Compararea procesului de amestecare pas cu pas și a procesului de amestecare o singură dată

În ceea ce privește metoda de preparare a dejecțiilor lichide ale bateriilor cu litiu, cercetătorii au încercat diferite procese de amvon. Testele au dovedit că procesul de pulpare de hrănire pas cu pas este cu mult superior procesului de pulpare o singură dată. Această lucrare face o comparație detaliată între procesul de pastă în două etape și procesul de celuloză o singură dată. Cele două procese de pastă sunt prezentate în figura 1. (a) este procesul de amețire o singură dată; (b) este procesul de ameșare pas cu pas.

Figura 1. Două procese diferite de amestecare

Procesul de amestecare o singură dată este de a amesteca liant și NMP și se amestecă timp de o jumătate de oră, și apoi se adaugă materialul activ și negru de carbon conductiv în solvent la un moment dat pentru amestecare. Caracteristica amestecului în mai multe etape este ca cantitatea de solvent să fie adăugată în loturi. Procesul de amestecare o singură dată și procesul de amestecare în mai multe pași nu numai că au un impact mare asupra proprietăților dejecțiilor lichide, ar fi vâscozitatea, modulul vâscoelastic dinamic și caracteristicile de flux stabile, dar afectează, de asemenea, impedanța, performanța ciclului și performanța vitezei bateriei.

1. Relația dintre vâscozitatea dejecțiilor lichide, rata de forfecare și fluiditatea

Figura 2 prezintă curba relației dintre vâscozitate și rata de forfecare. Se poate observa că, indiferent dacă metoda cu un pas sau pas cu pas este adoptată, vâscozitatea dejecțiilor lichide scade pe măsură ce crește rata de forfecare (subțierea forfecare). Vâscozitatea dejecțiilor lichide sub forfecare joasă este o măsură a comportamentului de sedimentare a particulelor solide, iar vâscozitatea sub forfecare ridicată este o măsură a procesabilității dejecțiilor lichide. Sub forfecare scăzută, vâscozitatea mai mare a celor două slurries este mai bună, deoarece particulele solide nu s-au stabilit în mod semnificativ. Sub forfecare ridicată, vâscozitatea scăzută a dejecțiilor lichide este, de asemenea, o caracteristică bună, deoarece înseamnă că dejecțiile lichide sunt amestecate uniform.

Desigur, chiar dacă cele două procese de preparare au subțierea forfecare, metoda de amestecare în mai multe etape este încă mai bună decât metoda de sinteză într-un singur pas. Vâscoelasticitatea celor două tipuri de modificări ale dejecțiilor lichide cu frecvență unghiulară este prezentată în figura 3.

Figura 3. Relația dintre rata unghiulară și modulul de stocare și modulul de pierdere

Din figură, putem vedea că vâscoelasticitatea dejecțiilor lichide preparate prin metoda într-un singur pas nu este legată de frecvența unghiulară, în timp ce modulul vâscoelastic al dejecțiilor lichide preparate prin metoda multi-pas este legată de frecvența unghiulară. În al doilea rând, în figură, G'is modulul de stocare și G'is modulul de pierdere. Se poate observa că modul de stocare în metoda într-un singur pas este întotdeauna mai mare decât modulul de pierdere, în timp ce dejecțiile lichide multi-pas este exact opusul. Se poate observa că dejecțiile lichide preparate prin metoda într-un singur pas sunt în principal într-o stare de gel, iar particulele se aglomerează împreună pentru a forma o structură de rețea umplută cu volum. Grupurile de particule nu sunt distruse sau sparte și sunt întotdeauna amestecate la o rată scăzută de forfecare, iar efectul de amestecare nu este atins. Dejecțiile lichide pregătite prin metoda multi-pas este, în esență, un sol cu vâscozitate scăzută, unitățile de particule sunt dispersate uniform, iar structura rețelei este complet distrusă și dispersată. Dejecțiile lichide în trepte sunt într-o stare bună de dispersie și prezintă o histereză bună a fluxului, care poate fi reprezentată de curba fluxului de histereză (fluiditate) indicată în grafic. Figura 4 prezintă relația dintre rata de forfecare și forța de forfecare atunci când rata de forfecare crește mai întâi și apoi scade. Se poate observa că dejecțiile lichide în mai multe etape are o buclă de histerezis.

Figura 4. Viteza de forfecare și forța de forfecare

Comparativ cu procesul de amestecare într-un singur pas, în procesul de amestecare în mai multe etape, structura ireversibilă a rețelei grupurilor de particule este ruptă mai frecvent. Acest lucru se datorează faptului că solventul NMP este adăugat în mai multe ori, iar solventul este mai puțin în starea inițială, iar particulele sunt mai susceptibile de a fi rupte sub rată mare de forfecare. Deoarece amestecarea într-un singur pas este de a turna solventul la un moment dat, vâscozitatea generală este redusă rapid, iar frecarea dintre particule este foarte mică, astfel încât o stare bună de dispersie nu poate fi obținută.

