Nova energia

As baterias de lítio estão se desenvolvendo rapidamente e suas aplicações se expandiram de telefones celulares e laptops para veículos elétricos, sistemas de armazenamento de energia e outros campos. As baterias de lítio se tornaram uma parte indispensável do mundo das redes móveis atuais.

As dificuldades técnicas na pesquisa e desenvolvimento de baterias de íon-lítio são:

1) Dispersão uniforme dos materiais do eletrodo e das partículas do material condutor; estabilidade de armazenamento da pasta;
2) Problemas de molhabilidade durante o revestimento uniforme e de alta velocidade de substratos de baixa energia superficial (como PE, PP);
3) Controle da espuma durante a produção e construção.

No processo de produção de baterias de lítio, para controlar as propriedades da interface e fornecer um revestimento coletor de corrente perfeito, uma boa dispersão de partículas é crucial para o desempenho da bateria. Em pastas condutoras ou pastas de eletrodo, aditivos podem melhorar a dispersão e a estabilidade de materiais de carbono condutores ou materiais ativos, e podem dispersar uniformemente as partículas ativas nos materiais do eletrodo para evitar sua aglomeração durante o processo de preparação, resultando em uma produção e preparação mais uniformes dos revestimentos de eletrodo. Por exemplo, dispersantes umectantes para estabilizar partículas cerâmicas e aditivos que melhoram ainda mais a molhabilidade dos substratos.

1. Dispersante de pasta de eletrodo aquosa

A pasta condutora para baterias de íon-lítio apresenta-se principalmente em dois sistemas: aquoso e oleoso. O sistema de pasta condutora mais utilizado atualmente é o sistema oleoso de PVDF/NMP para o eletrodo positivo, representando até 90% da composição, sendo os 10% restantes compostos por um aglutinante solúvel em água; a pasta condutora para o eletrodo negativo é um sistema aquoso de grafite/CMC/SBR.
A pasta eletrolítica ideal deve possuir excelentes propriedades reológicas para que possa ser revestida de forma estável e uniforme na superfície do coletor de corrente, garantindo ao mesmo tempo que as partículas sólidas estejam dispersas de maneira uniforme e estável, sem sedimentação ou aglomeração espontâneas, e que possam formar uma microestrutura de eletrodo interconectada.
Devido à presença de forças de van der Waals, atração eletrostática e gravidade, as partículas na suspensão tendem a se aglomerar ou sedimentar. Isso afeta significativamente a uniformidade da dispersão dos componentes da suspensão e a estabilidade geral da mesma contra sedimentação. Ligações de hidrogênio relativamente fortes e forças eletrostáticas são mais propensas a existir em suspensões aquosas, o que proporciona condições favoráveis ​​à aglomeração de partículas.
Portanto, suspensões à base de água geralmente requerem a adição de agentes umectantes e dispersantes, que pode impedir que as partículas se reaglomerem por meio de repulsão eletrostática e/ou princípios de impedimento estérico, tornando o agente condutor e o material ativo mais uniformemente dispersos, garantindo assim a estabilidade a longo prazo da pasta.

2. Aditivos para pasta de revestimento de diafragma

A chave para o revestimento de diafragmas é o desenvolvimento da fórmula da pasta cerâmica.
A pasta cerâmica geralmente utiliza pós ultrafinos inorgânicos (como alumina e boehmita) para melhorar a segurança e as propriedades mecânicas da bateria. No entanto, a grande quantidade de ligações insaturadas na superfície desses pós inorgânicos confere-lhes alta energia superficial e os torna propensos à floculação na pasta, afetando seriamente a estabilidade da pasta cerâmica.
Para preparar um diafragma revestido de cerâmica com bom desempenho, revestindo-o com cerâmica, geralmente é necessário adicionar... aglutinantes, dispersantes, agentes umectantes, espessantes, agentes niveladores, antiespumantes, etc. para a pasta.

1) Agente umectante e dispersante

Reduz a viscosidade da pasta e aumenta o teor de sólidos; pode promover a dispersão uniforme de partículas cerâmicas no meio para formar uma suspensão estável.

2) Agente antiespumante

O processo de dispersão de partículas cerâmicas é frequentemente acompanhado pela formação e estabilização de espuma. Portanto, é necessário remover a espuma da dispersão cerâmica antes da aplicação do revestimento para garantir que este fique isento de defeitos e que não se formem poros devido a bolhas internas.

3) Agente umectante do substrato

Melhora a molhabilidade de suspensões cerâmicas à base de água em substratos hidrofóbicos e o nivelamento de revestimentos finos, além de ajustar a energia superficial do revestimento para melhorar a molhabilidade do eletrólito. Isso pode aumentar a velocidade de revestimento e otimizar a adesão do revestimento.

4) Espessante

É utilizado para aumentar a viscosidade da pasta, alterar as propriedades físicas da pasta, evitar a escorrimento durante o processo de revestimento e estabilizar a pasta para melhorar o seu desempenho de armazenamento.