锂电池浆料的评价
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锂浆料电池的未来趋势
锂浆料电池是一种新型的锂离子电池。
锂浆料电池具有高能量密度、快速充放电能力、低成本等优势,被认为是未来锂离子电池发展的一个重要方向。
以下是锂浆料电池未来的趋势预测:
1. 电池能量密度的提升:随着科技的不断进步,锂浆料电池的能量密度将会不断提升,实现更大容量的储能能力。
2. 快速充电技术的发展:锂浆料电池具有快速充电的特点,未来将会继续研发快速充电技术,提高电池的充电效率和速度。
3. 研发更安全的电池材料:锂浆料电池在充放电过程中存在安全隐患,如发生热失控和燃烧等问题。
未来的趋势是研发更安全的电池材料,降低安全风险。
4. 降低成本:锂浆料电池的成本相对较高,限制了其广泛应用。
未来的趋势是通过技术创新和规模化生产,降低电池的成本,提高市场竞争力。
5. 应用领域的拓展:锂浆料电池可广泛应用于可穿戴设备、智能手机、电动汽车等领域。
未来,锂浆料电池还有望在航空航天、能源储存等领域得到更广泛的应用。
总之,锂浆料电池作为一种新兴的能源储存技术,具有巨大的潜力。
未来的发展
趋势是提升能量密度、开发快速充电技术、降低成本、提高安全性,并拓展应用领域。
半固态锂电池电极浆料导电性能的评价方法研究随着电动汽车和可穿戴设备市场的不断扩大,半固态锂电池作为一种新型电池技术备受关注。
半固态锂电池具有高安全性、高能量密度、长循环寿命等优点,其电极浆料的导电性能对电池的性能具有重要影响。
因此,对半固态锂电池电极浆料导电性能的评价方法进行研究具有重要意义。
1.导电率测量:导电率是评价电极浆料导电性能的重要指标之一、通过四探针法或者直流电阻法测量电极浆料的导电率,可以有效评估电极浆料的导电性能。
同时,可以根据电极浆料的导电率与温度的关系研究其导电机制。
2.微观结构表征:电极浆料的微观结构对其导电性能具有重要影响。
通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等技术对电极浆料的微观结构进行表征,可以分析电极颗粒的分布、形貌以及电极材料的晶体结构等信息,从而揭示导电性能与微观结构之间的关系。
3.热学性能测量:电极浆料在充放电过程中会产生热效应,影响电池的热管理和安全性能。
测量电极浆料的热导率、热膨胀系数等热学性能参数,可以评估电极浆料在工作温度下的热传导性能,为优化电池设计提供参考。
4.循环寿命测试:电极浆料的导电性能与电池的循环稳定性密切相关。
通过模拟实际循环条件进行循环寿命测试,可以评估电极浆料在长周期循环过程中的导电性能衰减情况,为电极材料的改进和优化提供参考。
综上所述,半固态锂电池电极浆料导电性能的评价方法是一个复杂而综合的研究课题,需要结合导电率测量、微观结构表征、热学性能测量以及循环寿命测试等多种手段进行综合评价。
通过深入研究电极浆料的导电性能,可以为半固态锂电池的研究和发展提供重要的参考依据,促进其在电动汽车和可穿戴设备等领域的广泛应用。
锂电池导电浆料的分散性表征研究随着新能源汽车的不断发展,电动车渗透率逐渐提高,消费者对于电动车的续航能力、充电时效等重要性能指标有着更高的要求。
进一步提高电池能量密度、提升电池充电速率成为各新能源车企未来持续发力的方向。
2022 年,国内动力锂电池市场仍以常规类导电剂(炭黑)为主,市场份额占比超过 60%,而碳纳米管导电剂的占比约为 24%。
随着近年来碳纳米管导电剂的产能不断提升,加之头部企业导入验证新型导电剂的进度加快,碳纳米管导电剂凭借持续提高的性价比优势,在动力电池领域的渗透率在不断提升。
导电浆料是将导电剂颗粒均匀分散于溶剂中所形成的颗粒悬浮液,导电炭黑和碳纳米管是两种最常用的导电剂,在锂电池行业中的应用最为普遍。
然而,炭黑颗粒和碳纳米管粉体的颗粒比表面积大,很容易在浆料中形成团聚,因此,导电浆料的分散性就成为评价浆料性能的重要指标。
常规的BET 方法只能给出干粉的比表面积值,而无法用于直接评价浆料中的颗粒分散性。
激光粒度法的测试则需要首先对浆料稀释几百甚至上千倍,而这会显著地改变浆料的原始状态,原本团聚的颗粒在稀释后可能会分散得很好,因此,用激光粒度法也无法准确地评价出导电浆料的分散性好坏。
为了解决这些难题,我们发展了一种新的浆料分散性表征技术:核磁共振法。
它通过测试浆料中溶剂的核磁信号,计算出溶剂的弛豫时间或弛豫谱,用来研究颗粒在浆料中的润湿性及分散性。
核磁共振法具有非侵入性、对浆料浓度及颜色都不敏感、测量快、精度高、重复性好等优点,可以直接测量未经稀释的浆料。
