Giải thích chi tiết về sự thay đổi trạng thái của hạt vật liệu trong quá trình điều chế bùn điện cực

Độ dày của miếng cực của pin lithium thường khoảng 40-200μm và độ dày của miếng cực thay đổi tùy theo loại pin (năng lượng cao, công suất lớn, v.v.). Nếu bạn muốn pin lithium có hiệu suất điện hóa tốt, miếng cực phải có cùng độ dày ở mặt trước, giữa và mặt sau và có bề mặt nhẵn không có khuyết tật. Trong điều kiện loại trừ quá trình phủ, thì việc chuẩn bị bùn là thủ tục quan trọng để xác định chất lượng của nó. Độ nhớt của bùn pin lithium tốt là ổn định và không dễ thay đổi, kích thước hạt nhỏ, không có hạt rõ ràng sau khi phủ và sấy khô, và không có tạp chất lạ như bong bóng. Sau đó, trong quá trình chuẩn bị bùn, có hai khía cạnh chính cần được chú ý: một là phân tán đều các nguyên liệu ban đầu; hai là để ngăn chặn sự kết tụ thứ cấp gây ra bởi sự tương tác giữa các nguyên liệu thô. Vì vậy, mục đích của quá trình trộn là để phân tán và trộn đều các nguyên liệu ban đầu, đồng thời ngăn các hạt tái hợp với nhau.

Các miếng cực pin Lithium được chia thành miếng cực dương và miếng cực âm. Các vật liệu hoạt động, chất dẫn điện, chất kết dính và dung môi được sử dụng trong hai cực thay đổi tùy theo hệ thống pin. Để trộn một hệ thống nhiều pha phức tạp như vậy thành một hỗn hợp huyền phù đồng nhất đòi hỏi nhiều kinh nghiệm thực tế và cơ sở lý thuyết. Vật liệu có kích thước hạt càng nhỏ, hình dạng càng lạ thì càng khó phân tán, đặc biệt là chất dẫn điện có màu đen cacbon thường kết tụ thành những mảng lớn trong quá trình khuấy trộn, không những không có vai trò dẫn điện tốt. mà còn ảnh hưởng đến năng lượng riêng của pin. Muội than không chỉ có thể được sử dụng trong pin lithium mà còn trong nhựa, polyme và các ngành công nghiệp khác, vì vậy có rất nhiều nghiên cứu về sự phân tán của muội than. Theo báo cáo nghiên cứu hiện tại, có một số cách để phân tán chất kết tụ:

Sự phân tán đầu tiên ở bên trái (xói mòn) xảy ra dưới tác dụng của lực cơ học tương đối yếu. Lúc này, vật liệu chảy ra cùng với lực cơ học tạo thành các hạt kết tụ có kích thước khác nhau. Trong quá trình này, các mảnh vật liệu nhỏ dần bị bong ra khỏi các tập hợp lớn, tạo thành các hạt thứ cấp. Khi lực cơ học bên ngoài vượt quá một giá trị tới hạn nhất định, sự vỡ của các hạt sẽ xảy ra đột ngột, như thể hiện ở giữa hình trên. Nếu cơ năng đạt đến một mức nhất định và kéo dài thời gian, các hạt sẽ tiếp tục vỡ ra, nhưng khả năng xảy ra hiện tượng này là thấp.

Trong quá trình chuẩn bị bùn pin lithium, dạng tiếp xúc giữa các vật liệu có thể có ba trạng thái như trong hình trên. Thứ nhất, cấu trúc của muội than không dễ thay đổi và sự phân bố của nó tương đối đồng đều, tồn tại dưới dạng cấu trúc1. Khi quá trình khuấy cơ học diễn ra, quá trình khử trùng và phân tán của chất dẫn điện sẽ xảy ra đồng thời, và cuối cùng chất dẫn điện được phủ hoàn toàn trên bề mặt của chất sống.

Nó là một quá trình rất quan trọng để từ sự tồn tại của các hạt nguyên liệu thô trở thành một chất hỗn hợp đồng nhất. Toàn bộ quá trình có thể được chia thành trạng thái bột rắn (I), trạng thái ướt hỗn hợp (II) và cuối cùng hình thành trạng thái lơ lửng (III). Quá trình kiểm soát được hiển thị trong hình dưới đây.

Đặc điểm, thuận lợi và khó khăn của từng giai đoạn trong quy trình này được thể hiện trong bảng sau:

Trong giai đoạn trộn khô, năng lượng đầu vào của thiết bị, lực cơ học và kích thước hạt của vật liệu sống đều ảnh hưởng đến sự phân tán của chất dẫn điện. Ngoài ra, sự kết tụ của vật liệu bị ảnh hưởng rất nhiều bởi độ ẩm không khí.

Trạng thái làm ướt bắt đầu khi dung môi được thêm vào bột rắn lần đầu tiên. Mức độ thấm ướt phụ thuộc vào mức độ bão hòa của bột với chất lỏng và trạng thái kết dính và ứng suất. Trong quá trình này, sự phân tán và kết tụ liên tục diễn ra, đồng thời làm thay đổi trạng thái trộn của hỗn hợp. Khi đạt đến điểm gel hoặc trạng thái bão hòa hoàn toàn, không còn lực lớn đưa vào và lực tương tác giữa các hạt cũng giảm, khi đó có thể pha loãng để giảm thành hàm lượng rắn mong muốn. Trong giai đoạn pha loãng huyền phù, cơ học chất lỏng và lực cắt của bùn có liên quan. Trong điều kiện dòng chất lỏng, lực cắt do máy trộn tác động lên các hạt sẽ thúc đẩy vật liệu ở trạng thái ổn định.

Các quá trình chế biến và kiểm soát khác nhau tác động các lực khác nhau lên vật liệu và nguyên liệu thô, điều này sẽ gây ra sự đồng nhất của các hạt. Đặc biệt đối với chất dẫn điện cacbon đen, cường độ ứng suất thay đổi có ảnh hưởng rất tốt đến độ dẫn điện tử, dung lượng pin và mật độ dòng điện của mảnh cực. Ảnh hưởng lớn, vì vậy việc tìm hiểu trạng thái của công đoạn trộn nguyên liệu trong quá trình pha chế bùn là rất cần thiết.