การกวนสารละลายเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นลิงค์ที่สำคัญที่สุดในกระบวนการผลิตทั้งหมด ซึ่งเป็นลิงค์ที่สำคัญที่สุดในกระบวนการผลิตทั้งหมดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
องค์ประกอบของสารละลายอิเล็กโทรดขั้วบวกสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
สารละลายอิเล็กโทรดบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประกอบด้วยสารยึดเกาะ สารนำไฟฟ้า วัสดุอิเล็กโทรดบวก ฯลฯ สารละลายอิเล็กโทรดลบประกอบด้วยสารยึดเกาะ ผงคาร์บอนกราไฟต์ ฯลฯ การเตรียมสารละลายบวกและลบรวมถึงชุดของกระบวนการทางเทคโนโลยี เช่น การผสม การละลาย และการกระจายตัวระหว่างของเหลวและของเหลว วัสดุของเหลวและของแข็ง และกระบวนการเหล่านี้คือ พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความหนืด และสิ่งแวดล้อม ในสารละลายอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบ การกระจายตัวและความสม่ำเสมอของวัสดุที่ใช้งานที่เป็นเม็ดเล็กส่งผลโดยตรงต่อการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมระหว่างสองขั้วของแบตเตอรี่ ดังนั้นการผสมและการกระจายตัวของสารละลายของวัสดุแต่ละชิ้นขั้วจึงมีความสำคัญมากใน การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน , คุณภาพของการกระจายตัวของสารละลายมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ตามมาและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์
ในกระบวนการแบบดั้งเดิม การกระจายแบบละเอียดพิเศษเกิดขึ้นเนื่องจาก: ผ่านอุปกรณ์ผสมและกวนแบบดั้งเดิม เฉพาะกลุ่มผงขนาดใหญ่ในสารละลายเท่านั้นที่สามารถกระจายและกระจายอย่างสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม รูปแบบผงมีอยู่ในรูปของกระจุกผงละเอียด ในโซลูชันจะเป็นไปตามข้อกำหนดในการประมวลผลของการกระจายตัวในระดับมหภาคเท่านั้น สารละลายหลังจากการกวนและกระจายตัวด้วยกล้องจุลทรรศน์สามารถกระจายตัวและทำให้เป็นเนื้อเดียวกันต่อไปของผงละเอียดหรืออนุภาคของแข็งที่เกาะเป็นก้อนในสารละลายภายใต้การกระทำของแรงตัดเชิงกลที่แข็งแรงของอุปกรณ์กระจายตัวที่ละเอียดมากและทำให้เป็นเนื้อเดียวกันเพื่อให้ได้ของแข็งที่ละเอียดเพียงพอ อนุภาคมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในสารละลายเพื่อให้ได้ผลของการกระจายตัวของอนุภาคขนาดเล็กมากด้วยกล้องจุลทรรศน์และเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของสารละลายได้อย่างมาก
กระบวนการของสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิมในปัจจุบันคือ:
เครื่องปรุงและส่วนผสม
- การเตรียมสารละลาย:
ก) อัตราส่วนการผสมและการชั่งน้ำหนักของ PVDF (หรือ CMC) และ NMP ของตัวทำละลาย (หรือน้ำปราศจากไอออน)
ข) เวลากวน ความถี่ในการกวน และเวลาของสารละลาย (และอุณหภูมิพื้นผิวของสารละลาย)
c) หลังจากการเตรียมสารละลายเสร็จสิ้น การตรวจสอบสารละลาย: ความหนืด (ทดสอบ) ระดับการละลาย (การตรวจสอบด้วยสายตา) และเวลาในการเก็บเข้าลิ้นชัก
ง) อิเล็กโทรดลบ: สารละลาย SBR+CMC เวลากวนและความถี่
สารออกฤทธิ์:
ก) เมื่อชั่งน้ำหนักและผสม ให้ตรวจสอบว่าอัตราส่วนและปริมาณการผสมถูกต้องหรือไม่
b) การกัดบอล: เวลาการกัดบอลของอิเล็กโทรดบวกและลบ; อัตราส่วนของเม็ดอาเกตต่อส่วนผสมในถังโม่ลูก อัตราส่วนของลูกใหญ่กับลูกเล็กในลูกอาเกต
c) การอบ: การตั้งค่าอุณหภูมิและเวลาอบ; ทดสอบอุณหภูมิหลังเย็นตัวหลังอบ