我们以导电浆料(导电炭黑和碳纳米管)为研究对象,利用核磁共振技术为工具,通过测量导电浆料的弛豫时间和弛豫谱,来定量地评价不同分散程度的导电浆料,揭示出炭黑颗粒和碳纳米管材料的重大差异,为导电浆料的检测和评价提供一种准确、快速、便捷的新方法。
上海人和科学仪器有限公司1 实验部分:1.1 材料与设备三种导电炭黑颗粒,比表面积为62~67m 2/g ;三种碳纳米管粉体,比表面积在90~260m 2/g之间;NMP 溶剂;PVDF 粘接剂;磁力搅拌分散设备JEIO TECH TM-18Q ;分散稳定性分析仪LISICO LMR-Area (图1)。
锂电浆料特性锂电池浆料1.1,锂电池浆料的特性锂离子电池浆料是由多种不同比重、不同粒度的原料组成,又是固-液相混合分散,形成的浆料属于非牛顿流体。
锂离子电池浆料是一种像油状的流动的液体,所以具有一般流体所具有的特征如粘性、流动性等,同时因为电池浆料是一种液固两相流,所以还具有一些自身特殊的性能。
1.1.1,锂离子电池浆料流变性流变性是指物质在外力作用下的变形和流动性质。
由于液体不能承受剪切力,因而不能保持其外形的稳定。
在外力的作用下,液体就会发生流动和变形等的性质,称为流变性。
浆体的流变性十分复杂.一种浆体在低浓度时可能表现为牛顿流体或假塑性流体;浓度稍高产生絮团后,可能表现为宾汉流体;更高的浓度下又可能会出现胀塑性流体。
对同—种浆料,在剪切率不太高时,不出现胀流现象,剪切率高时又可能转化为胀塑性流体。
有些非牛顿流体在低剪切速率和高剪切速率下都可能呈现牛顿流体形象,这可能是因为在低剪切速率下,分子的无规则热运动占优势,体现不出剪切速率对其中物料重新排列使表观粘度的变化,当剪切速率增高到一定限度后,剪切定向达到了最佳程度,因而也使表观粘度不随剪切速率而变。
如前所述,许多非牛顿体其流变特性受到体系中结构变化的影响。
影响锂离子电池浆料流变性的一些主要参数:(1)分散相或固相的类型及表面电荷的大小对于不同种类的正负极活性物质,如正极常用的钴酸锂、锰酸锂,负极常用的石墨粉、中间相炭微球,由于其种类不同,因而具有不同的水化膨胀特性以及不同的表面电荷,这样,不同种类的活性物质其分散特性、胶溶特性以及形成具有一定强度的结构体系的能力也各不相同,其宏观表现是不同种类的活性物质配制而成的浆料具有不同的流变特性。
(2)固相的浓度分散相或固相浓度的大小主要影响浆料的屈服应力和塑性粘度或表观粘度。
在一般槽况下,固相浓度越大,其屈服应力、塑性粘度或表观粘度越大。
(3)固相颗位的大小、形状以及粒径的分布在固相浓度不变的条件下,颗粒的粒径越小,由于其总的表面积增加,因而浆料的屈服应力和粘度将随之增加。
重点讨论锂电浆料分散越好倍率性能越好分析锂电池是一种重要的电池类型,具有高能量密度、长循环寿命和环保等特点。
作为锂电池的关键组成部分,正极材料的性能对电池的性能起着至关重要的作用。
其中,锂电浆料的分散性和倍率性能是两个重要的指标。
本文旨在探讨锂电浆料分散越好时,其倍率性能的变化。
首先,让我们来了解一下锂电浆料的分散性。
锂电浆料是正极材料粉末与电解质、导电剂等混合制备而成的糊状物质。
优良的分散性意味着其中的粉末颗粒均匀分散在糊状物质中,形成的浆料具有均一的物理性质、高度稳定的性能,有利于提高电池的性能。
锂电浆料分散好的优点主要有以下几个方面:首先,好的分散性能可以提高锂电浆料的离子传导性能。
锂电池的工作原理是锂离子在正极与负极之间的迁移。
分散性差的锂电浆料中,颗粒之间的接触面积较小,导致离子传导的阻力增加。
然而,分散性好的锂电浆料中,颗粒之间的接触面积增大,离子传导更加顺畅,提高了电池的倍率性能。
其次,好的分散性能可以提高锂电浆料的电子传导性能。
锂电池的电流主要通过电解质和正负极之间的电子传导完成。
锂电浆料分散性好的话,可以保证颗粒之间的电子传导路径短且畅通,减小电子的阻抗,提高了电池的倍率性能。
此外,好的分散性能还可以提高锂电浆料的辐射稳定性。
辐射稳定性指的是锂电池在辐射环境下的性能表现。
分散性差的锂电浆料中,颗粒之间的聚集现象会导致在辐射环境下发生剧烈的化学反应,从而影响电池性能的稳定性。
而分散性好的锂电浆料则可以有效地降低颗粒之间的聚集现象,提高电池的辐射稳定性。
然而,锂电浆料分散越好并不意味着倍率性能必然更好。
锂电池的倍率性能指的是在不同的充放电速率下,电池能够提供的高功率输出能力。
锂电浆料分散好的确可以提高锂电池的倍率性能,但同时也会导致一些问题。
首先,分散性好的锂电浆料中,颗粒之间的接触面积增加,电池内部的电极和导电剂的填充率可能会下降,从而降低了电池的能量密度。
