Mecanismo de dispersión del dispersante de lodo de batería de litio - Tecnología Taipu

Las láminas de electrodos de las baterías de iones de litio se fabrican recubriendo la lechada de electrodos sobre láminas metálicas. La lechada de electrodos consta de los siguientes materiales dispersos en disolventes orgánicos: Material activo: Huésped de intercalación/desintercalación de iones de litio. Aditivos conductores: Facilitan la conducción electrónica. Aglutinante: Se utiliza para unir el material activo y los aditivos conductores. Para baterías de alta capacidad, es necesario reducir la proporción ...

Mecanismo de dispersión del dispersante de lodo de batería de litio

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Las láminas de electrodos de las baterías de iones de litio se fabrican recubriendo la lechada de electrodos sobre láminas metálicas. La lechada de electrodos consta de los siguientes materiales dispersos en disolventes orgánicos:

Material activo: Host de intercalación/desintercalación de iones de litio.
Aditivos conductores: Facilitan la conducción electrónica.
Aglutinante: Se utiliza para unir el material activo y los aditivos conductores.

En el caso de las baterías de alta capacidad, es necesario reducir la proporción de aditivos conductores y aglutinantes al tiempo que se aumenta la proporción de material activo. Sin embargo, por otro lado, es importante garantizar una conductividad electrónica suficiente para reducir la resistencia interna de la batería y mantener la estabilidad mecánica del electrodo. Por lo tanto, se requiere una cantidad adecuada de aditivos conductores y aglutinantes. Esta compensación hace que sea crucial optimizar la relación entre el material activo y los aditivos conductores.

La dispersabilidad de los materiales activos y los aditivos conductores en los lodos de electrodos también es crucial. La dispersión adecuada de los materiales activos garantiza un mayor contacto entre el electrolito y la superficie de cada partícula, lo que mejora las reacciones iónicas y contribuye a mejorar la capacidad de la batería. El grado de dispersión de los aditivos conductores también es crítico. Si la lechada del electrodo está mal mezclada, los aditivos conductores no pueden dispersarse adecuadamente. Por el contrario, si la mezcla es demasiado fuerte, las vías de electrones formadas se interrumpirán.

Las posibles estructuras internas de los lodos de electrodos se pueden ilustrar de la siguiente manera:

(1) Tanto los aditivos conductores como las partículas activas no se dispersan adecuadamente.

(2) Los aditivos conductores y las partículas activas están bien dispersos pero exhiben fuerzas de interacción débiles, lo que resulta en su separación entre sí.

(3) Los aditivos conductores y las partículas activas se dispersan completamente, formando una estructura en la que los aditivos conductores encapsulan las partículas activas y se unen entre sí para crear una red. Esta es la estructura de lechada ideal.

(4) Cuando hay una cantidad excesiva de aditivos conductores, puede ocurrir una agregación parcial y la formación de una red parcial en la estructura de la suspensión.

Si se mantiene la estructura ideal de la suspensión durante el proceso de fabricación del electrodo, en última instancia puede conducir a la formación de una estructura de electrodo ideal, lo que da como resultado una vía de conducción de electrones bien establecida. Esto se ilustra en el siguiente diagrama.

La dispersión de lodos se puede lograr mediante métodos mecánicos, como la dispersión por cizallamiento a alta velocidad, o métodos químicos que involucran dispersantes. El profesor Tong Zhao, de la Universidad Tecnológica de Xi'an, ha realizado investigaciones sobre los mecanismos de varios dispersantes comunes. En primer lugar, se determinó la dosis óptima de tres dispersantes típicos, a saber, éter de polietilenglicol octilfenilo (Triton X-100, T-100), polivinilpirrolidona (PVP) y carboximetilcelulosa (CMC). Posteriormente, se dilucidaron los mecanismos de dispersión de los dispersantes T-100, PVP y CMC en lodos de baterías de iones de litio LiCoO2.

Las dosis óptimas para los tres dispersantes típicos, T-100, PVP y CMC, son a% = 0,5%, b% = 0,5% y c% = 1,5%, respectivamente. La adición de las cantidades óptimas de dispersantes a la suspensión de la batería de iones de litio permite una mejor dispersión de la suspensión de suspensión de suspensión multicomponente y facilita la formación de una estructura interna superior en comparación con las suspensiones con diferentes relaciones de masa.

El dispersante T-100 tiene poco impacto en la dispersión de las partículas de LiCoO2. El dispersante no iónico T-100 actúa a través de un mecanismo de dispersión de obstáculo estérico en la superficie de las partículas de negro de humo, evitando eficazmente su agregación secundaria. Al mismo tiempo, la bicapa PVDF-CB tiende a formarse alrededor de las partículas de LiCoO2, lo que facilita la formación de una estructura en la que el aditivo conductor encapsula las partículas de LiCoO2 dentro de la suspensión, como se muestra en el diagrama superior.

El CMC actúa sobre la superficie de las partículas de aditivos conductores y las partículas de LiCoO2 en la suspensión a través del mecanismo de repulsión electrostática, evitando eficazmente la agregación secundaria entre partículas. Forma una estructura donde los aditivos conductores encapsulan las partículas de LiCoO2 dentro de la suspensión. En resumen, el dispersante iónico CMC puede crear una vía conductora, una estructura de red de LiCoO2 encapsulado en CB y CB y PVDF bien dispersos en lodos de LiB. Por lo tanto, CMC es la opción óptima para establecer una arquitectura interna bien estructurada en los lodos de baterías de iones de litio para mejorar el rendimiento de la batería, como se muestra en el diagrama inferior.

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