リチウム電池セルのスラリー攪拌は、リチウムイオン電池の製造工程全体で最も重要なリンクである、製造プロセス全体で最も重要なリンクです。
リチウムイオン電池用正極スラリーの組成
リチウムイオン電池の正極スラリーは、バインダー、導電剤、正極材料などで構成されています。 負極スラリーは、バインダー、グラファイトカーボンパウダーなどで構成されています。正極および負極スラリーの調製には、液体と液体、液体と固体の材料間の相互混合、溶解、分散などの一連の技術プロセスが含まれます。温度、粘度、環境の変化を伴います。 正極と負極のスラリーでは、粒状活物質の分散と均一性が電池のXNUMX極間のリチウムイオンの移動に直接影響するため、各極片材料のスラリーの混合と分散は、リチウムイオン電池の製造。 、スラリー分散の品質は、その後のリチウムイオン電池の製造品質とその製品の性能に直接影響します。
従来のプロセスでは、次の理由で超微細分散が実行されます。従来の混合および攪拌装置では、溶液中の大きな粉末クラスターのみを分散させて均一に分散させることができます。 ただし、粉末形態は微粉末クラスターの形態で存在します。 このソリューションでは、巨視的な分散の処理要件のみが満たされます。 巨視的な攪拌および分散後のスラリーは、超微細分散および均質化装置の強力な機械的切断力の作用下で、溶液中の微粉末または固体粒子凝集体をさらに分散および均質化して、十分に微細な固体を得ることができる。 粒子は溶液中に均一に分散され、微視的な超微細分散と均一性の効果を達成します。これにより、スラリーの包括的な性能を大幅に向上させることができます。
現在の従来のリチウム電池のスラリープロセスは次のとおりです。
成分
- 溶液の準備：
a）PVDF（またはCMC）と溶媒NMP（または脱イオン水）の混合比と計量。
b）溶液の攪拌時間、攪拌頻度および時間（および溶液の表面温度）。
c）溶液の調製が完了した後、溶液の検査：粘度（試験）、溶解度（目視検査）、および保管時間。
d）負極：SBR + CMC溶液、攪拌時間と頻度。
有効成分：
a）計量および混合するときは、混合比と量が正しいかどうかを監視します。
b）ボールミル粉砕：正極と負極のボールミル粉砕時間。 ボールミルバレル内の混合物に対する瑪瑙ビーズの比率。 瑪瑙球の小さい球に対する大きい球の比率;
c）ベーキング：ベーキング温度と時間の設定。 ベーキング後の冷却後の試験温度。
d）活性物質と溶液の混合と攪拌：攪拌モード、攪拌時間と頻度。
e）ふるい：100メッシュ（または150メッシュ）のモレキュラーシーブを通過させます。
f）テスト、検査：
スラリーと混合物に対して次のテストが実行されます：固形分、粘度、混合の細かさ、タップ密度、およびスラリー密度。
伝統的な職人技を明確にすることに加えて、リチウム電池スラリーの基本原理を理解することも必要です。
コロイド理論
コロイド粒子の凝集につながる主な効果は、粒子間のファンデルワールス力によるものです。 コロイド粒子の安定性を高めるには、XNUMXつの方法があります。XNUMXつはコロイド粒子間の静電反発力を高める方法、もうXNUMXつは粉末間に立体ポテンシャルを生成する方法です。 これらのXNUMXつの方法で、粉末の凝集がブロックされます。
最も単純なコロイド系は、分散相と分散媒体で構成され、分散相のサイズは10-9〜10-6mの範囲です。 コロイド中の物質はシステム内に存在し、ある程度の分散性が必要です。 溶媒と分散相の違いに応じて、さまざまなコロイド形態を生成できます。たとえば、ミストは液滴が気体に分散するエアロゾル、歯磨き粉は固体ポリマー粒子が液体に分散するゾルです。
コロイドの用途は生活に豊富であり、コロイドの物理的特性は分散相と分散媒体によって異なります。 コロイドを微視的な観点から観察すると、コロイド粒子は一定の状態ではなく、媒体内をランダムに移動します。これをブラウン運動と呼びます。 絶対零度を超えると、コロイド粒子は、微視的なコロイドの動的特性である熱運動によりブラウン運動を起こします。 ブラウン運動によるコロイド粒子の衝突は凝集の機会であり、コロイド粒子は熱力学的に不安定な状態にあるため、粒子間の相互作用力は分散の重要な要因のXNUMXつです。
電気二重層理論
電気二重層理論は、コロイド中の荷電イオンの分布と粒子表面の潜在的な問題を説明するために使用できます。 19世紀、ヘルムホルツは電気二重層構造を説明するために並列コンデンサモデルを提案しました。 粒子は負に帯電しており、表面はコンデンサの電極のようなものであると単純に想定されています。 ただし、この理論では、熱運動による荷電イオンの拡散挙動は無視されます。
そのため、20世紀初頭、GouyとChapmanは拡散電気二重層モデルを提案しました。このモデルでは、溶液中の対イオンが静電相互作用によって荷電粒子の表面に吸着されると同時に、熱運動により粒子の周りに拡散します。 したがって、溶液中の対イオンの分布濃度は、粒子表面からの距離とともに減少します。 1924年、スターンは並列コンデンサと拡散電気二重層のXNUMXつのモデルを組み合わせて、電気二重層の構造を説明しました。 スターンは、対イオンが粒子の表面にタイトな吸着層を形成すると考えています。これはスターン層としても知られています。 粒子表面からの距離が増加するにつれて、粒子の電位は直線的に減少します。 同時に、スターン層の外側にも拡散層があり、粒子は拡散します。層内の電位は距離とともに指数関数的に減少します。