其次,分散性好的锂电浆料中,颗粒之间的距离较近,有可能增加颗粒与颗粒之间的副反应。
磷酸铁锂浆料固含量
摘要:
1.磷酸铁锂浆料固含量简介
2.磷酸铁锂浆料固含量的影响因素
3.提高磷酸铁锂浆料固含量的方法
4.总结
正文:
磷酸铁锂浆料固含量是评价其性能的重要指标之一。
磷酸铁锂浆料主要用于生产锂离子电池,其固含量直接影响着电池的性能和稳定性。
本文将详细介绍磷酸铁锂浆料固含量的相关知识,包括影响因素和提高固含量的方法。
首先,磷酸铁锂浆料固含量是指浆料中磷酸铁锂的质量占总质量的比例。
通常情况下,磷酸铁锂浆料的固含量越高,电池的能量密度和循环稳定性就越好。
但是,如果固含量过高,浆料的粘度会增加,导致涂布困难和极片硬度增大,影响电池的性能。
因此,合适的固含量对于磷酸铁锂浆料至关重要。
其次,磷酸铁锂浆料固含量受多种因素影响,主要包括磷酸铁锂的质量和浆料的配方。
磷酸铁锂的质量和粒径分布直接影响浆料的固含量。
此外,浆料的配方,如溶剂、分散剂和粘度调节剂的选择,也会对固含量产生影响。
针对这些影响因素,可以采取以下方法提高磷酸铁锂浆料固含量:
1.选择高质量磷酸铁锂:选用具有良好晶型和粒径分布的磷酸铁锂,有利于提高浆料固含量。
2.优化浆料配方:根据实际需求选择合适的溶剂、分散剂和粘度调节剂,
以达到合适的固含量。
3.采用高效的分散方法:如超声波、高压均质等,可以有效提高磷酸铁锂的分散度,从而提高固含量。
4.严格控制工艺条件:如搅拌速度、涂布速度等,确保工艺条件稳定,有利于提高固含量。
总之,磷酸铁锂浆料固含量对锂离子电池性能具有重要影响。
浆料制备是锂电池生产的第一道工艺,混料工艺在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度大于30%,是整个生产工艺中最重要的环节。
可是,究竟该如何评价浆料的好坏呢?就评估浆料品质的检测项目,简单介绍并分享给大家,其中有很多检测方法也没有接触过,不对之处请批评指正。
(1)固含量固含量是指浆料各组分中,活物质、导电剂、粘结剂等固体物质在浆料整体质量中的占比,其中所指固体也包括溶解在溶剂中的粘结剂等添加物。
简单测量方法:取少许浆料,质量W,在容器内涂抹成薄膜,一定温度下烘干溶剂,再称量质量w,则固含量N=w/W。
另外,可采用快速水分计测量,如AND的水分计,设备内自带称量系统和干燥系统,加样之后,自动称量样品,自动干燥去除溶剂,然后自动计算固含量或水分量。
快速测量水分计在锂电池浆料制备时,固含量一般不会特别控制,经常根据涂布需求,搅拌最后阶段通过调节溶剂加入量调整浆料粘度。
测量固含量可以与投料理论固含量比较,评价投料称量精度;从搅拌锅内不同位置取样测量固含量可以表征浆料的均匀性;随着时间推移取样测量固含量可以表征浆料沉降稳定性。
(2)密度密度是指某一特定压力和温度下单位体积内物质的重量,电池浆料的密度在很大程度上取决于所用活物质的密度,并与添加剂和溶剂的密度,以及配方中各组分的体积浓度有关,一般可以采用比重杯测量。
QbormiarIfiQO用CM幡1g郎C -IfiOO到 c - 50cm i密度杯(3)粘度/流变曲线粘度是流体内部阻碍其流动的程度大小,其定义公式为:粘度=剪切应力/剪切速率。
而剪切应力T是流体在剪切流动中单位面积切线上受到的力,如图所示,其定义式为: 其中,F为剪切力,A 为剪切力作用面积。
流体剪切应力示意图剪切速率是流体层间运动速度梯度,是流体运动快慢的表征,在剪切力作用下,流体沿X轴方向流动,流层间的速度分布如图3所示,则剪切速率Y为:流体层间速度分布最常见的是牛顿流体(如水、大部分有机溶剂等),其特点是:剪切应力与剪切速率的关系呈直线正相关,在给定温度下流体粘度与剪切速率无关。
锂电池浆料密度标准解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文旨在解释和概述锂电池浆料密度标准,对其定义、特点、影响因素、测试方法以及相关国内外行业标准和制定过程进行介绍。
浆料密度是评估锂电池质量的重要指标,它直接影响着锂电池的性能和寿命。
1.2 文章结构本文分为四个主要部分:引言、锂电池浆料密度标准解释说明、锂电池浆料密度标准的概述以及结论。
在该文章目录里所列出的各小节中,我们将详细介绍有关这一主题的相关信息。
1.3 目的本文旨在帮助读者更好地理解和掌握锂电池浆料密度标准。
通过了解浆料密度对于锂电池性能的重要影响以及相关标准的应用和意义,读者将能够更好地评估和选择适合自身需求的锂电池产品,并为未来发展方向提供参考。
