리튬-이온 배터리 전극 슬러리를 평가하는 방법은 무엇입니까?

리튬-이온 배터리 생산에서는 슬러리 준비가 첫 번째 공정입니다. 혼합 후 슬러리의 적합성은 후속 코팅 및 최종 배터리 성능에 직접적인 영향을 미치며 배터리 비용의 중요한 지표입니다. 따라서 슬러리 준비는 리튬{3}}이온 배터리 제조에서 핵심적인 역할을 합니다. 연구에 따르면 리튬{5}}이온 배터리 전극의 이상적인 미세 입자 분포는 뭉침 없이 활성 물질의 균일한 분산과 전도성 네트워크를 형성하는 전도성 물질 입자의 얇은-층 분산을 특징으로 합니다. 입자 분포가 균일한 전극으로 제작된 리튬{8}}이온 배터리는 전기화학적 성능이 뛰어나고 수명이 깁니다. 따라서 리튬{10}}이온 배터리 슬러리의 유동성, 안정성 및 균일성은 일반적으로 후속 코팅 공정에 대한 적합성과 배터리 활물질 성능에 대한 기여도를 평가하기 위해 테스트되고 특성화됩니다.

리튬-이온 배터리 생산에서는 슬러리 준비가 첫 번째 공정입니다. 혼합 후 슬러리의 적합성은 후속 코팅 및 최종 배터리 성능에 직접적인 영향을 미치며 배터리 비용의 중요한 지표입니다. 따라서 슬러리 준비는 리튬{3}}이온 배터리 제조에서 핵심적인 역할을 합니다. 연구에 따르면 리튬-이온 배터리 전극의 이상적인 미세 입자 분포는 응집 없이 활물질의 균일한 분산과 전도성 네트워크를 형성하는 전도성 물질 입자의 얇은-층 분산을 특징으로 하는 것으로 나타났습니다. 입자 분포가 균일한 전극으로 제작된 리튬{8}}이온 배터리는 전기화학적 성능이 뛰어나고 수명이 깁니다. 따라서 리튬{10}}이온 배터리 슬러리의 유동성, 안정성 및 균일성은 일반적으로 후속 코팅 공정에 대한 적합성과 배터리 활물질의 성능 향상 효과를 평가하기 위해 테스트되고 특성화됩니다.

전극 슬러리는 비뉴턴 유체이며 양극 슬러리와 음극 슬러리의 두 가지 유형이 있으며 유성-기반 시스템과 수성-기반 시스템으로 분류됩니다. 교반된 슬러리는 유동성, 안정성, 균일성이 좋아야 합니다. 유동성이 다른 슬러리의 상태가 그림에 나와 있습니다. 지나치게 낮거나 높은 점도, 침전, 응집 및 불균일한 분산은 후속 코팅 공정에 심각한 영향을 미쳐 전극의 거시적 외관에 결함이 생기고 미세 구조에 불일치가 발생할 수 있습니다. 전통적인 제지 및 코팅 산업의 슬러리 요구 사항과 달리 리튬 배터리 슬러리의 균일성과 안정성은 궁극적으로 배터리의 전기적 성능에 영향을 미쳐 전압 저하, 사이클 수명 감소, 배터리 일관성 저하 등 일련의 문제를 야기합니다. 따라서 처리 적합성을 결정하기 위해 코팅하기 전에 슬러리의 적절한 특성화 및 테스트가 중요합니다.

액체가 흐를 때 분자 사이에 내부 마찰이 발생합니다. 이 특성을 수치로 측정하여 점도라고 합니다.

점도=전단 응력 / 전단율

전단 속도와 전단 응력 사이의 함수적 관계를 유변학적 곡선이라고 하며 일반적으로 전단 특성에 따른 슬러리(유체) 점도의 변화를 설명하는 데 사용됩니다. 유변학적 곡선을 사용하여 유체 유형을 구별할 수 있습니다. 뉴턴 유체의 경우 유변학적 곡선에서 전단 응력과 전단 속도의 관계는 원점을 통과하는 직선입니다.

