Nuova energia

Le batterie al litio si stanno sviluppando rapidamente e le loro applicazioni si sono estese dai telefoni cellulari e dai computer portatili ai veicoli elettrici, ai sistemi di accumulo di energia e ad altri settori. Le batterie al litio sono diventate una parte indispensabile del mondo odierno delle reti mobili.

Le difficoltà tecniche nella ricerca e nello sviluppo delle batterie agli ioni di litio sono:

1) Dispersione uniforme dei materiali degli elettrodi e delle particelle di materiale conduttivo; stabilità di stoccaggio della sospensione;
2) Problemi di bagnatura durante il rivestimento uniforme e ad alta velocità di substrati a bassa energia superficiale (come PE, PP);
3) Controllo della schiuma durante la produzione e la costruzione.

Nel processo di produzione delle batterie al litio, per controllare le proprietà dell'interfaccia e fornire un rivestimento perfetto del collettore di corrente, una buona dispersione delle particelle è fondamentale per le prestazioni della batteria. Nelle sospensioni conduttive o nelle sospensioni per elettrodi, gli additivi possono migliorare la dispersione e la stabilità dei materiali conduttivi in ​​carbonio o dei materiali attivi e possono disperdere uniformemente le particelle attive nei materiali degli elettrodi per impedirne l'agglomerazione durante il processo di preparazione, ottenendo così una produzione e una preparazione più uniformi dei rivestimenti degli elettrodi. Ad esempio, disperdenti bagnanti per stabilizzare le particelle ceramiche e prodotti additivi che migliorano ulteriormente la bagnabilità dei substrati.

1. Disperdente per sospensione elettrodica acquosa

La sospensione delle batterie agli ioni di litio presenta principalmente due sistemi: acquoso e oleoso. L'attuale sistema di sospensione più diffuso è la sospensione oleosa PVDF/NMP con elettrodo positivo, che rappresenta fino al 90%, mentre il restante 10% è costituito da un legante idrosolubile; la sospensione con elettrodo negativo è un sistema acquoso grafite/CMC/SBR.
La sospensione elettrodica ideale dovrebbe avere eccellenti proprietà reologiche in modo da poter essere rivestita in modo stabile e uniforme sulla superficie del collettore di corrente, garantendo al contempo che le particelle solide siano disperse in modo uniforme e stabile, senza sedimentazione e agglomerazione spontanea, e possano formare una microstruttura elettrodica interconnessa.
A causa delle forze di van der Waals, ovvero l'attrazione elettrostatica e la gravità, è probabile che le particelle presenti nella sospensione si agglomerino o sedimentino. Ciò influisce notevolmente sull'uniformità di dispersione dei componenti della sospensione e sulla stabilità antisedimentazione complessiva della sospensione. È più probabile che legami idrogeno e forze elettrostatiche relativamente forti esistano nelle sospensioni acquose, il che fornisce una condizione favorevole all'agglomerazione delle particelle.
Pertanto, le sospensioni a base d'acqua richiedono solitamente l'aggiunta di agenti bagnanti e disperdenti, che può impedire alle particelle di riaggregarsi attraverso principi di repulsione elettrostatica e/o di impedimento sterico, rendendo l'agente conduttivo e il materiale attivo più uniformemente dispersi, garantendo così la stabilità a lungo termine della sospensione.

2. Additivi per la slurry di rivestimento del diaframma

La chiave per il rivestimento del diaframma è lo sviluppo di una formula di sospensione ceramica.
La sospensione ceramica utilizza generalmente polveri inorganiche ultrafini (come allumina e boemite) per migliorare la sicurezza e le proprietà meccaniche della batteria. Tuttavia, sulla superficie di queste polveri inorganiche è presente un gran numero di legami insaturi, che hanno un'elevata energia superficiale e sono soggetti a flocculazione nella sospensione, compromettendo seriamente la stabilità di posizionamento della sospensione ceramica.
Per preparare un diaframma rivestito in ceramica con buone prestazioni mediante il rivestimento in ceramica sul diaframma, è generalmente necessario aggiungere leganti, disperdenti, agenti bagnanti, addensanti, agenti livellanti, antischiuma, ecc. alla poltiglia.

1) Agente bagnante e disperdente

Riduce la viscosità della sospensione e aumenta il contenuto solido; può favorire la dispersione uniforme delle particelle ceramiche nel mezzo per formare una sospensione stabile.

2) Agente antischiuma

Il processo di dispersione delle particelle ceramiche è spesso accompagnato dalla formazione e stabilizzazione di schiuma. Pertanto, è necessario eliminare la schiuma dalla dispersione ceramica prima del rivestimento per garantire che il rivestimento sia privo di difetti e che non si formino microfori dovuti a bolle interne.

3) Agente bagnante del substrato

Migliora la bagnabilità della sospensione ceramica a base acquosa su substrati idrofobici e il livellamento di rivestimenti sottili, e può regolare l'energia superficiale del rivestimento per migliorare la bagnabilità dell'elettrolita. Può aumentare la velocità di rivestimento e ottimizzarne l'adesione.

4) Addensante

Viene utilizzato per aumentare la viscosità della sospensione, modificarne le proprietà fisiche, prevenirne il cedimento durante il processo di rivestimento e stabilizzarla per migliorarne le prestazioni di stoccaggio.