以上是“1. 引言”部分内容,请根据需要进行调整完善。
2. 锂电池浆料密度标准解释说明2.1 锂电池浆料的定义和特点锂电池浆料是指由正极、负极、电解液和隔膜等材料组成的粘稠混合物,用于制造锂离子电池的重要原料。
正极材料通常由氧化物或磷酸盐等化合物组成,而负极材料则主要包括碳和锌钴氧化物等。
电解液则是一种能够导电并且稳定性良好的溶液,用于传递离子在正负极之间的移动。
2.2 为什么需要浆料密度标准浆料密度是指单位体积内所含有的有效材料质量,是评价浆料配方设计是否合理以及控制生产工艺稳定性的关键参数之一。
通过准确掌握锂电池浆料密度可以确保电池具备足够的活性物质含量,从而提高其充放电效率和循环寿命。
此外,浆料密度标准对于不同厂家之间产品性能比较也具有重要意义。
2.3 浆料密度的影响因素和测试方法浆料密度受到多个因素的影响,包括材料成分、粒径分布、粘度以及混合过程等。
其中,材料成分和浓度是最主要的影响因素。
通常情况下,正极材料含量高于40%,负极材料一般在70%以上,电解液则根据需要进行调整。
浆料密度的准确测试对于产品开发和生产控制至关重要。
常见的测量方法包括直接测量法和间接计算法。
直接测量法通过称量一定体积的浆料并计算其质量来获得密度值,而间接计算法则是根据溶剂和固体物质质量比例、组分浓度等参数进行计算。
锂电池浆料性能评价的GPS——流变特性2018-06-2918:36锂电池电极浆料是锂电池生产的第一道工序,也是最重要的环节。
浆料必须具有良好的流动性和流平性,确保涂布工艺要求和极片涂覆厚度均匀度和平整度。
另外,浆料还必须具有良好的抗沉降稳定性,如果浆料稳定性差,在后继的涂布过程中会发生分层,而且颗粒凝聚导致分散效果变差,则最后制得的电池性能(例如比容量和循环性能)将显著下降。
电极浆料是一种高固含量的悬浮体系,即具有剪切变稀特性,又具有很强的触变性、屈服特性和粘弹特性,表现出复杂的非牛顿流体行为。
浆料的流动性、流平性和抗沉降稳定性都与浆料的流变特性密切相关,对提升涂布质量提供有力的参考数据。
然而对浆料流变特性重要性的认识还有待升,目前只是检测单一剪切速率下的粘度,无法全面表征浆料的流变特性以指导生产工艺。
电池浆料的涂布过程是高剪切速率过程,在集流体上涂布后,浆料的流平过程又是低剪切速率过程。
所以电池浆料在高剪切速率范围下剪切粘度不能太高,如果粘度过大,会造成涂布困难;在涂布后,浆料会在集流体上的重力和表面张力的作用下流平,在低剪切速率范围,希望粘度逐渐恢复到涂布之前的高粘度。
在还没有完全恢复到高粘度之前,浆料的粘度还比较小,容易流平,涂层表面光滑厚度均匀。
恢复的时间不能太长,也不能太短。
恢复时间太长,浆料流平过程中粘度太小,容易出现拖尾或者下边缘的厚度比上面的涂层厚度高的现象。
如果时间太短,浆料没时间流平。
这个过程可以通过三段阶跃剪切速率的测试方法表征。
图1和图2负极和正极浆料的三段阶跃剪切速率测试方法。
蓝色曲线代表剪切粘度,红色曲线代表剪切速率。
图1负极电池浆料三段阶跃剪切速率测试测试过程是,第一段:剪切速率是0.1S-1,持续时间是60s,模拟浆料在涂布前的剪切粘度;第二段,剪切速率100S-1,持续是60s,模拟涂布过程的高剪切速率过程,此时剪切粘度会急剧降低;第三段,姜切速率是0.1S-1,与第一段剪切速率保持一致,观察第三段的剪切粘度逐渐增大的过程。
锂电池浆料性质及关键影响因素分析②1. 理论上来说浆料粒度越小越好。
*当颗粒粒径过大时,浆料的稳定性会受到影响,出现沉降、浆料一致性不良等。
*在挤压式涂布过程中会出现堵料、极片干燥后麻点等情况,造成极片质量问题。
*在后续的辊压工序中,涂布不良处由于受力不均,极易造成极片断裂、局部微裂纹,这对电池的循环性能、倍率性能和安全性能造成了极大的危害。
2. 物料混合不匀、粘接剂溶解不良、细颗粒严重团聚、粘接剂性状发生变化等情况,就会导致大颗粒的产生。
*关于物料干粉混合,搅拌机速度对干粉混合(不同颗粒间的混合)程度影响可能不大,但是需要足够的时间来保证干粉的混匀。
*不同的粘结剂决定了不同的工艺,采用粉状粘结剂需要更长的时间来进行溶解,否则在后期会出现溶胀、回弹、粘度变化等。
*细颗粒之间的团聚不可避免,但是我们要保证物料之间有足够大的摩擦力,能够促使团聚颗粒出现挤压、破碎,利于混合。
(这就需要我们控制好浆料不同阶段的固含量,太低的固含量会影响颗粒之间的摩擦分散。
)3. 同种工艺与配方,浆料固含量越高,粘度越大,反之亦然。
在一定范围内,粘度越高,浆料稳定性越高。
*固含量对于提高搅拌效率和涂布效率具有一定影响。
