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之前讨论过锂离子电池的匀浆工艺技术,发现处处会有NMP(全称:N-Methyl-2-Pyrrolidone)溶剂的身影。这是肯定的,因为“小透明”NMP溶剂,就是制备锂离子电池原材料中的一员。今天,我们继续来讨论锂离子电池的匀浆工艺,以及它的浆料性能。
锂离子电池浆料的性能:分散性+稳定性
锂离子电池的分散性由浆料的固量、粘度和粒度分布来判断的;
而稳定性则是由浆料固量(浆料中的固体物质与浆料的质量比)的24小时变化和浆料粘度的24小时变化来判断的。
锂离子电池浆料的分散,主要是研究固体→液体分散体系,既是固体颗粒分散相在液体NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)或去离子水连续相中的分散。
固体颗粒分散相在NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)溶液或去离子水连续相中的分散,要遵循两个原则:
湿法浸润原则(相近极性原则):颗粒必须被液体介质浸湿,从而能更好地浸入到液体相。
表面夺取原则:总的表面夺取颗粒必须是占大量的颗粒,可以充分地相互隔离,如此一来,便可阻止颗粒的直接接触和相互支持。
固体颗粒在液相(均匀的溶液也是一个相)中的分散就是使固体颗粒在液相中均匀分离散开,并形成稳定悬浮液的过程。
这个过程包括3个步骤:
1.固体颗粒在液相中的浸润;
2.固体颗粒团聚体在机械力作用下的分离和分散;
3.使分散开的颗粒稳定,防止再次团聚。
影响混合分散过程的主要参数:
1、搅拌速度对分散速度的影响。一般说来搅拌速度越高,分散速度越快,但对材料自身结构和对设备的损伤就越大。
2、浓度对分散速度和粘接强度的影响。
通常情况下浆料浓度越小,分散速度越快,但太稀又会导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。
浓度越大,揉制强度越大,粘接强度越大;浓度越低,粘接强度越小。
3、真空度对分散速度的影响。
高真空度有利于材料缝隙和表面的气体排出,降低液体吸附难度;
材料在完全失重或重力减小的情况下,分散均匀的难度将大大降低。
4、温度对分散速度的影响。
适宜的温度下,浆料流动性好、易分散。
太热浆料容易结皮,太冷浆料的流动性将大打折扣。
稳定
分散稳定是指将原生粒子或较小的团聚体在静电斥力、空间位阻斥力作用下来屏蔽范德华引力(VanderWaals,一种电性引力),使颗粒不再聚集的过程。
锂离子电池浆料都是属于悬浮液体系。
悬浮液在静止状态下随着时间的延长发生絮凝,并由于重力作用而很快分层。
分散的目的,就是要在产品的有效期内抗絮凝、防止分层,维持悬浮颗粒的均匀分布,提高产品的稳定性。
絮凝作用即是在静态(由于布朗运动)或动态(在剪切力作用下)条件下,通过颗粒碰撞引起颗粒数目减少的过程。
胶体系统中,如不考虑稳定剂,颗粒间的相互作用主要有范德华引力;
伴随着带电颗粒的库仑(Coulombic)力(斥力或引力)。
这些力的起因截然不同。
Derjaguin和Landau在苏联,Verwey和Overbeek在荷兰分别独立地提出DLVO理论,构成了亲液分散体系中絮凝作用经典理论的基础。
这其中阐述了胶体悬浮体系的稳定性,主要与胶体颗粒间的范德华引力、库伦力的相对距离有关。
在本文中,我们不仅介绍了锂离子电池浆料在NMP溶液中分散要遵循的两个原则,还介绍了影响混合分散过程的几个重要参数;以及对分散稳定进行了介绍。还想了解什么,欢迎继续来讨论。