pin đến độ ổn định của bùn điện cực catốt
Bùn pin là một hệ thống treo hai pha rắn-lỏng có độ nhớt cao và để đánh giá tính ổn định của hệ thống này, bước đầu tiên là nghiên cứu thành phần và các đặc tính chức năng của nó. Hầu hết ngành công nghiệp lithium sử dụng bùn gốc dầu, là hỗn hợp được hình thành bằng cách trộn và phân tán các vật liệu hoạt tính, chất kết dính, chất dẫn điện, dung môi, v.v. theo một tỷ lệ và thứ tự nhất định.
Vật liệu hoạt động catốt
Là thành phần hoạt động điện hóa chính trong bùn catốt, vật liệu hoạt tính catốt xác định điện áp, mật độ năng lượng và các đặc tính cơ bản khác của pin và là linh hồn cốt lõi của hệ thống bùn. Sự phân bố kích thước hạt, diện tích bề mặt cụ thể, pH hoặc giá trị kiềm dư và các tính chất khác của vật liệu hoạt tính ảnh hưởng đến độ ổn định của bùn.
Phân bố kích thước hạt:
Kích thước hạt và sự phân bố kích thước hạt của vật liệu hoạt động là một yếu tố quan trọng trong quá trình tạo bùn. Các hạt của vật liệu hoạt tính càng nhỏ thì độ nhớt của pha liên tục càng lớn, hiện tượng phân tầng bùn do trọng lực gây ra càng yếu và độ ổn định của hệ thống treo càng tốt. Tuy nhiên, khi kích thước hạt giảm xuống một kích thước nhỏ nhất định, lực liên kết giữa các hạt sẽ đóng vai trò chính và giữa các hạt sẽ xảy ra sự kết tụ, điều này không có lợi cho sự ổn định của hệ thống. Do đó, trong quá trình phân tán bùn, kích thước hạt không phải càng mịn càng tốt mà phải được phân bố trong phạm vi kích thước hẹp để đạt được sự cân bằng giữa lực hút và lực đẩy, để đảm bảo tính ổn định của hệ thống bùn.
Diện tích bề mặt cụ thể:
Nó là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của tế bào. Diện tích bề mặt cụ thể càng lớn thì hiệu suất điện hóa của tế bào càng tốt, điều này được phản ánh trực tiếp ở điện trở trong của tế bào càng thấp, hiệu suất công suất càng dễ dàng, hiệu suất chu kỳ và hiệu suất hệ số nhân càng tốt. Tuy nhiên, diện tích bề mặt riêng quá lớn làm cho độ bám dính của mẫu trong vữa được tăng cường, điều này không có lợi cho sự phân tán giữa các hạt.
pH hoặc giá trị kiềm dư:
Bản thân giá trị pH không ảnh hưởng đến độ ổn định của huyền phù, nhưng môi trường kiềm có tác động lớn hơn đến chất kết dính và có thể dẫn đến thay đổi cấu trúc của chính chất kết dính. Đặc biệt đối với vật liệu ternary catốt do muối lithium dư thừa trong quá trình tổng hợp, muối lithium dư thừa tạo ra oxit lithium (Li) sau khi nung ở nhiệt độ cao, phản ứng với nước (H2O) và carbon dioxide (CO2) trong không khí để tạo ra lithium hydroxit (LiOH) và lithium cacbonat (Li2CO3), những chất này vẫn còn trên bề mặt vật liệu và sẽ làm cho giá trị pH của vật liệu cao hơn.
Chất kết dính
Vai trò chính của chất kết dính trong bùn là liên kết vật liệu hoạt động, chất dẫn điện và chất thu, để tăng cường tiếp xúc điện tử giữa vật liệu hoạt động điện cực với chất dẫn điện và chất thu, đồng thời cung cấp vai trò hỗ trợ ổn định cho hệ thống bùn. Ngày nay, polyvinylidene fluoride (PVDF) thường được sử dụng làm chất kết dính trong ngành công nghiệp lithium vì PVDF có hiệu suất xử lý tốt, ổn định nhiệt (nhiệt độ sử dụng lâu dài -40 ~ 150 độ), khả năng thích ứng và ổn định với chất điện phân. Chất kết dính được quấn quanh vật liệu hoạt động bằng cách khuấy cơ học sau khi hòa tan trong nitơ methylpyrrolidone (NMP), và được liên kết bằng lực liên kết hydro và lực van der Waals, v.v. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền liên kết của chất kết dính chủ yếu là độ phân cực giữa các phân tử, trọng lượng phân tử, hàm lượng dung môi, v.v.
chất dẫn điện
Vai trò chính của chất dẫn điện trong bùn catốt là giảm điện trở trong của pin và cải thiện khả năng bay hơi dung lượng, thường chọn bột carbon dẫn điện với bùn CNT làm chất dẫn điện chính. Do kích thước hạt thấp (dễ tạo cụm 1-5mm) và diện tích bề mặt riêng lớn (khoảng 60m2/g) nên khó phân tán đồng đều trong hỗn hợp sền sệt nên yêu cầu đối với quá trình trộn rất cao.
chất phân tán
Vai trò chính của chất phân tán trong huyền phù catốt là hòa tan chất kết dính và cung cấp chất mang tốt để vật liệu hoạt tính được phân tán đồng đều hơn. Ở giai đoạn sơn phủ, chất phân tán yêu cầu phải có tính thấm ướt và tính lưu động tốt đối với nền kim loại và tính bay hơi tốt khi khô. So với các chất phân tán khác như H2O, NMP, DMAC (dimethyl acetamide), DMF (dimethyl formamide), v.v., NMP có ưu điểm là độ hòa tan cao, độ nhớt thấp, độ bay hơi thấp, ổn định tốt và dễ phục hồi, vì vậy ngành công nghiệp thường áp dụng hệ thống NMP-PVDF. Ngược lại, nếu NMP chiếm ít thì độ nhớt của huyền phù lớn, bột không được phân tán tốt và tính lỏng của huyền phù thấp. Do đó, không có yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt đối với lượng NMP được thêm vào, điều quan trọng nhất là đảm bảo rằng nó có thể được phủ đều.
độ ẩm
Độ ẩm tồn tại dưới dạng tạp chất trong huyền phù dầu, chủ yếu do nguyên liệu thô trong huyền phù mang vào hoặc trong quá trình trộn. Sự gia tăng hàm lượng của nó sẽ ảnh hưởng đến độ nhớt của bùn, phá hủy tính đồng nhất của dung môi, dẫn đến sự kết tụ của các hạt cực âm thành cụm và hiện tượng bong tróc và rơi ra khi đặt miếng cực sau khi sấy khô, vì vậy việc đưa vào độ ẩm cần phải được kiểm soát cả trong nguyên liệu thô và trong quá trình trộn.
TOB NĂNG LƯỢNG MỚIcung cấp đầy đủ các vật liệu pin