固含量越高,浆料搅拌时间越短,所耗溶剂越少,涂布干燥效率越高,节省时间;*固含量对设备有一定的要求。
高固含量浆料对设备的损耗较高,因为固含量越高,设备磨损越严重;*高固含量的浆料稳定性更高,但是高固含量的浆料也会影响其流动性,非常挑战涂布工序的设备和技术人员;*高固含量的浆料可以减少涂层间厚度,降低电池内阻。
4. 通过测试不同位置的浆料密度可以验证浆料的分散效果。
正负极浆料评价方法与测试解析1.背景介绍正负极浆料是电池的重要组成部分,其质量直接影响电池的性能和释放功率。
因此,正负极浆料的评价方法及测试解析显得非常重要。
本文将从正负极浆料的基本特性、评价方法及测试解析等方面进行详细探讨。
2.正负极浆料的基本特性正负极浆料是电池中的一种重要材料,其主要特性包括导电性、离子传输性、比表面积、分散性和稳定性等。
导电性是正负极浆料的重要特性之一,直接影响电池的内阻及电池性能。
离子传输性则影响电池的充放电速度和循环寿命。
比表面积和分散性则直接影响正负极浆料的活性及充放电过程中的反应速率。
而稳定性则是正负极浆料在长期使用中的一个重要指标,直接影响电池的寿命。
3.正负极浆料评价方法(1)导电性评价:导电性是正负极浆料的重要特性之一,常用的评价方法包括四探针法、恒流法和交流阻抗法等。
其中四探针法是一种常用的评价导电性的方法,通过测量正负极浆料的电阻来评价其导电性能。
恒流法则是通过施加恒定电流来测量正负极浆料的电压降,从而评价其导电性能。
交流阻抗法则是通过施加交流电压来评价正负极浆料的导电性,并可以同时得到其离子传输性能。
(2)比表面积评价:比表面积是正负极浆料的重要特性之一,常用的评价方法包括氮气吸附法、比表面积仪测定法和比表面积分析法等。
氮气吸附法是一种常用的评价正负极浆料比表面积的方法,通过测量正负极浆料对氮气的吸附情况来评价其比表面积。
比表面积仪测定法则是通过测量正负极浆料对一定量气体的吸附量来评价其比表面积。
比表面积分析法则是通过分析正负极浆料的形貌特征来评价其比表面积。
(3)分散性评价:分散性是正负极浆料的重要特性之一,常用的评价方法包括扫描电镜观察法、激光粒度分析法和比表面积分析法等。
扫描电镜观察法是通过电子显微镜观察正负极浆料的形貌特征来评价其分散性。
激光粒度分析法则是通过测量正负极浆料的颗粒大小分布来评价其分散性。
比表面积分析法则是通过分析正负极浆料的形貌特征来评价其分散性。
正负极浆料评价方法与测试解析!在锂电池生产过程中,浆料制备是第一道工艺,搅拌完成后浆料的工艺适用性直接影响后续的涂布以及最终的电池性能,并且是决定电池成本的重要指标,可以说浆料制备在锂离子电池生产工艺中占据着核心地位。
研究表明,理想的锂电池电极微观颗粒分布状态为活性物质均匀分散没有团聚,导电剂颗粒薄层弥散形成导电网络,颗粒分布均匀的电极制成的锂离子电池具有优异的电化学性能和较长寿命。
因此通常对锂电池浆料的流动性、稳定性和均匀性进行测试与表征,以评价浆料是否适用于后续的涂布工序,是否有利于电池活性物质的性能发挥。
电极浆料是由活性物质、导电剂、粘结剂等固体颗粒分散在溶剂中形成的一种特殊流体。
流体通常分为牛顿流体和非牛顿流体。
牛顿流体在受力后容易变形,其剪切应力与剪切速率呈直线相关,且在给定温度下流体的粘度不随剪切速率变化。
水、有机溶剂等纯液体和低分子物质的溶液属于牛顿流体。
非牛顿流体的剪切应力与剪切速率不呈线性相关,且粘度随剪切速率的增加而减少(剪切变稀现象),一般情况下,高分子聚合物的浓溶液和悬浮液、乳剂和表面活性剂的溶液以及血液、淋巴液等体液都属于非牛顿流体。
电极浆料就是一种非牛顿流体,有正极浆料和负极浆料两种,分油性、水性两种体系。
搅拌完成的浆料需要具有良好的流动性、稳定性及均匀性。
不同流动性的浆料状态如图1所示,浆料粘度过小或过大、沉降、团聚、分散不均等现象,会对后续的涂布等工序造成较大的影响,造成极片宏观外观的缺陷和极片微观组成的不一致性。
与传统造纸、涂料业对浆料的要求不同,锂电池浆料的均匀性和稳定性最终将影响电池的电性能,导致电池电压衰降、循环寿命减少、电池一致性差等一系列问题。
因此在涂布之前对浆料进行合理表征与测试,判断其是否具有适宜的工艺性就显得尤为重要。
正负极集流体材质和涂布要求不同,对正负极浆料的性能要求也有所差别,此外,分散介质为油系或水系也会对浆料的流变特性造成影响,但不同锂电池浆料基本采用同类的评价与测试手段。
正负极浆料评价方法与测试解析正负极浆料是电池制造中的重要材料,它们的质量直接影响到电池的性能和寿命。
因此,对正负极浆料的评价方法和测试解析显得至关重要。
本文将从正负极浆料的性质、评价方法和测试解析等方面展开论述,以期为相关研究和生产提供有益的参考。