ง) การผสมและการกวนสารออกฤทธิ์และสารละลาย: โหมดการกวน เวลากวนและความถี่
e) ตะแกรง: ผ่านตะแกรงโมเลกุล 100 ตาข่าย (หรือ 150 ตาข่าย)
ฉ) การทดสอบ การตรวจสอบ:
การทดสอบต่อไปนี้ดำเนินการกับสารละลายและของผสม: ปริมาณของแข็ง ความหนืด ความละเอียดในการผสม ความหนาแน่นของก๊อก และความหนาแน่นของสารละลาย
นอกเหนือจากการชี้แจงงานฝีมือแบบดั้งเดิมแล้ว ยังจำเป็นต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานของสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียม
ทฤษฎีคอลลอยด์
ผลกระทบหลักที่นำไปสู่การรวมตัวกันของอนุภาคคอลลอยด์นั้นมาจากแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างอนุภาค เพื่อเพิ่มความเสถียรของอนุภาคคอลลอยด์ มีสองวิธี: วิธีหนึ่งคือเพิ่มการขับไล่ไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาคคอลลอยด์ และอีกวิธีคือสร้างศักย์สเตอริกระหว่างผง ในสองวิธีนี้ การรวมตัวของผงจะถูกบล็อก
ระบบคอลลอยด์ที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเฟสที่กระจัดกระจายและตัวกลางที่กระจัดกระจาย และขนาดของเฟสที่กระจัดกระจายมีตั้งแต่ 10-9 ถึง 10-6 เมตร สารในคอลลอยด์มีอยู่ในระบบและจำเป็นต้องมีความสามารถในการกระจายตัวในระดับหนึ่ง ตามความแตกต่างของตัวทำละลายและเฟสที่กระจายตัว สามารถผลิตคอลลอยด์รูปแบบต่างๆ ได้ เช่น ละอองคือละอองที่หยดละอองกระจายตัวในแก๊ส ยาสีฟันเป็นโซลที่อนุภาคโพลีเมอร์ที่เป็นของแข็งจะกระจายตัวในของเหลว
การประยุกต์ใช้คอลลอยด์มีอยู่มากมายในชีวิต และคุณสมบัติทางกายภาพของคอลลอยด์จะแตกต่างกันไปตามระยะการกระจายตัวและตัวกลางในการแพร่กระจาย การสังเกตคอลลอยด์จากมุมมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ อนุภาคคอลลอยด์ไม่อยู่ในสถานะคงที่ แต่จะเคลื่อนที่แบบสุ่มในตัวกลาง ซึ่งเราเรียกว่าการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน เหนือศูนย์สัมบูรณ์ อนุภาคคอลลอยด์จะได้รับการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนเนื่องจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ซึ่งเป็นลักษณะไดนามิกของคอลลอยด์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ การชนกันของอนุภาคคอลลอยด์เนื่องจากการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนเป็นโอกาสในการรวมกลุ่ม และอนุภาคคอลลอยด์อยู่ในสถานะที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ดังนั้นแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคจึงเป็นปัจจัยสำคัญของการกระจายตัว
ทฤษฎีไฟฟ้าสองชั้น
ทฤษฎีชั้นไฟฟ้าสองชั้นสามารถใช้อธิบายการกระจายตัวของไอออนที่มีประจุในคอลลอยด์และปัญหาที่อาจเกิดขึ้นบนพื้นผิวของอนุภาค ในศตวรรษที่ 19 Helmholtz ได้เสนอแบบจำลองตัวเก็บประจุแบบขนานเพื่ออธิบายโครงสร้างแบบสองชั้นด้วยไฟฟ้า สันนิษฐานง่ายๆ ว่าอนุภาคมีประจุลบ และพื้นผิวก็เหมือนกับอิเล็กโทรดในตัวเก็บประจุ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้ไม่สนใจพฤติกรรมการแพร่กระจายของไอออนที่มีประจุเนื่องจากการเคลื่อนที่ของความร้อน