下の図は、Stern電気二重層モデルを示しています。 ゼータ電位（ξ、ゼータ電位）は、電気二重層モデルの非常に重要なパラメーターです。 粒子の表面電位は、実際の測定では直接測定することはできませんが、音波法または電気泳動法で計算することができます。 粒子のゼータ電位を出します。 ゼータ電位は、電気二重層モデルのスターン層と拡散層の間のせん断面に存在します。
ゼータ電位はコロイドの分散安定性と密接に関係しています。 ゼータ電位が大きいほど、コロイド粒子表面の静電荷は大きくなります。 水溶液中の粒子のゼータ電位が±25〜30mVに達すると、コロイドは十分な静電反発力を持ち、粒子間のファンデルワールス力に打ち勝ち、コロイドの安定性を維持します。
DLVO理論
1940年から1948年にかけて、Deryagin、Landau、Verwey、Overbeekは、コロイド粒子が互いに接近するときのエネルギー変化と、コロイド安定性への影響に関するDLVO理論と呼ばれる関連理論を確立しました。 その理論は、主にコロイド粒子間の距離とエネルギーの変化との関係を説明しています。
次の図はDLVOの概略図であり、コロイド粒子間に引力と反発力があることを示しています。 これらのXNUMXつの力の大きさは、コロイド溶液の安定性を決定します。 粒子間の引力が主な効果であり、粒子は凝集します。 反発力引力以上の状態では、粒子の凝集を回避し、コロイドの安定性を維持することができます。
DLVO曲線から、粒子間の距離がどんどん短くなると、粒子は最初に互いに引き付け合い、粒子が互いに接近し続けると、粒子間に反発力が発生し、粒子が反発バリア、迅速に集約します。 したがって、コロイド中の粒子の分散安定性を改善するために、粒子間の反発力を改善して、粒子間の凝集を回避する必要がある。
コロイド安定化メカニズム
コロイド粒子は、表面エネルギーが高いために凝集する傾向があります。 コロイド系に分散安定性を持たせるためには、粒子間の反発力を改善する必要があります。 コロイド間の安定化メカニズムは、一般的にXNUMXつのタイプに分けることができます。
1）静電安定化
2）立体障害
3）電気立体安定化、安定化メカニズムを次の図に示します。
（a）静電反発、（b）立体障壁、（c）静電立体障壁
静電安定化メカニズムは、粒子の表面電荷によって引き起こされる反発力を使用します。 粒子が引力により接近すると、コロイド粒子の電気二重層が重なり、粒子表面の同じ電荷により反発力が発生します。
ただし、静電安定化メカニズムは、溶液システム内の電解質濃度の影響を受けやすくなります。 溶液中の電解質濃度が高すぎると、粒子表面の電気二重層が圧縮され、粒子が凝集します。 立体障壁の安定化メカニズムは、高分子を使用してコロイド粒子の表面に吸着することです。これにより、粒子間の反発力を強化するXNUMXつの異なる効果が得られます。
1）浸透圧効果
XNUMXつのコロイド粒子が互いに接近している場合、粒子の表面に吸着された長鎖ポリマーまたは溶液中の残留ポリマーが粒子の間に挿入されます。 このとき、粒子間のポリマー濃度が連続的に増加すると、浸透圧が変化し、周囲の媒体がXNUMXつのコロイド粒子に入ります。 粒子間の距離は、安定した分散効果を実現するために配置されています。
2）音量制限効果
粒子の上面に高分子を吸着させるために、一定の空間障壁があります。 粒子間の距離が短くなると、高分子が粒子を貫通できないため、高分子が圧縮されて弾性自由エネルギーが増加し、粒子が移動して分散効果が得られます。 。
静電安定化メカニズムと比較して、高分子立体バリアには多くの利点があります。 静電安定化メカニズムは、環境の影響を受けやすく、その効果を失い、高電解質環境や有機システムソリューションには適用できません。
ただし、高分子立体バリアは電解質濃度に比較的鈍感であり、水溶液または有機溶媒で同じ効率を示し、高分子立体バリアはコロイド状の固体含有量のために効果に影響を与えません。 コロイド粒子の表面にポリマーを吸着させると、凝集が起こっても軟らかい凝集であり、凝集現象を起こしやすい。 コロイド粒子が乾燥した場合でも、それらは溶媒に再び分散することができます。
したがって、分散安定性に対する立体障壁の影響は、静電安定化の影響よりも比較的高くなります。 静電立体安定化には、静電安定化メカニズムと立体障壁の両方があります。 粒子の表面にグラフトされたポリマーが帯電しているため、XNUMXつの異なる安定化メカニズムが追加され、コロイド粒子の分散安定性が向上します。
KehengNewEnergyの製品範囲
- 100AH12V低温暖房対応,war
- リチウム電池セル
- リチウム電池パック
- Escooter/Ebikeバッテリー
- 12V /24VLifepo4バッテリー
- ポータブル発電所
- ESSエネルギーストーラジーシステム
- BMSを備えたディープサイクルバッテリー
- 低温24V60AHバッテリー
