Новая Энергия

Литиевые батареи стремительно развиваются, и сфера их применения расширилась от мобильных телефонов и ноутбуков до электромобилей, систем хранения энергии и других областей. Литиевые батареи стали незаменимой частью современного мира мобильных сетей.

Технические трудности при исследовании и разработке литий-ионных аккумуляторов:

1) Равномерное распределение материалов электродов и частиц проводящего материала; стабильность суспензии при хранении;
2) Проблемы смачивания при высокоскоростном и равномерном нанесении покрытия на подложки с низкой поверхностной энергией (такие как ПЭ, ПП);
3) Контроль пенообразования в процессе производства и строительства.

В процессе производства литиевых аккумуляторов для контроля свойств интерфейса и обеспечения идеального покрытия токосъемника решающее значение для производительности аккумулятора имеет правильная дисперсия частиц. В проводящих пульпах или электродных пульпах добавки могут улучшить дисперсию и стабильность проводящих углеродных материалов или активных материалов, а также равномерно распределить активные частицы в электродных материалах, предотвращая их агломерацию в процессе изготовления, тем самым обеспечивая более равномерное производство и подготовку электродных покрытий. Например, смачивающие диспергаторы для стабилизации керамических частиц и добавки, дополнительно улучшающие смачиваемость подложек.

1. Водный диспергатор электродной суспензии

Суспензия для литий-ионных аккумуляторов в основном представлена ​​двумя системами: водной и масляной. В настоящее время для положительного электрода наиболее распространена масляная система на основе ПВДФ/НМП, на долю которой приходится до 90%, а оставшиеся 10% приходится на водорастворимое связующее; для отрицательного электрода – водная система на основе графита/КМЦ/БСК.
Идеальная электродная суспензия должна обладать превосходными реологическими свойствами, чтобы ее можно было стабильно и равномерно наносить на поверхность токосъемника, обеспечивая при этом равномерное и стабильное распределение твердых частиц без спонтанного осаждения и агломерации и способствуя образованию взаимосвязанной электродной микроструктуры.
Из-за наличия сил Ван-дер-Ваальса, или электростатического притяжения и гравитации, частицы в суспензии склонны к агломерации или осаждению. Это существенно влияет на равномерность распределения компонентов суспензии и её общую устойчивость к седиментации. В водных суспензиях более вероятно наличие относительно прочных водородных связей и электростатических сил, что создаёт благоприятные условия для агломерации частиц.
Поэтому водные суспензии обычно требуют добавления смачивающие и диспергирующие агенты, что может предотвратить повторную агрегацию частиц посредством принципов электростатического отталкивания и/или стерических препятствий, что позволяет более равномерно распределить проводящий агент и активный материал, тем самым обеспечивая долгосрочную стабильность суспензии.

2. Добавки для суспензии диафрагменного покрытия

Ключевым моментом в нанесении покрытия на диафрагму является разработка формулы керамической суспензии.
Керамическая суспензия обычно использует неорганические ультрадисперсные порошки (например, оксид алюминия и бёмит) для повышения безопасности и механических свойств аккумулятора. Однако на поверхности этих неорганических порошков присутствует большое количество ненасыщенных связей, которые обладают высокой поверхностной энергией и склонны к флокуляции в суспензии, что серьёзно влияет на стабильность керамической суспензии.
Для того чтобы изготовить керамическую мембрану с хорошими характеристиками путем нанесения керамики на мембрану, обычно необходимо добавить связующие, диспергаторы, смачиватели, загустители, выравниватели, пеногасителии т. д. в пульпу.

1) Смачивающий и диспергирующий агент

Снижает вязкость суспензии и увеличивает содержание твердого вещества; может способствовать равномерному распределению керамических частиц в среде с образованием стабильной суспензии.

2) Пеногаситель

Процесс диспергирования керамических частиц часто сопровождается образованием и стабилизацией пены. Поэтому перед нанесением покрытия необходимо удалить пену из керамической дисперсии, чтобы гарантировать отсутствие дефектов покрытия и предотвратить образование пор из-за внутренних пузырьков.

3) Смачиватель субстрата

Улучшает смачиваемость керамической суспензии на водной основе на гидрофобных подложках и выравнивание тонких покрытий, а также позволяет регулировать поверхностную энергию покрытия для улучшения смачиваемости электролитом. Это может увеличить скорость нанесения покрытия и оптимизировать его адгезию.

4) Загуститель

Он используется для повышения вязкости суспензии, изменения ее физических свойств, предотвращения провисания в процессе нанесения покрытия и стабилизации суспензии для улучшения ее характеристик хранения.