Efeito das matérias-primas da bateria na estabilidade da pasta de eletrodo de cátodo

A lama da bateria é um sistema de suspensão bifásica sólido-líquido altamente viscoso e, para avaliar a estabilidade desse sistema, o primeiro passo é estudar sua composição e suas propriedades funcionais. A maior parte da indústria do lítio usa pasta à base de óleo, que é uma mistura formada pela mistura e dispersão de materiais ativos, aglutinantes, agentes condutores, solventes, etc. em uma determinada proporção e ordem.

Materiais ativos de cátodo

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Como o principal componente ativo eletroquímico na pasta catódica, o material catódico determina a voltagem, a densidade de energia e outras propriedades básicas da bateria e é a alma central do sistema de pasta. A distribuição de tamanho de partícula, área de superfície específica, pH ou valor alcalino residual e outras propriedades do material ativo afetam a estabilidade da pasta.

Distribuição de tamanho de partícula:

O tamanho de partícula e a distribuição de tamanho de partícula do material ativo é um fator importante no processo de fabricação de pasta. Quanto menores as partículas do material ativo, maior a viscosidade da fase contínua, mais fraco o fenômeno de estratificação da pasta causado pela gravidade e melhor a estabilidade do sistema de suspensão. No entanto, quando o tamanho da partícula é reduzido a um certo tamanho minúsculo, a força de ligação entre as partículas se torna o papel principal e a aglomeração ocorrerá entre as partículas, o que não é propício à estabilidade do sistema. Portanto, na dispersão da pasta, o tamanho das partículas não é o mais fino, melhor, mas deve ser distribuído em uma faixa de tamanho estreita para alcançar o equilíbrio mútuo de sucção e repulsão, de modo a garantir a estabilidade do sistema de pasta.

Área específica da superfície:

É um fator importante que afeta o desempenho da célula. Quanto maior a área de superfície específica, melhor o desempenho eletroquímico da célula, que se reflete diretamente na menor resistência interna da célula, desempenho mais fácil da capacidade e melhor desempenho de ciclagem e desempenho do multiplicador. No entanto, uma área de superfície específica muito grande torna a adesão da amostra na pasta aumentada, o que não é propício à dispersão entre partículas.

pH ou valor alcalino residual:

O valor de pH em si não afeta a estabilidade da pasta, mas o ambiente alcalino tem um impacto maior no ligante e pode levar a alterações na estrutura do próprio ligante. Especialmente para materiais ternários de cátodo devido ao excesso de sal de lítio em seu processo de síntese, o excesso de sal de lítio gera óxido de lítio (Li) após calcinação a alta temperatura, que reage com água (H2O) e dióxido de carbono (CO2) no ar para gerar lítio hidróxido (LiOH) e carbonato de lítio (Li2CO3) novamente, que permanece na superfície do material e aumentará o valor do pH do material.

Encadernador

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The main role of the binder in the slurry is to bond the active material, the conductive agent and the collector, to enhance the electronic contact between the electrode active material and the conductive agent and the collector, and to provide a stable support role for the slurry system. Nowadays, polyvinylidene fluoride (PVDF) is commonly used as binder in the lithium industry because PVDF has good processing performance, thermal stability (long-term use temperature -40 ~ 150℃), and adaptability and stability to electrolyte. The binder is wrapped around the active material by mechanical stirring after dissolving in nitrogen methylpyrrolidone (NMP), and bonded by hydrogen bonding force and van der Waals force, etc. The factors affecting the bonding strength of the binder are mainly intermolecular polarity, molecular weight, solvent content, etc.

Agente condutor

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O principal papel do agente condutor na pasta catódica é reduzir a resistência interna da bateria e melhorar a volatilização da capacidade, geralmente escolha pó de carbono condutivo com pasta CNT como o principal agente condutor. Devido ao seu baixo tamanho de partícula (fácil de formar aglomerados de 1-5 mm) e grande área de superfície específica (cerca de 60m2/g), é difícil dispersar uniformemente na pasta, de modo que os requisitos para o processo de mistura são muito altos.

Dispersantes

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O principal papel do dispersante na pasta catódica é dissolver o aglutinante e fornecer um bom transportador para que o material ativo seja disperso de maneira mais uniforme. Na etapa de revestimento, é necessário que o dispersante tenha boa molhabilidade e fluidez ao substrato metálico e boa volatilidade durante a secagem. Comparado com outros dispersantes como H2O, NMP, DMAC (dimetil acetamida), DMF (dimetil formamida), etc., NMP tem as vantagens de alta solubilidade, baixa viscosidade, baixa volatilidade, boa estabilidade e fácil recuperação, de modo que a indústria geralmente adota o sistema NMP-PVDF. Pelo contrário, se o NMP representar menos, a viscosidade da pasta é grande, o pó não é bem disperso e a liquidez da pasta é baixa. Portanto, não há nenhum requisito de controle estrito para a quantidade de NMP adicionado, o mais importante é garantir que ele possa ser revestido uniformemente.

Umidade

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A umidade existe como uma impureza na pasta oleosa, principalmente trazida pela matéria-prima na pasta ou durante a mistura. O aumento de seu conteúdo afetará a viscosidade da pasta, destruirá a uniformidade do solvente, levará à aglomeração de partículas de cátodo em aglomerados e ao fenômeno de descascamento e queda quando a peça polar for colocada após a secagem, portanto, a introdução de umidade precisa ser controlada tanto na matéria-prima quanto na mistura.

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