正负极浆料的性质正负极浆料是电池的主要材料,它们直接参与电池的储能和释能过程。
正极浆料通常由锂离子化合物(如LiCoO2、LiFePO4等)和导电剂(如碳黑、导电聚合物等)组成,而负极浆料通常由碳材料(如石墨、石墨烯等)和粘结剂(如聚乙烯等)组成。
这些材料的性质直接影响到电池的性能,比如能量密度、循环寿命、安全性等。
因此,正负极浆料的评价方法和测试解析对于电池研究和制造具有重要意义。
正负极浆料的评价方法对正负极浆料进行评价,通常需要从成分、结构、性能等多个方面进行综合考量。
首先是成分分析,可以通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等手段对正负极浆料的成分和结构进行初步分析。
其次是性能测试,包括电化学性能测试、循环寿命测试、热稳定性测试等。
电化学性能测试主要针对正负极浆料的储能和释能能力以及电阻等电化学参数,循环寿命测试主要用于评价正负极浆料的循环稳定性,热稳定性测试则用于评估正负极浆料在高温条件下的稳定性。
此外,还可以考虑使用一些先进的表征手段,比如原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等来进一步深入了解正负极浆料的微观结构和表面性质。
综合利用这些评价方法,可以全面地了解正负极浆料的性能和特性,从而为电池制造和应用提供参考依据。
正负极浆料测试解析对正负极浆料进行测试解析,旨在发现其性能特点和存在问题,并通过分析解决方案,进一步改进其性能。
首先要对测试数据进行分析,比如循环性能测试中的电压和电流曲线、温度对正负极浆料的影响等。
通过对这些数据的解析,可以得到正负极浆料在不同条件下的性能表现和变化规律,进而找到性能改进的方向。
锂电池浆料性质及关键影响因素分析①1. 牛顿流体是指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。
粘度不随剪切速率变化而变化。
如:水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。
2. 非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。
如:高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等;人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液,以及像细胞质那样的“半流体”。
3. 电极浆料是一种是由多种不同比重、不同粒度的原料组成,又是固-液相混合分散,形成的浆料属于非牛顿流体。
4. 非牛顿液体的粘度除了与温度有关外,还与剪切速率、时间有关,并有剪切变稀或剪切变稠的变化。
5. 浆料的性质:①流动性:不断断续续就是流动性好;②流平性:影响了涂布的平整度和均匀度;③流变性:是指浆料在流动中的形变特征。
6. 浆料的分散:①干粉混合:颗粒之间以点点、点面、点线形式接触;②泥状捏合:加入粘结剂液体或溶剂,原材料被润湿、呈泥状。
经过搅拌机的强力搅拌,物料受到机械力的剪切和摩擦,同时颗粒之间也会有内摩擦,在各个作用力下,原料颗粒之间趋于高度分散(大颗粒破裂)。
③稀释分散:缓慢加入溶剂调节浆料粘度和固含量。
此阶段分散与团聚共存,并最后达到稳定。
物料的分散主要受机械力、粉液间摩擦阻力、高速分散剪切力、浆料与容器壁撞击相互作用力的影响。
7. 浆料的影响因素:①粘度过高或过低都是不利于极片涂布的,粘度高的浆料不容易沉淀且分散性会好一点,但是过高的粘度不利于流平效果,不利于涂布(后续辊压时易造成极片局部裂纹、甚至断裂);粘度低时虽然浆料流动性好,但干燥困难,降低了涂布的干燥效率,粘度过低还会发生涂层龟裂、浆料颗粒团聚、面密度一致性不好等问题。
②分析解决浆料粘度变化的原因,要从粘结剂的本质及浆料分散程度上着手。
③粘度升高:*正极浆料在放置一段时间后粘度升高。
其原因一(短时间放置)是浆料搅拌速度过快,粘结剂未充分溶解,放置一段时间后PVDF粉末充分溶解,粘度升高。
重点讨论锂电浆料分散越好倍率性能越好分析随着锂离子电池在动力电池上大规模的应用,倍率性能也被提高到了前所未有的高度,提升锂离子电池的关键在于正负极材料和电解液的选择,其次电池粘结剂、导电剂和活性物质的比例,甚至是匀浆工艺都会对锂离子电池倍率性能产生一定程度的影响。
我们通常认为浆料分散程度越好,则最终形极片中的导电网络也就越均匀,因此放电过程中电流分布更加均匀,有利于提升锂离子电池的倍率性能。