생산에서는디지털 회전 점도계레오미터는 일반적으로 점도와 유변학적 곡선을 측정하는 데 사용됩니다. 점도계는 작동이 간단한 반면, 레오미터는 더 넓은 범위와 더 포괄적인 점도-전단율/응력 곡선을 측정하고 더 정확한 결과를 제공할 수 있습니다. 비뉴턴 유체인 배터리 슬러리는 전단박화, 점탄성, 요변성을 비롯한 다양한 유변학적 특성을 나타냅니다.

대부분의 리튬-이온 전극 슬러리는 전단박화 특성을 나타냅니다. 그림에서 볼 수 있듯이 전단속도가 증가함에 따라 전단점도는 감소합니다. 이러한 특성은 고형분 함량이 높은 슬러리에서 더욱 두드러집니다. 더 높은 전단 속도에서 강한 전단력은 재료 사이에 형성된 네트워크 구조를 방해하여 입자가 전단 필드에 평행한 보다 질서 있는 구조로 재배열되도록 하여 점도가 감소하고 더 ​​높은 전단 속도에서 뉴턴 고원에 도달합니다.

이러한 비{0}}뉴턴 특성은 전극 제조의 코팅 공정에 유리합니다. 사용하기 전에전극 코팅 기계, 슬러리는 스크류 펌프에 의해 이송 탱크에서 코팅 챔버로 이송됩니다. 이 과정에서 슬러리는 낮은 전단력을 받으며 높은 점도 상태를 유지하여 안정성을 유지합니다. 슬러리가 코팅 헤드 립에서 순간적으로 배출되면 높은 전단 속도가 적용되며, 이 시점에서 슬러리 점도가 감소하여 원활한 흐름이 보장됩니다. 슬러리가 집전체로 이송된 후에는 전단율이 감소하여 고점도 상태를 유지하게 된다. 이는 슬러리가 정지되어 있거나 건조 공정 중에 입자 침전을 방지하거나 감소시켜 일관된 코팅 두께를 보장할 수 있습니다.

점탄성은 또한 슬러리 특성을 평가하기 위한 중요한 참조 표준입니다. 이는 슬러리의 점도(액체)와 탄성(고체) 사이의 관계를 보여줍니다. 간단히 말해서 슬러리가 액체인지 고체인지를 나타냅니다. 리튬 배터리 슬러리가 점성만 있고 탄력성이 부족하면 코팅 시 스트링 현상이 심해 코팅 성능이 저하됩니다. 따라서 리튬전지 슬러리는 점도 외에 일정 정도의 탄성을 갖추어야 코팅 시 끊어진 필라멘트가 빠르게 튀어올라 균일한 코팅이 가능해야 합니다. 슬러리의 탄성이 매우 높거나 점도가 전혀 없으면 응집이 심하거나 고체{4}}와 같은 구조를 나타내므로 코팅이 불가능합니다.

점탄성은 일반적으로 레오미터를 사용하여 측정됩니다. 진폭 스캐닝 및 주파수 스캐닝과 같은 작은-진폭 진동 전단력이 슬러리의 점탄성을 측정하기 위해 적용됩니다.

전단율은 0에서 일정한 값으로 지속적으로 증가하며, 이 과정에서 해당 전단 응력이 기록됩니다. 그런 다음 전단 속도는 점차적으로 0으로 감소하고 해당 전단 응력 값이 기록됩니다. 전단율 대 전단 응력의 폐곡선을 그릴 수 있습니다. 이 곡선을 요변성 법선 링이라고 합니다. 일반 링의 면적이 클수록 요변성 성능이 높아지며 그 반대도 마찬가지입니다.

