La stabilité et la dispersibilité du coulis de batterie ont un impact important sur les propriétés des électrodes et des produits finis de batterie. Alors, comment caractériser la stabilité et la dispersibilité des boues de batterie ?
Méthode de caractérisation de la stabilité des boues de batterie
1. Méthode de contenu solide
La méthode de test du contenu solide est une méthode peu coûteuse et facile à tester. Son principe est de placer le lisier dans un récipient et de prélever des échantillons au même endroit à intervalles réguliers pour tester et analyser la teneur en solides. En jugeant la différence de teneur en solides, la stabilité de la boue de batterie au lithium peut être jugée pour voir s'il y a une sédimentation, une stratification et d'autres phénomènes.
2. Méthode de viscosité
La méthode de test de viscosité peut également refléter essentiellement la stabilité de la boue. Son principe est de placer le coulis dans un récipient et de tester la viscosité à intervalles réguliers. La stabilité de la bouillie peut être jugée par le changement de viscosité.
3. Analyseur de stabilité
L'utilisation d'un analyseur de stabilité peut parler avec les données. Par exemple, Sung et coll. a utilisé un analyseur de stabilité pour surveiller les changements de transmission lumineuse de différentes boues de pH en utilisant le PAA comme liant dans les 12 heures. La transmission lumineuse initiale et les valeurs de changement horaire de 12- de la suspension neutre étaient plus petites. Étant donné que les matériaux de noir de carbone absorbent la lumière, une transmission lumineuse plus faible indique une meilleure dispersion des particules de noir de carbone, et des micro-agglomérats plus petits ont des surfaces spécifiques plus grandes, améliorant ainsi l'efficacité d'absorption de la lumière. Dans le même temps, le léger changement dans la transmission lumineuse de la suspension en 12 heures indique que la suspension présente une bonne stabilité de dispersion pendant le processus statique, comme le montre la figure ci-dessous.
4. Caractérisation du potentiel Zeta
Le potentiel zêta fait référence au potentiel du plan de cisaillement, également connu sous le nom de potentiel électrocinétique ou force électromotrice, et constitue un indicateur important pour caractériser la stabilité des dispersions colloïdales. Plus les molécules ou les particules dispersées sont petites, plus la valeur absolue du potentiel Zeta (positif ou négatif) est élevée et plus le système est stable, c'est-à-dire que la dissolution ou la dispersion peut résister à l'agrégation. À l’inverse, plus le potentiel Zêta (positif ou négatif) est faible, plus il a tendance à coaguler ou à s’agréger, c’est-à-dire que l’attraction dépasse la répulsion, la dispersion est détruite et la coagulation ou l’agrégation se produit.
Méthode de caractérisation de la dispersion des boues de batterie
1. Finesse
La finesse est un indicateur de performance important du lisier de batterie, qui peut refléter des informations telles que la taille et la dispersion des particules du lisier. La valeur de finesse peut être utilisée pour comprendre si les particules du lisier sont dispersées et si les agglomérats sont désagglomérés.
2. Impédance membranaire
La suspension de batterie au lithium est un système mixte solide-liquide formé en dispersant des matériaux actifs d'électrode et des agents conducteurs dans une solution de liant. Selon le principe du test d'impédance membranaire à quatre sondes, l'impédance de la membrane en suspension est testée. L'état de distribution de l'agent conducteur dans la suspension peut être analysé quantitativement par résistivité pour juger de l'effet de dispersion de la suspension. Le processus de test spécifique est le suivant : utilisez un applicateur de film pour enduire uniformément la boue sur le film isolant, puis chauffez-le et séchez-le, mesurez l'épaisseur du revêtement après séchage, coupez l'échantillon et la taille répond à l'exigence infinie. Enfin, utilisez quatre sondes pour mesurer l'impédance de la membrane de l'électrode et calculer la résistivité en fonction de l'épaisseur.
3. Microscopie électronique à balayage/analyse du spectre énergétique/cryo-microscopie électronique
La microscopie électronique à balayage (MEB) peut être utilisée pour observer directement la morphologie du coulis de batterie et coopérer avec l'analyse du spectre énergétique (EDS) pour analyser la dispersion de chaque composant. Cependant, lors de la préparation des échantillons, le séchage de la bouillie au cours de ce processus peut provoquer une redistribution de ses propres composants. La microscopie cryoélectronique (Cryo-SEM) peut maintenir l'état de distribution d'origine des composants du lisier, c'est pourquoi elle a récemment commencé à être utilisée dans l'analyse des propriétés du lisier.
4. Imagerie CT électrode
L’imagerie CT par électrode peut observer directement l’état de dispersion des particules dans l’électrode. Comme le montre la figure suivante, il y a plus de grosses particules agglomérées dans l'électrode de la figure a, les particules agglomérées dans l'électrode de la figure b sont considérablement réduites et il n'y a presque pas de grosses particules agglomérées dans l'électrode de la figure c.
5. Technologie de mesure par diffraction laser
La technologie de mesure par diffraction laser utilise la théorie de la diffusion de Fresnel et la théorie de Fraunhofer pour obtenir la taille et la distribution des particules. L'analyseur granulométrique laser basé sur cette technologie présente une précision de mesure élevée, une bonne répétabilité et un temps de mesure court. Il a été largement utilisé dans les usines de batteries pour tester la taille des particules de boue dans les batteries.