然而,近日一份来自日本先进工业技术研究所的研究报告却对这一常识提出了质疑。
日本先进工业技术研究所的Kentaro Kuratani(第一作者)等人以LiCoO2作为研究对象分别采用了下图所示的分散方法进行了分散,以获得分散程度不同的浆料,其中方法一是一次性加料,也就是将所有的材料(LCO、乙炔黑褐PVDF 胶液、NMP)一次性全部加入行星式离心搅拌机内,在2000rpm 的转速下分散3min,并重复6次;方法二则是采用了分步加料的方式(这也是最贴近实际生产的一种方式),首先将LCO、乙炔黑和PVDF胶液(12%)加入混合罐中混合一次,然乎向其中加入2.16g的NMP再混合1次,然后重复加NMP再混合步骤5次,总计加入10.8g的NMP;方法三是在方法二浆料的基础上再再20m/s的线速度下进行15s的高速分散2次。
上述三种方法制备的浆料虽然工艺不同,但是最终浆料配方都是一致的,固含量均为60%。
浆料的流变特性对锂离子电池电极的涂布具有重要的影响,不同分散工艺也会对锂离子电池浆料的流变特性产生一定成的影响,下图为采用上面三种工艺制备的浆料的流变特性,可以看到浆料属于一种非牛顿流体,随着剪切速度的增大,浆料的粘度呈现快速下降的趋势,在较低的剪切速度(0.1s-1)下三种浆料的粘度计本上比较接近,但是随着剪切速度的继续增大三种浆料就显出了明显的区别,我们能够看到采用一次加料方式得到的浆料的粘度最大,采用分步加料的浆料粘度稍低,采用分步加料和高速分散工艺制备的浆料的粘度最低,这表明不同工艺制备的浆料中活性物质颗粒的团聚程度也存在明显的区别。
浆料制备是锂电池生产的第一道工艺,混料工艺在锂离子电池的整个生产
工艺中对产品的品质影响度大于30%,是整个生产工艺中最重要的环节。
可是,究竟该如何评价浆料的好坏呢?就评估浆料品质的检测项目,简单介绍并分享给大家,其中有很多检测方法也没有接触过,不对之处请批评指正。
(1)固含量
固含量是指浆料各组分中,活物质、导电剂、粘结剂等固体物质在浆料整体质量中的占比,其中所指固体也包括溶解在溶剂中的粘结剂等添加物。
简单测量方法:取少许浆料,质量W,在容器内涂抹成薄膜,一定温度下
烘干溶剂,再称量质量w,贝U固含量N=w/W。
另外,可采用快速水分计测量,如AND的水分计,设备内自带称量系统和
干燥系统,加样之后,自动称量样品,自动干燥去除溶剂,然后自动计算固含量或水分量。
快速测量水分计
在锂电池浆料制备时,固含量一般不会特别控制,经常根据涂布需求,搅拌最后阶段通过调节溶剂加入量调整浆料粘度。
测量固含量可以与投料理论固含量比较,
评价投料称量精度;从搅拌锅内不同位置取样测量固含量可以表征浆料的均匀性;随着时间推移取样测量固含量可以表征浆料沉降稳定性。
(2)密度
密度是指某一特定压力和温度下单位体积内物质的重量,电池浆料的密度在很大程度上取决于所用活物质的密度,并与添加剂和溶剂的密度,以及配方中各组分的体积浓度有关,一般可以采用比重杯测量。
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密度杯
(3)粘度/流变曲线
粘度是流体内部阻碍其流动的程度大小,其定义公式为:粘度=剪切应力/剪切速率。
而剪切应力T是流体在剪切流动中单位面积切线上受到的力,如图所示,其
定义式为:
其中,F为剪切力,A为剪切力作用面积。
流体剪切应力示意图
剪切速率是流体层间运动速度梯度,是流体运动快慢的表征,在剪切力作用下,
流体沿x轴方向流动,流层间的速度分布如图3所示,则剪切速率丫为:
dy
■f
流体层间速度分布
最常见的是牛顿流体(如水、大部分有机溶剂等),其特点是:剪切应力与剪切速率的关系呈
直线正相关,在给定温度下流体粘度与剪切速率无关。
非牛顿流体的粘度受剪切速率的影响。
假塑性(塑性)流体:粘度随剪切速率的增加而降低
(称为剪切变稀);膨胀性流体:粘度随剪切速率的增加而升高(称为剪切变稠)
锂电池浆料是剪切变稀的非牛顿流体,粘度随剪切速率的增加而降低,因此,一般所说浆料的粘度都应该限定剪切速率条件。
实际影响涂布效果的粘度是在涂布工艺实际的剪切速率下的粘度值,一般涂布时剪切速率为1000〜10000 s-1
流变曲线指的是材料粘度值与剪切速率或者剪切应力的函数关系图,浆料粘度或流变曲线一般采用粘度计、流变仪测量,粘度计设备简单,测量简便,而采用旋转流变仪进行测试时,因为其能够覆盖更大范围内的剪切速率和应力,能够获得更全面的流动曲线,测量结果也更加准确。
流变仪
(4)细度(粒度)