점도는 리튬-이온 배터리 슬러리의 안정성을 평가하는 데 중요한 요소입니다. 지나치게 높은 점도와 낮은 점도 모두 코팅에 해롭습니다. 고-점도 슬러리는 침전이 덜하고 분산성이 우수하지만, 점도가 너무 높으면 레벨링이 불량해 코팅이 어려워지고 코팅 속도가 느려집니다. 점도를 적절하게 낮추면 코팅 효율이 향상됩니다. 점도가 낮으면 슬러리 유동성이 좋아지고 기포 제거에 도움이 되지만, 점도가 너무 낮으면 건조가 어려워지고, 코팅 속도가 느려지고, 코팅 불균일이 악화되며, 코팅 균열 및 슬러리 뭉침 현상이 발생할 수 있습니다.

생산 과정에서, 특히 슬러리가 일정 기간 동안 방치된 후에 점도는 주로 세 가지 방식으로 변합니다: 점도 증가, 점도 감소 및 특수한 경우.

(1) 점도 증가:장기간 방치하면 콜로이드가 졸 상태에서 겔 상태로 변해 슬러리 점도가 증가합니다. 슬러리를 천천히 저어주면 점도가 회복됩니다.

(2) 점도 감소:바인더가 수분을 흡수하여 질적 변화, 교반 중 구조적 변화 또는 분해를 겪으면 점도가 감소합니다. 장시간 교반, 지나치게 빠른 교반 속도, 균질화 중 슬러리의 불균일한 분산 등은 모두 점도 감소로 이어질 수 있습니다. 슬러리 안정제, 분산제 또는 계면활성제를 첨가하면 전하 반발력과 입체 장애의 원리를 통해 슬러리 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 모든 구성 요소는 균질화 전에 완전히 건조되어야 합니다.

(3) 특별한 경우:활성 물질은 보관 중에 수분을 흡수하거나 습도가 높은 환경에서 교반될 수 있으며, 이로 인해 PVDF가 수분을 흡수하여 '젤리-같은' 슬러리를 생성하게 됩니다. 슬러리가 특히 뚜렷한 젤리-와 같은 농도를 나타내는 경우 사용할 수 없습니다. 이 경우 문제가 되는 슬러리를 건조시킨 후 바인더와 NCM을 기화시켜 분리한 후 체로 걸러내고 분쇄하여 비례적으로 혼합하여 일반 슬러리로 만들 수 있다. 그런 다음 배터리 성능에 영향을 주지 않고 사용할 수 있습니다. 따라서 가장 효과적인 예방 방법은 균질화 전 물질을 철저히 건조시키고, 수분 함량을 측정하며, 균질화 시 습도를 엄격하게 관리하는 것입니다.

슬러리 전체 질량에서 활물질, 도전제, 결착제 등의 고형 물질이 차지하는 비율을 슬러리 고형분이라고 합니다. 일반적으로 고형분 함량은 40~70% 범위입니다. 고형분 함량을 테스트하는 주요 방법은 건조 방법입니다. 질량 M의 슬러리를 달아 일정한 온도에 놓아 용매를 건조시킨 후 다시 m 질량으로 칭량한다. 그런 다음 고형분 함량은 m=M/M으로 계산됩니다. 수분 측정기를 사용하면 슬러리의 고형분 함량을 빠르고 비교적 정확하게 측정할 수 있습니다. 수분 측정기는 열적 체중 감소 원리를 사용합니다. 시료를 할로겐 램프로 균일하게 가열하여 용매를 증발시키고 가열 전후의 질량 변화로 고형분 함량을 계산합니다.

동일한 균질화 공정 및 배합 하에서 슬러리의 고형분 함량이 높을수록 점도도 높아집니다. 마찬가지로 고형분 함량이 낮을수록 점도도 낮아집니다. 정의된 고형분 범위 내에서 값이 높을수록 슬러리 안정성이 높다는 것을 나타냅니다. 고형분 함량을 높이면 용제 사용량을 줄이고 슬러리 혼합 시간을 단축하며 코팅 및 건조 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 고형분 함량이 증가하면 점도가 증가하고 유동성이 감소하여 코팅 난이도가 증가하고 장비 마모가 더욱 심해집니다.

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