Стабилността и диспергируемостта на суспензията на батериите имат важно влияние върху свойствата на електродите и готовите батерийни продукти. И така, как да характеризираме стабилността и способността за диспергиране на суспензията на батерията?
Метод за характеризиране на стабилността на суспензията на батерията
1. Метод на твърдо съдържание
Методът за тестване на солидно съдържание е евтин и лесен за тестване метод. Неговият принцип е да се постави суспензията в контейнер и да се вземат проби на едно и също място на редовни интервали, за да се тества и анализира твърдото съдържание. Чрез преценка на разликата в съдържанието на твърдо вещество може да се прецени стабилността на суспензията от литиева батерия, за да се види дали има утаяване, стратификация и други явления.
2. Вискозитетен метод
Методът за изпитване на вискозитета също може основно да отразява стабилността на суспензията. Принципът му е да поставите суспензията в контейнер и да тествате вискозитета на редовни интервали. Стабилността на суспензията може да се прецени по промяната във вискозитета.
3. Анализатор на стабилност
Използването на анализатор на стабилност може да говори с данни. Например, Sung et al. използва анализатор на стабилност, за да наблюдава промените в пропускливостта на светлината на различни рН суспензии, използвайки PAA като свързващо вещество в рамките на 12 часа. Първоначалната пропускливост на светлината и 12-стойностите на часовата промяна на неутралната суспензия бяха по-малки. Тъй като саждите имат абсорбция на светлина, по-ниската пропускливост на светлина показва по-добра дисперсия на частиците сажди, а по-малките микроагломерати имат по-големи специфични повърхностни площи, като по този начин подобряват ефективността на абсорбция на светлина. В същото време малката промяна в светлопропускливостта на суспензията в рамките на 12 часа показва, че суспензията има добра дисперсионна стабилност по време на статичния процес, както е показано на фигурата по-долу.
4. Характеризиране на зета потенциала
Дзета потенциалът се отнася до потенциала на равнината на срязване, известен също като електрокинетичен потенциал или електродвижеща сила, и е важен индикатор за характеризиране на стабилността на колоидните дисперсии. Колкото по-малки са молекулите или диспергираните частици, толкова по-висока е абсолютната стойност на Zeta потенциала (положителен или отрицателен) и толкова по-стабилна е системата, т.е. разтварянето или дисперсията могат да устоят на агрегацията. Обратно, колкото по-нисък е Zeta потенциалът (положителен или отрицателен), толкова повече е склонен към коагулация или агрегация, тоест привличането надвишава отблъскването, дисперсията се разрушава и настъпва коагулация или агрегация.
Метод за характеризиране на дисперсията на суспензията на батерията
1. Финост
Чистотата е важен показател за производителност на акумулаторната суспензия, която може да отразява информация като размер и дисперсия на частиците на суспензията. Стойността на фиността може да се използва, за да се разбере дали частиците в суспензията са диспергирани и дали агломератите са деагломерирани.
2. Импеданс на мембраната
Суспензията от литиева батерия е смесена система твърдо-течна, образувана чрез диспергиране на електродни активни материали и проводими агенти в свързващ разтвор. Съгласно принципа на теста за импеданс на мембраната с четири сонди се тества импедансът на мембраната на суспензията. Състоянието на разпределение на проводящия агент в суспензията може да бъде количествено анализирано чрез съпротивление, за да се прецени дисперсионният ефект на суспензията. Специфичният процес на изпитване е: използвайте апликатор за филм, за да покриете равномерно суспензията върху изолационния филм, след това го загрейте и изсушете, измерете дебелината на покритието след изсушаване, изрежете пробата и размерът отговаря на безкрайното изискване. Накрая използвайте четири сонди, за да измерите импеданса на мембраната на електрода и изчислете съпротивлението въз основа на дебелината.
3. Сканираща електронна микроскопия/анализ на енергийния спектър/криоелектронна микроскопия
Сканиращата електронна микроскопия (SEM) може да се използва за директно наблюдение на морфологията на суспензията на батерията и да си сътрудничи с анализа на енергийния спектър (EDS), за да се анализира дисперсията на всеки компонент. Въпреки това, когато се подготвят проби, изсушаването на суспензията по време на този процес може да причини преразпределение на нейните собствени компоненти. Криоелектронната микроскопия (Cryo-SEM) може да поддържа първоначалното състояние на разпределение на компонентите на суспензията, така че наскоро започна да се използва в анализа на свойствата на суспензията.
4. Електродна компютърна томография
Компютърната томография на електрода може директно да наблюдава състоянието на дисперсия на частиците в електрода. Както е показано на следващата фигура, има повече големи частици, агломерирани в електрода на Фигура a, агломерираните частици в електрода на Фигура b са значително намалени и почти няма агломерирани големи частици в електрода на Фигура c.
5. Технология за лазерно дифракционно измерване
Технологията за измерване на лазерна дифракция използва теорията на разсейването на Френел и теорията на Фраунхофер за получаване на размера и разпределението на частиците. Лазерният анализатор на размера на частиците, базиран на тази технология, има висока точност на измерване, добра повторяемост и кратко време за измерване. Той се използва широко във фабриките за батерии за тестване на размера на частиците на суспензията в батериите.
6. Електрохимичен импедансен спектроскопски анализ
Например Wang et al. използваха метода за анализ на спектроскопия на електрохимичния импеданс (EIS), за да анализират директно импедансния спектър на течната суспензия и получиха електрохимичните характеристики на суспензията при различни концентрации на частици. И чрез резултатите от напасването на спектъра на импеданса беше установен метод за оценка на структурата на вътрешното разпределение на частиците на електродната суспензия, базиран на модела на еквивалентната верига на параметъра, който предостави нова идея за онлайн измерване и онлайн оценка на вътрешната нееднородна структура от суспензията на литиево-йонната батерия. Принципът на теста на EIS е показан на фигурата.