ดังนั้นในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 Gouy และ Chapman ได้เสนอแบบจำลองสองชั้นแบบกระจายไฟฟ้าซึ่งไอออนตัวนับในสารละลายจะถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคที่มีประจุอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตและในเวลาเดียวกันพวกเขาจะ กระจายไปทั่วอนุภาคเนื่องจากการเคลื่อนที่ของความร้อน ดังนั้นความเข้มข้นของการกระจายตัวของไอออนตัวนับในสารละลายจะลดลงตามระยะห่างจากผิวอนุภาค ในปีพ.ศ. 1924 สเติร์นได้รวมตัวเก็บประจุแบบขนานทั้งสองรุ่นและไฟฟ้าดับเบิ้ลเลเยอร์แบบกระจายเพื่ออธิบายโครงสร้างของไฟฟ้าดับเบิ้ลเลเยอร์ สเติร์นเชื่อว่าไอออนของตัวนับจะก่อตัวเป็นชั้นดูดซับที่แน่นบนพื้นผิวของอนุภาค หรือที่เรียกว่าชั้นสเติร์น เมื่อระยะห่างจากผิวอนุภาคเพิ่มขึ้น ศักยภาพของอนุภาคจะลดลงเป็นเส้นตรง ในเวลาเดียวกัน ยังมีชั้นการแพร่กระจายนอกชั้นสเติร์นและอนุภาคจะกระจายตัว ศักยภาพในชั้นจะลดลงแบบทวีคูณตามระยะทาง
รูปด้านล่างแสดงแบบจำลองสองชั้นแบบใช้ไฟฟ้าของสเติร์น ศักย์ซีตา (ξ, ศักย์ซีตา) เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญมากในแบบจำลองไฟฟ้าดับเบิ้ลเลเยอร์ ศักย์พื้นผิวของอนุภาคไม่สามารถวัดได้โดยตรงในการวัดจริง แต่สามารถคำนวณได้โดยวิธีคลื่นเสียงหรือวิธีอิเล็กโตรโฟรีซิส ศักยภาพซีตาของอนุภาคออกมา ศักย์ซีตามีอยู่บนระนาบแรงเฉือนระหว่างชั้นสเติร์นและชั้นการแพร่กระจายในแบบจำลองไฟฟ้าดับเบิ้ลเลเยอร์
ศักย์ซีตามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความคงตัวในการกระจายตัวของคอลลอยด์ เมื่อศักย์ซีตามีมากขึ้น ประจุไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ก็จะมากขึ้น เมื่อศักย์ซีตาของอนุภาคในสารละลายในน้ำถึง ±25~30mV คอลลอยด์จะมีแรงผลักจากไฟฟ้าสถิตเพียงพอจะเอาชนะแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างอนุภาคเพื่อรักษาความเสถียรของคอลลอยด์
ทฤษฎี DLVO
ตั้งแต่ปี 1940 ถึง 1948 Deryagin, Landau, Verwey, Overbeek ได้ก่อตั้งทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานเมื่ออนุภาคคอลลอยด์เข้าใกล้กันและมีอิทธิพลต่อความเสถียรของคอลลอยด์ เรียกว่าทฤษฎี DLVO ทฤษฎีนี้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างระยะห่างระหว่างอนุภาคคอลลอยด์กับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเป็นหลัก
รูปต่อไปนี้เป็นแผนผังของ DLVO ซึ่งบ่งชี้ว่ามีแรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างอนุภาคคอลลอยด์ ขนาดของแรงทั้งสองนี้จะกำหนดความเสถียรของสารละลายคอลลอยด์ แรงดึงดูดระหว่างอนุภาคเป็นผลหลัก และอนุภาคจะจับตัวเป็นก้อน ในขณะที่แรงผลัก ในสถานะที่มากกว่าแรงดึงดูด สามารถหลีกเลี่ยงการทำงานร่วมกันของอนุภาคและคงความเสถียรของคอลลอยด์ไว้ได้
จากเส้นโค้ง DLVO เมื่อระยะห่างระหว่างอนุภาคสั้นลงเรื่อย ๆ อนุภาคจะดึงดูดกันก่อน ถ้าอนุภาคยังคงเข้าใกล้กัน แรงผลักจะถูกสร้างขึ้นระหว่างอนุภาค และหากอนุภาคข้าม อุปสรรคผลัก, มวลรวมอย่างรวดเร็ว. ดังนั้น เพื่อปรับปรุงความเสถียรในการกระจายตัวของอนุภาคในคอลลอยด์ แรงผลักระหว่างอนุภาคจะต้องได้รับการปรับปรุงเพื่อหลีกเลี่ยงการเกาะตัวเป็นก้อนระหว่างอนุภาค
กลไกการรักษาเสถียรภาพของคอลลอยด์
อนุภาคคอลลอยด์มีแนวโน้มที่จะจับตัวเป็นก้อนเนื่องจากมีพลังงานพื้นผิวสูง เพื่อให้ระบบคอลลอยด์มีเสถียรภาพในการกระจายตัว ต้องปรับปรุงแรงผลักระหว่างอนุภาค กลไกการคงตัวระหว่างคอลลอยด์โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:
1) การรักษาเสถียรภาพของไฟฟ้าสถิต
2) อุปสรรค Steric
3) การรักษาเสถียรภาพด้วยไฟฟ้า กลไกการรักษาเสถียรภาพแสดงในรูปต่อไปนี้:
(a) ไฟฟ้าสถิตขับไล่ (b) steric อุปสรรค (c) ไฟฟ้าสถิต steric อุปสรรค
