New Energy

Lithiumbatterien entwickeln sich rasant und ihre Anwendungsbereiche haben sich von Mobiltelefonen und Laptops auf Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme und weitere Gebiete ausgeweitet. Sie sind zu einem unverzichtbaren Bestandteil der heutigen Mobilfunknetze geworden.

Die technischen Schwierigkeiten bei der Lithium-Ionen-Forschung und -Entwicklung sind:

1) Gleichmäßige Verteilung der Elektrodenmaterialien und leitfähigen Materialpartikel; Lagerstabilität der Suspension;
2) Benetzungsprobleme bei der Hochgeschwindigkeits- und gleichmäßigen Beschichtung von Substraten mit niedriger Oberflächenenergie (wie z. B. PE, PP);
3) Schaumkontrolle während der Produktion und des Baus.

Im Produktionsprozess von Lithiumbatterien ist eine gute Partikeldispersion entscheidend für die Kontrolle der Grenzflächeneigenschaften und die Erzielung einer optimalen Stromkollektorbeschichtung. In leitfähigen oder Elektrodensuspensionen können Additive die Dispersion und Stabilität leitfähiger Kohlenstoffmaterialien oder Aktivmaterialien verbessern und die Aktivpartikel gleichmäßig in den Elektrodenmaterialien verteilen. Dadurch wird deren Agglomeration während des Herstellungsprozesses verhindert und eine gleichmäßigere Produktion und Herstellung von Elektrodenbeschichtungen erreicht. Beispiele hierfür sind Benetzungsmittel zur Stabilisierung von Keramikpartikeln und Additive, die die Benetzbarkeit von Substraten weiter verbessern.

1. Dispergiermittel für wässrige Elektrodensuspension

Lithium-Ionen-Batteriesuspensionen lassen sich im Wesentlichen in zwei Systeme unterteilen: wässrige und ölige. Das derzeit gängigste System ist die ölige Suspension für die positive Elektrode, bestehend aus PVDF/NMP (bis zu 90 %) und einem wasserlöslichen Bindemittel (die restlichen 10 %). Die Suspension für die negative Elektrode ist ein wässriges System aus Graphit, CMC und SBR.
Die ideale Elektrodensuspension sollte über ausgezeichnete rheologische Eigenschaften verfügen, damit sie stabil und gleichmäßig auf der Oberfläche des Stromkollektors beschichtet werden kann, wobei gleichzeitig sichergestellt wird, dass die Feststoffpartikel gleichmäßig und stabil dispergiert sind, ohne spontane Sedimentation und Agglomeration, und eine zusammenhängende Elektrodenmikrostruktur bilden können.
Aufgrund von Van-der-Waals-Kräften, elektrostatischer Anziehung und der Schwerkraft neigen die Partikel in der Suspension zur Agglomeration oder Sedimentation. Dies beeinträchtigt die Dispersionsgleichmäßigkeit der Suspensionskomponenten und die Sedimentationsstabilität der Suspension erheblich. In wässrigen Suspensionen treten mit höherer Wahrscheinlichkeit starke Wasserstoffbrückenbindungen und elektrostatische Kräfte auf, was die Agglomeration von Partikeln begünstigt.
Daher ist bei wasserbasierten Suspensionen üblicherweise die Zugabe von … erforderlich. Netz- und DispergiermittelDadurch kann verhindert werden, dass sich Partikel durch elektrostatische Abstoßung und/oder sterische Hinderung wieder zusammenlagern. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung des Leitmittels und des aktiven Materials und gewährleistet somit die Langzeitstabilität der Suspension.

2. Additive für Membranbeschichtungssuspension

Der Schlüssel zur Membranbeschichtung liegt in der Entwicklung einer geeigneten Keramikschlickerrezeptur.
Keramische Schlämme verwenden üblicherweise anorganische, ultrafeine Pulver (wie Aluminiumoxid und Böhmit), um die Sicherheit und die mechanischen Eigenschaften der Batterie zu verbessern. Allerdings weisen diese anorganischen Pulver zahlreiche ungesättigte Bindungen auf der Oberfläche auf, die eine hohe Oberflächenenergie besitzen und in der Schlämme zur Ausflockung neigen. Dies beeinträchtigt die Stabilität der Keramikschlämme erheblich.
Um eine keramikbeschichtete Membran mit guter Leistung durch Aufbringen von Keramik auf die Membran herzustellen, ist es im Allgemeinen notwendig, Folgendes hinzuzufügen: Bindemittel, Dispergiermittel, Netzmittel, Verdickungsmittel, Verlaufsmittel, Entschäumerusw. zur Suspension.

1) Netz- und Dispergiermittel

Verringert die Viskosität der Suspension und erhöht den Feststoffgehalt; es kann die gleichmäßige Verteilung der Keramikpartikel im Medium fördern und so eine stabile Suspension bilden.

2) Entschäumungsmittel

Die Dispersion von Keramikpartikeln geht häufig mit der Bildung und Stabilisierung von Schaum einher. Daher ist es notwendig, die Keramikdispersion vor der Beschichtung zu entschäumen, um eine fehlerfreie Beschichtung zu gewährleisten und die Entstehung von Poren durch innere Blasen zu vermeiden.

3) Substratbenetzungsmittel

Die Benetzbarkeit von wasserbasierten Keramikschlämmen auf hydrophoben Substraten und die Nivellierung dünner Beschichtungen lassen sich verbessern. Zudem kann die Oberflächenenergie der Beschichtung angepasst werden, um die Benetzbarkeit des Elektrolyten zu optimieren. Dadurch können die Beschichtungsgeschwindigkeit erhöht und die Haftung der Beschichtung optimiert werden.

4) Verdickungsmittel

Es wird verwendet, um die Viskosität der Suspension zu erhöhen, die physikalischen Eigenschaften der Suspension zu verändern, ein Absacken während des Beschichtungsprozesses zu verhindern und die Suspension zu stabilisieren, um die Lagerfähigkeit der Suspension zu verbessern.