锂离子电池浆料是由电活性物质,导电剂等固体颗粒分散在粘结剂溶液形成的,涂布时活物质和导电剂及其他固态成分应该以微小的颗粒均匀分散在溶剂中,在形成的涂膜中不能有颗粒状物体显现出来。
工业中常用细度这一指标来检测浆料中颗粒材料的分散程度。
细度是电池浆料的重要性能指标,它对形成的涂膜表面质量、均匀性及浆料的储存稳定性都有很大影响。
颗粒细,分散程度好的浆料,其固体颗粒能很好地被润湿,所制备涂层均匀、表面平整、不会出现竖直划痕,而且在储存过程中颗粒不易发生沉淀、结块等现象,储存稳定性好。
而如果浆料中存在大团聚体颗粒,一方面表明导电剂等添加物分布不均匀,所制备的涂层均匀性不好,必然电池一致性差。
另外,在涂布过程中,大颗粒聚集在涂布刀辊狭缝或者挤压涂布模头出料狭缝,所制备涂层会出现竖条道缺陷。
目前基本都采用刮板细度计测细度。
刮板细度计是一块带有从零到若干微米深的楔形沟槽的磨光平板,槽边有刻度线标明该处槽沟的深度。
测量时将试样滴人沟槽的最深部位,然后用一个两刃均磨光的刮刀垂直接触平板,以适宜的速度把漆拉过槽的整个长度,然后沿入射光30°角的方向观察沟槽中颗粒均匀显露的深度,以此厚度表示试样的细度。
(更多详细内容,请阅读锂电浆料细度测量基础知识)
刮板细度计
(5)膜阻抗
根据四探针膜阻抗测试原理,在锂离子电池领域,常常采用此方法测试浆料膜阻抗,通过电阻率定量分析浆料中导电剂的分布状态,从而判断浆料分散效果的好坏。
其测试过程为:用涂膜器将浆料均匀涂覆在绝缘膜上,然后将其加热干燥,干燥之后测量涂层的厚度,裁切样品,尺寸满足无穷大要求(大于四倍探针间距),最后采用四探针测量电极膜阻抗,根据厚度计算电阻率。
四探针膜阻测试方法避免了探针与样品的接触电阻,而且测试电流方向平行与涂层也避免了基底分流。
因此,该方法能够准确测量电池极片涂层的绝对电阻值。
但是该方法只能表征涂层表面薄层的电阻,对于较厚且存在成分梯度的电池涂层无法全面表征极片电阻值,另外,它也不能测试真实极片中涂层与基材之间的接触电阻。
(更多详细内容,请阅读锂电池极片电
导率测试方法及其影响因素)
膜阻抗测试仪
扫描电镜可以直接观察浆料形貌,配合能谱分析各组分的分散程度,但是
样品制备过程中,浆料干燥时可能本身会发生成分再分布,而冷冻电镜能够保持浆料原始的分布状态,近来也开始应用于浆料性质分析。
如
Sanghyuk Lim等人采用冷冻电镜法研究了粘结剂对锂离子电池负极浆料
流变特性和微观结构的影响。
冷冻电镜研究锂离子电池负极浆料的微观结构
(7)表面张力/接触角
旋转滴界面张力仪主要用于测量液-液之间的界面能,旋转滴界面张力仪主要由摄像头、光源、测量窗口和毛细管(样品管)组成(如图所示),样品管在马达的带动下可以在不同的速度下旋转。
测量时,样品管中装满高密度
相,然后再在高密度相中注入一滴低密度相(液滴),样品管在马达的带动
下转动,在离心力作用下液滴在样品管的中心轴线上,并且被拉伸变形,
在液滴的变化过程中,软件控制系统一直追踪液滴的形状并拟合出其轮廓同时,自动算出界面张力值。
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界面张力测试原理图
例如Boris Bitsch 等人研究了正辛醇作为添加剂对锂电池浆料性质的影
响,并测定了相关的界面张力和接触角(见示意图)。
他们测定,CMC容液的表面张力为72.4 mN/m,与水接近,而正辛醇表面张力为27.3 mN/m,两
者之间的界面张力为10.6 mN/mCM(溶液在空气中与石墨的接触角为74°而正辛醇与石墨接触角为0°,石墨、CMC溶液和正辛醇三相接触角为
46。
因此,添加不同量的辛醇对电池浆料具有明显的影响,如图所示。
活物质颗粒与粘结剂溶液润湿示意图
0.0 vol% 0.1 0.3 0.5 1.0 2.0 5.0
辛醇添加量对浆料性质的影响
(8)ZETA 电位
ZETA电位(Zeta potential )是指剪切面(Shear Plane)的电位,又叫电动电位或电动电势(Z -电位或Z -电势),是表征胶体分散系稳定性的重要指标,对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。
分子或分散粒子越小,Zeta电位的绝对值(正或负)越高,体系越稳定,
即溶解或分散可以抵抗聚集。
反之,Zeta电位(正或负)越低,越倾向于
凝结或凝聚,即吸引力超过了排斥力,分散被破坏而发生凝结或凝聚。
Zeta 电位[mV] 胶体稳定性
0 到±5,快速凝结或凝聚±10 到±30开始变得不稳定±30 到±40稳定性一般
±40 到±60较好的稳定性超过±61稳定性极好。