กลไกการรักษาเสถียรภาพของไฟฟ้าสถิตใช้แรงผลักที่เกิดจากประจุที่พื้นผิวของอนุภาค เมื่ออนุภาคอยู่ใกล้กันเนื่องจากการดึงดูด อนุภาคคอลลอยด์ไฟฟ้าสองชั้นจะซ้อนทับกัน และเกิดแรงผลักที่เกิดจากประจุเดียวกันบนพื้นผิวของอนุภาค
อย่างไรก็ตาม กลไกการทำให้เสถียรของไฟฟ้าสถิตได้รับผลกระทบจากความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในระบบสารละลายได้ง่าย เมื่อความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ในสารละลายสูงเกินไป ชั้นไฟฟ้าสองชั้นบนพื้นผิวของอนุภาคจะถูกบีบอัด ซึ่งจะทำให้อนุภาคจับตัวเป็นก้อน กลไกการคงตัวของสิ่งกีดขวาง steric คือการใช้โมเลกุลขนาดใหญ่เพื่อดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ ซึ่งจะให้ผลสองอย่างที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่มแรงผลักระหว่างอนุภาค:
1) ผลออสโมติก
เมื่ออนุภาคคอลลอยด์ทั้งสองอยู่ใกล้กัน โพลีเมอร์สายยาวที่ดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคหรือพอลิเมอร์ตกค้างในสารละลายจะถูกแทรกระหว่างอนุภาค ในเวลานี้ การเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของความเข้มข้นของพอลิเมอร์ระหว่างอนุภาคจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันออสโมติก และสื่อโดยรอบจะเข้าสู่อนุภาคคอลลอยด์ทั้งสอง ระยะห่างระหว่างอนุภาคจะถูกจัดเรียงเพื่อให้เกิดการกระจายตัวที่เสถียร
2) เอฟเฟกต์การจำกัดระดับเสียง
เพื่อดูดซับโมเลกุลขนาดใหญ่บนพื้นผิวด้านบนของอนุภาคมีอุปสรรคในอวกาศ เมื่อระยะห่างระหว่างอนุภาคสั้นลง เนื่องจากโมเลกุลขนาดใหญ่ไม่สามารถทะลุผ่านอนุภาคได้ โมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกบีบอัด ส่งผลให้พลังงานอิสระยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น ซึ่งจะแทนที่อนุภาคและบรรลุผลของการกระจายตัว .
เมื่อเทียบกับกลไกการรักษาเสถียรภาพของไฟฟ้าสถิต อุปสรรค steric โพลีเมอร์มีข้อดีหลายประการ กลไกการคงตัวของไฟฟ้าสถิตได้รับผลกระทบจากสิ่งแวดล้อมได้ง่ายและสูญเสียผลกระทบไป และไม่สามารถใช้กับสภาพแวดล้อมที่มีอิเล็กโทรไลต์สูงหรือโซลูชันระบบอินทรีย์ได้
อย่างไรก็ตาม อุปสรรค steric ระดับโมเลกุลขนาดใหญ่ค่อนข้างไม่ไวต่อความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ และมีประสิทธิภาพเท่ากันในสารละลายในน้ำหรือในตัวทำละลายอินทรีย์ และอุปสรรค steric ระดับโมเลกุลไม่ส่งผลต่อผลกระทบเนื่องจากเนื้อหาที่เป็นของแข็งคอลลอยด์ เมื่อพอลิเมอร์ถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์ แม้ว่าจะเกิดการเกาะตัวเป็นก้อน ก็ยังคงเป็นการรวมตัวที่อ่อนนุ่ม ซึ่งสามารถทำลายปรากฏการณ์การรวมตัวได้ง่าย แม้ว่าอนุภาคคอลลอยด์จะแห้ง แต่ก็ยังสามารถกระจายตัวในตัวทำละลายได้อีกครั้ง
ดังนั้น ผลกระทบของสิ่งกีดขวาง steric ต่อความเสถียรของการกระจายตัวจึงค่อนข้างสูงกว่าการรักษาเสถียรภาพของไฟฟ้าสถิต การรักษาเสถียรภาพของไฟฟ้าสถิตมีทั้งกลไกการคงตัวของไฟฟ้าสถิตและตัวป้องกัน steric พอลิเมอร์ที่กราฟต์บนพื้นผิวของอนุภาคจะถูกชาร์จ ดังนั้นกลไกการคงตัวที่แตกต่างกันทั้งสองจะถูกเพิ่มเข้าไป เพื่อให้อนุภาคคอลลอยด์มีเสถียรภาพในการกระจายตัวที่ดี
ผลิตภัณฑ์ของ Keheng New Energy
- เปิดใช้งานความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ 100AH 12V†<
- เซลล์แบตเตอรี่ลิเธียม
- ชุดแบตเตอรี่ลิเธียม
- แบตเตอรี่สกู๊ตเตอร์/Ebike
- แบตเตอรี่ Lifepo12 24V/4V
- สถานีไฟฟ้าพกพา
- ESS ระบบจัดเก็บพลังงาน
- แบตเตอรี่รอบลึกพร้อม BMS
- อุณหภูมิต่ำ 24V 60AH แบตเตอรี่