Методи за характеризиране както на стабилността, така и на диспергируемостта на суспензията
1. Реометър
(1) Тест за вискоеластичност
The viscoelastic characteristics of the slurry are characterized by the relative valuesof the storage modulus (G′) and the loss modulus (G″). The storage modulus G′, also known as the elastic modulus, represents the capacity stored when the slurry undergoes reversible elastic deformation and is a measure of the elastic deformation of the slurry. The loss modulus G″, also known as the viscous modulus, represents the energy consumed when the slurry undergoes irreversible deformation and is a measure of the viscous deformation of the slurry. In the frequency scan, based on the relative size of G′and G″and evaluating the sensitivity of G′to the angular frequency, it is possible to reflect whether the slurry is in a fluid state or a solid-like state. In the low-frequency range, G′>G″ и колкото по-голяма е разликата, толкова по-добра е стабилността на суспензията. Както е показано на фигурата по-долу, стабилността на суспензията от естествен графит е по-добра от тази на суспензията от синтетичен графит.
(2) Промени във вискозитета със скоростта на срязване
Вискозитетът на суспензията обикновено се променя със скоростта на срязване. Когато съществува поведение на изтъняване при срязване, в суспензията има меки агломерати, които лесно се разрушават от напрежението на срязване. Напротив, наличието на удебеляване при срязване обикновено показва, че в суспензията има твърди агрегирани частици. Най-общо казано, суспензиите с по-бързи скорости на разреждане при срязване са склонни да имат по-добра диспергируемост, като се игнорира разрушаването на свързващото вещество от силата на срязване. Както е показано на фигурата по-долу, суспензията, представена от кухия кръг, има по-добра диспергируемост от другите две суспензии.
(3) Тест за провлачване
Границата на провлачване в реологията се дефинира като приложеното напрежение, при което първо се наблюдава необратима пластична деформация върху пробата. Теоретично границата на провлачване е минималното напрежение, необходимо за иницииране на потока. Анализът на добива е важен за всички течности със сложна структура. Помага за по-доброто разбиране на характеристиките на продукта, като срок на годност и стабилност срещу утаяване или разделяне на фазите. Съществуват различни реологични методи, които могат да се използват за определяне на границата на провлачване. Фигурата по-долу показва анализа на напрежението на провлачване, използвайки метода на срязващ поток надолу. От резултатите от теста може да се види, че при умерени скорости на срязване напрежението на срязване намалява с намаляването на скоростта на срязване. Въпреки това, когато скоростта на срязване се намали допълнително, кривата на напрежението достига стабилно ниво и не зависи от скоростта. Тази стабилна стойност на напрежението се нарича граница на провлачване. В същото време измерената крива на "привидния вискозитет" става безкрайна и има линейна връзка със скоростта на срязване, когато наклонът е -1.
Тъй като синтетичният графит има по-голям размер на частиците и по-неправилна форма на частиците, суспензията показва по-ниско напрежение на провлачване и по-слаба мрежеста структура. Следователно тази проба от синтетична графитна суспензия ще бъде по-податлива на утаяване и разделяне на фазите. Утаяването на суспензия може да доведе до неравномерно разпределение на активните материали върху електрода, като по този начин намалява производителността на батерията.
(4) Тиксотропия
След нанасяне на покритието суспензията на батерията ще се изравни под действието на гравитацията и повърхностното напрежение върху токоприемника. В диапазона на ниска скорост на срязване се надяваме, че вискозитетът постепенно ще се върне към високия вискозитет преди нанасяне на покритие. Преди да се върне към висок вискозитет, вискозитетът на суспензията е все още относително нисък, лесен за изравняване и повърхността на покритието е гладка и еднаква по дебелина. Времето за възстановяване не трябва да бъде твърде дълго или твърде кратко. Ако времето за възстановяване е твърде дълго, вискозитетът на суспензията ще бъде твърде нисък по време на процеса на изравняване и е лесно да има остатъци или дебелината на долния ръб е по-висока от дебелината на горното покритие. Ако времето е твърде кратко, кашата няма да има време да се изравни.
2. Измервател на съпротивлението на суспензията
Параметърът на съпротивлението на суспензията има значителна корелация с формулата на суспензията, вида и съдържанието на проводимия агент, вида и съдържанието на свързващото вещество и т.н. След като суспензията се разбърка и остави да престои за определен период от време, утаяването на гел може и стойността на съпротивлението също ще покаже различни степени на промяна. Следователно съпротивлението на суспензията може да се използва като метод за характеризиране на еднаквостта и стабилността на електрическите свойства на суспензията.
Метод на изпитване:поставете определен обем суспензия (около 80 ml) в мерителната стъклена чаша, поставете чист електрод, стартирайте софтуера, тествайте промяната на съпротивлението на суспензията при три двойки електроди във времето и я запазете в документа.
Параметри на теста:съпротивление, температура, време
Формула за изчисление:Съпротивление (Ω*cm): Ρe=U/I * S/L
Характеристики:
1. Разделете линиите за напрежение и ток, елиминирайте влиянието на индуктивността върху измерването на напрежението и подобрете точността на откриване на съпротивлението.
2. Дисковият електрод с диаметър 10 mm осигурява относително голяма контактна площ с пробата и намалява грешката при теста.
3. Промяната на съпротивлението в три позиции във вертикална посока на суспензията с течение на времето може да се наблюдава в реално време.
Диапазон на измерване на съпротивлението:2.5Ω*cm~50MΩ*cm
Точност на измерване на съпротивлението:±0.5%
