Năng lượng mới

Pin lithium đang phát triển nhanh chóng, và ứng dụng của chúng đã mở rộng từ điện thoại di động và máy tính xách tay đến xe điện, hệ thống lưu trữ năng lượng và các lĩnh vực khác. Pin lithium đã trở thành một phần không thể thiếu trong thế giới mạng di động hiện nay.

Những khó khăn về mặt kỹ thuật trong nghiên cứu và phát triển lithium-ion là:

1) Phân tán đồng đều các vật liệu điện cực và các hạt vật liệu dẫn điện; độ ổn định khi lưu trữ của bùn;
2) Các vấn đề về ướt trong quá trình phủ tốc độ cao và đồng đều các chất nền có năng lượng bề mặt thấp (như PE, PP);
3) Kiểm soát bọt trong quá trình sản xuất và thi công.

Trong quá trình sản xuất pin lithium, để kiểm soát các đặc tính giao diện và tạo ra lớp phủ bộ thu dòng điện hoàn hảo, việc phân tán hạt tốt là rất quan trọng đối với hiệu suất của pin. Trong bùn dẫn điện hoặc bùn điện cực, các chất phụ gia có thể cải thiện khả năng phân tán và độ ổn định của vật liệu carbon dẫn điện hoặc vật liệu hoạt tính, đồng thời phân tán đều các hạt hoạt tính trong vật liệu điện cực để ngăn chúng kết tụ trong quá trình chuẩn bị, từ đó đạt được quy trình sản xuất và chuẩn bị lớp phủ điện cực đồng đều hơn. Ví dụ, chất phân tán ướt để ổn định các hạt gốm và các sản phẩm phụ gia giúp cải thiện hơn nữa khả năng thấm ướt của chất nền.

1. Chất phân tán bùn điện cực dạng nước

Bùn pin lithium-ion chủ yếu có hai hệ thống: hệ thống nước và hệ thống dầu. Hệ thống bùn chính hiện nay là hệ thống bùn điện cực dương PVDF/NMP dầu, chiếm tới 90%, và 10% còn lại là chất kết dính tan trong nước; bùn điện cực âm là hệ thống nước graphite/CMC/SBR.
Bùn điện cực lý tưởng phải có đặc tính lưu biến tuyệt vời để có thể phủ đều và ổn định trên bề mặt bộ thu dòng điện, đồng thời đảm bảo các hạt rắn được phân tán đều và ổn định, không bị lắng đọng và kết tụ tự phát, đồng thời có thể tạo thành cấu trúc vi mô điện cực liên kết với nhau.
Do sự tồn tại của lực van der Waals hoặc lực hút tĩnh điện và trọng lực, các hạt trong bùn có khả năng kết tụ hoặc lắng đọng. Điều này ảnh hưởng lớn đến độ đồng đều phân tán của các thành phần bùn và độ ổn định chống lắng đọng tổng thể của bùn. Các liên kết hydro và lực tĩnh điện tương đối mạnh thường tồn tại trong bùn nước, tạo điều kiện thuận lợi cho sự kết tụ của các hạt.
Do đó, bùn gốc nước thường yêu cầu bổ sung chất làm ướt và phân tán, có thể ngăn chặn các hạt kết tụ lại thông qua lực đẩy tĩnh điện và/hoặc nguyên lý cản trở không gian, giúp chất dẫn điện và vật liệu hoạt động phân tán đều hơn, do đó đảm bảo tính ổn định lâu dài của bùn.

2. Phụ gia cho vữa phủ màng ngăn

Chìa khóa của lớp phủ màng ngăn là phát triển công thức bùn gốm.
Bùn gốm thường sử dụng bột vô cơ siêu mịn (như alumina và boehmite) để cải thiện tính an toàn và tính chất cơ học của pin. Tuy nhiên, bề mặt của các loại bột vô cơ này có một lượng lớn liên kết không bão hòa, có năng lượng bề mặt lớn và dễ bị kết bông trong bùn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ ổn định của bùn gốm.
Để chuẩn bị một màng ngăn phủ gốm có hiệu suất tốt bằng cách phủ gốm lên màng ngăn, nhìn chung cần phải thêm chất kết dính, chất phân tán, chất làm ướt, chất làm đặc, chất làm phẳng, chất chống tạo bọt, v.v. vào bùn.

1) Chất làm ướt và phân tán

Giảm độ nhớt của bùn và tăng hàm lượng chất rắn; có thể thúc đẩy sự phân tán đồng đều của các hạt gốm trong môi trường để tạo thành huyền phù ổn định.

2) Chất phá bọt

Quá trình phân tán của các hạt gốm thường đi kèm với sự hình thành và ổn định bọt. Do đó, cần phải khử bọt cho lớp phân tán gốm trước khi phủ để đảm bảo lớp phủ không bị lỗi và không hình thành lỗ kim do bọt khí bên trong.

3) Chất làm ướt nền

Cải thiện khả năng thấm ướt của vữa gốm gốc nước trên nền kỵ nước và làm phẳng lớp phủ mỏng, đồng thời có thể điều chỉnh năng lượng bề mặt của lớp phủ để cải thiện khả năng thấm ướt của chất điện phân. Nó có thể tăng tốc độ phủ và tối ưu hóa độ bám dính của lớp phủ.

4) Chất làm đặc

Được sử dụng để tăng độ nhớt của bùn, thay đổi tính chất vật lý của bùn, ngăn ngừa tình trạng chảy xệ trong quá trình phủ và ổn định bùn để cải thiện hiệu suất lưu trữ của bùn.