Nueva Energía

Las baterías de litio se están desarrollando rápidamente y sus aplicaciones se han expandido desde teléfonos móviles y ordenadores portátiles hasta vehículos eléctricos, sistemas de almacenamiento de energía y otros campos. Las baterías de litio se han convertido en una parte indispensable del mundo de las redes móviles actuales.

Las dificultades técnicas en la investigación y el desarrollo de baterías de iones de litio son:

1) Dispersión uniforme de los materiales de electrodo y de las partículas de material conductor; estabilidad de almacenamiento de la suspensión;
2) Problemas de humectación durante el recubrimiento uniforme y de alta velocidad de sustratos de baja energía superficial (como PE, PP);
3) Control de la espuma durante la producción y la construcción.

En la producción de baterías de litio, una buena dispersión de partículas es crucial para controlar las propiedades de la interfaz y lograr un recubrimiento óptimo del colector de corriente. En suspensiones conductoras o de electrodos, los aditivos mejoran la dispersión y la estabilidad de los materiales de carbono conductores o activos, y dispersan uniformemente las partículas activas en los materiales de electrodo, evitando su aglomeración durante la preparación. Esto permite una producción y preparación más uniforme de los recubrimientos de electrodo. Por ejemplo, se utilizan dispersantes humectantes para estabilizar las partículas cerámicas y aditivos que mejoran aún más la humectabilidad de los sustratos.

1. Dispersante de suspensión acuosa de electrodos

Las pastas para baterías de iones de litio se componen principalmente de dos sistemas: acuoso y oleoso. El sistema más utilizado actualmente es el oleoso PVDF/NMP para el electrodo positivo, que representa hasta el 90% de la pasta, mientras que el 10% restante corresponde a un aglutinante soluble en agua. La pasta para el electrodo negativo es un sistema acuoso de grafito/CMC/SBR.
La suspensión ideal para el electrodo debe tener excelentes propiedades reológicas para que pueda recubrir de manera estable y uniforme la superficie del colector de corriente, asegurando al mismo tiempo que las partículas sólidas se dispersen de manera uniforme y estable, sin sedimentación ni aglomeración espontáneas, y que puedan formar una microestructura de electrodo interconectada.
Debido a la presencia de fuerzas de van der Waals, atracción electrostática y gravedad, las partículas en la suspensión tienden a aglomerarse o sedimentarse. Esto afecta significativamente la uniformidad de la dispersión de los componentes de la suspensión y su estabilidad general frente a la sedimentación. En suspensiones acuosas, es más probable la existencia de enlaces de hidrógeno y fuerzas electrostáticas relativamente fuertes, lo que favorece la aglomeración de partículas.
Por lo tanto, las suspensiones acuosas suelen requerir la adición de agentes humectantes y dispersantes, lo cual puede evitar que las partículas se reagrupen mediante repulsión electrostática y/o principios de impedimento estérico, haciendo que el agente conductor y el material activo se dispersen de manera más uniforme, asegurando así la estabilidad a largo plazo de la suspensión.

2. Aditivos para la suspensión de recubrimiento de diafragmas

La clave para el recubrimiento de diafragmas reside en el desarrollo de una fórmula de suspensión cerámica.
Las suspensiones cerámicas suelen emplear polvos inorgánicos ultrafinos (como alúmina y boehmita) para mejorar la seguridad y las propiedades mecánicas de la batería. Sin embargo, la gran cantidad de enlaces insaturados en la superficie de estos polvos inorgánicos les confiere una elevada energía superficial y los predispone a la floculación en la suspensión, lo que afecta gravemente a la estabilidad de la suspensión cerámica.
Para preparar un diafragma recubierto de cerámica con buen rendimiento mediante el recubrimiento cerámico del diafragma, generalmente es necesario añadir aglutinantes, dispersantes, humectantes, espesantes, niveladores, antiespumantes, etc. a la pulpa.

1) Agente humectante y dispersante

Reduce la viscosidad de la suspensión y aumenta el contenido de sólidos; puede promover la dispersión uniforme de partículas cerámicas en el medio para formar una suspensión estable.

2) Agente antiespumante

El proceso de dispersión de partículas cerámicas suele ir acompañado de la formación y estabilización de espuma. Por lo tanto, es necesario eliminar la espuma de la dispersión cerámica antes del recubrimiento para garantizar que este quede libre de defectos y que no se formen poros debido a burbujas internas.

3) Agente humectante del sustrato

Mejora la humectabilidad de la suspensión cerámica acuosa sobre sustratos hidrófobos y la nivelación de recubrimientos delgados, y permite ajustar la energía superficial del recubrimiento para mejorar la humectabilidad del electrolito. Además, aumenta la velocidad de recubrimiento y optimiza la adhesión del mismo.

4) Espesante

Se utiliza para aumentar la viscosidad de la suspensión, cambiar sus propiedades físicas, prevenir el escurrimiento durante el proceso de recubrimiento y estabilizarla para mejorar su rendimiento de almacenamiento.