6. Méthode d'analyse par spectroscopie d'impédance électrochimique
Par exemple, Wang et al. utilisé la méthode d'analyse par spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) pour analyser directement le spectre d'impédance de la boue liquide et obtenu les caractéristiques électrochimiques de la boue à différentes concentrations de particules. Et grâce aux résultats de l'ajustement du spectre d'impédance, une méthode d'évaluation de la structure de distribution interne des particules de la suspension d'électrode basée sur le modèle de circuit équivalent aux paramètres a été établie, ce qui a fourni une nouvelle idée pour la mesure et l'évaluation en ligne de la structure interne non uniforme. de la boue de batterie lithium-ion. Le principe du test EIS est illustré dans la figure.
Méthodes de caractérisation de la stabilité et de la dispersibilité des boues
1. Rhéomètre
(1) Test de viscoélasticité
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″ et plus la différence est grande, meilleure est la stabilité du lisier. Comme le montre la figure ci-dessous, la stabilité de la boue de graphite naturel est meilleure que celle de la boue de graphite synthétique.
(2) Modifications de la viscosité avec le taux de cisaillement
La viscosité d'une bouillie change généralement avec le taux de cisaillement. Lorsqu'un comportement amincissant par cisaillement existe, il existe des agglomérats mous dans la suspension qui sont facilement détruits par la contrainte de cisaillement. Au contraire, la présence d’un épaississement par cisaillement indique généralement qu’il y a des particules dures agrégées dans la suspension. D'une manière générale, les boues ayant des taux de fluidification par cisaillement plus rapides ont tendance à avoir une meilleure dispersibilité, ignorant la destruction du liant par la force de cisaillement. Comme le montre la figure ci-dessous, la bouillie représentée par le cercle creux a une meilleure dispersibilité que les deux autres bouillies.
(3) Test de contrainte sur les rendements
La limite d'élasticité en rhéologie est définie comme la contrainte appliquée à laquelle une déformation plastique irréversible est observée pour la première fois sur l'échantillon. Théoriquement, la limite d'élasticité est la contrainte minimale requise pour initier l'écoulement. L'analyse du rendement est importante pour tous les fluides structurés complexes. Cela permet de mieux comprendre les performances du produit, telles que la durée de conservation et la stabilité contre la sédimentation ou la séparation de phases. Il existe diverses méthodes rhéologiques qui peuvent être utilisées pour déterminer la limite d'élasticité. La figure ci-dessous montre l'analyse de la limite d'élasticité à l'aide de la méthode de décélération de l'écoulement de cisaillement. Les résultats des tests montrent qu’à des taux de cisaillement modérés, la contrainte de cisaillement diminue à mesure que le taux de cisaillement diminue. Cependant, lorsque le taux de cisaillement diminue davantage, la courbe de contrainte atteint un niveau stable et est indépendante du taux. Cette valeur de contrainte stable est appelée limite d'élasticité. Dans le même temps, la courbe de « viscosité apparente » mesurée devient infinie et a une relation linéaire avec le taux de cisaillement lorsque la pente est -1.
Étant donné que le graphite synthétique a une taille de particule plus grande et une forme de particule plus irrégulière, la suspension présente une limite d'élasticité plus faible et une structure de réseau plus faible. Par conséquent, cet échantillon de suspension de graphite synthétique sera plus sensible à la sédimentation et à la séparation de phases. La sédimentation des boues peut entraîner une répartition inégale des matériaux actifs sur l'électrode, réduisant ainsi les performances de la batterie.
(4) Thixotropie
Après le revêtement, la boue de batterie se stabilisera sous l'action de la gravité et de la tension superficielle sur le collecteur de courant. Dans la plage des faibles taux de cisaillement, on espère que la viscosité reviendra progressivement à la viscosité élevée avant le revêtement. Avant de revenir à une viscosité élevée, la viscosité de la suspension est encore relativement faible, facile à niveler et la surface du revêtement est lisse et d'épaisseur uniforme. Le temps de récupération ne doit être ni trop long ni trop court. Si le temps de récupération est trop long, la viscosité de la boue sera trop faible pendant le processus de nivellement et il est facile d'avoir des traînées ou l'épaisseur du bord inférieur est supérieure à l'épaisseur du revêtement supérieur. Si le temps est trop court, le coulis n’aura pas le temps de se niveler.
2. Compteur de résistance aux boues
Le paramètre de résistivité de la boue a une corrélation significative avec la formule de la boue, le type et la teneur en agent conducteur, le type et la teneur en liant, etc. Une fois la boue agitée et laissée au repos pendant un certain temps, une sédimentation du gel peut se produire, et la valeur de résistivité montrera également différents degrés de changement. Par conséquent, la résistivité de la boue peut être utilisée comme méthode pour caractériser l’uniformité et la stabilité des propriétés électriques de la boue.
Méthode d'essai :mettez un certain volume de boue (environ 80 ml) dans le verre doseur, insérez un stylo à électrode propre, démarrez le logiciel, testez le changement de résistivité de la boue sur trois paires d'électrodes au fil du temps et enregistrez-le dans le document.
Paramètres de test :résistivité, température, temps
Formule de calcul :Résistivité (Ω*cm) :Ρe=U/I * S/L
Caractéristiques:
1. Séparez les lignes de tension et de courant, éliminez l'influence de l'inductance sur la mesure de tension et améliorez la précision de détection de résistivité.
2. L'électrode disque de 10 mm de diamètre assure une zone de contact relativement grande avec l'échantillon et réduit l'erreur de test.
3. Le changement de résistivité à trois positions dans la direction verticale de la boue au fil du temps peut être surveillé en temps réel.
Plage de mesure de résistivité :2,5Ω*cm~50MΩ*cm
Précision de la mesure de résistivité :±0.5%