2. Influența a două procese diferite de amestecare pe piesa pol

Slurries pregătite de cele două procese sunt pregătite în electrozi, iar începutul diferenței poate fi văzut din imaginile transversale ale celor două piese de pol, așa se arată în figura 5.

Figura 5. Analiza SEM și EDS a piesei de pol

(a) Secțiune transversală cu un singur pas (e) secțiune transversală în mai multe etape, se poate observa că, după ce dejecția în mai multe etape pregătește piesa de pol, contactul cu particulele este mai aproape și starea mixtă este mai bună.

Figurile (b) și (f) sunt diagramele de cartografiere a elementelor EDS Co ale pieselor de pol ale celor două tipuri de procese de celuloză. Elementul Co este derivat din oxid de cobalt de litiu, care poate verifica efectul mai bun de amestecare și dispersie al metodei în mai multe etape.

Figurile (c) și (g) sunt cartografierea elementului C al piesei pol a celor două tipuri de proces de dimensionare. Elementul C provine în principal din PVDF și negru de carbon conductiv;

Figurile (d) și (h) sunt cartografierea elementului fluor în piesa pol a celor două tipuri de proces de dimensionare. Elementul F provine din PVDF

Rezultatele mai multor seturi de fotografii dovedesc, de asemenea, că agentul conductiv și materialul activ din dejecțiile lichide într-un singur pas au o mulțime de aglomerați și nu sunt dispersați uniform.

În al treilea rând, efectul procesului de amestecare asupra performanței bateriei

1. Performanța ciclului

Performanța ciclului bateriei pregătite de cele două slurries este prezentată în figura 6. După 70 de cicluri, capacitatea procesului de amestecare într-un singur pas și în fiecare etapă este de 60% și, respectiv, 70% din capacitatea inițială. Capacitatea se descompune mai repede. Motivul poate fi cauzat de schimbarea rezistenței interne a bateriei în metoda cu un singur pas.

Figura 6. Compararea performanței ciclului bateriei

2. Rezistența internă a bateriei se schimbă cu DOD

Experimentul utilizează HPPC pentru a testa rezistența internă a bateriei, iar rezultatul este prezentat în figura 7. Se pot trage următoarele concluzii: a. Rezistența internă a bateriei în timpul descărcării este mai mare decât rezistența internă a încărcării. Acest lucru se datorează faptului că rata de inserție a ionilor de litiu în zăbrelele solide este mai lentă decât rata de extracție a ionilor de litiu. B. Rezistența internă a bateriei utilizând metoda în mai multe etape și procesul de dejecții lichide este mai mică decât cea a metodei într-un singur pas în fiecare etapă și în fiecare condiție DOD. C. Rezistența internă a bateriei și adâncimea de descărcare (D0D) sunt strâns legate. Pe măsură ce adâncimea de descărcare crește, spațiul pentru ionii de litiu care urmează să fie încorporat devine din ce în ce mai puțin, ceea ce face ca impedanța bateriei să crească în consecință.

Figura 7. Relația dintre încărcarea și descărcarea celor două baterii și rezistența internă

3. Influența a două procese de amestecare asupra performanței vitezei bateriei

Pentru a compara rezistența internă a celor două baterii de piese, bateriile corespunzătoare sunt descărcate la rate diferite. Curba de descărcare este prezentată în figura 8.

Figura 8. Compararea performanței vitezei bateriei și polarizării

Printre ele, a este o baterie cu un pas, iar b este o baterie în mai multe pași. Ambele baterii sunt încărcate cu curent constant la 0.2C. Figura a arată că, pe măsură ce curentul de descărcare crește, polarizarea bateriei continuă să crească. Spre deosebire de curba de descărcare a bateriei în mai mulți pași, deși polarizarea bateriei crește, de asemenea, într-o anumită măsură, polarizarea este relativ mică în comparație cu figura a. Motivul acestui fenomen trebuie să fie urmărite înapoi la procesul de pregătire a dejecțiilor lichide. După s-a menționat anterior, procesul de amestecare în mai multe etape poate asigura dispersia uniformă a agentului conductiv și a substanței active, formând o rețea conductoare stabilă și uniformă. Ca urmare, rezistența la contact dintre materialul activ și agentul conductiv este redusă foarte mult pentru a asigura performanța excelentă a ciclului bateriei.

Concluzie:

Chiar dacă conținutul solid final al celor două procese diferite de amestecare este același, proprietățile reologice ale dejecțiilor lichide sunt încă diferite. Produsul procesului de amestecare într-un singur pas este asemănător gelului, iar unitățile de pulbere sunt conectate în interiorul structurii de rețea umplute cu volum, astfel încât vor exista proprietăți solide și însoțite de vâscozitate mai mare. Produsul preparat prin procesul de amestecare în mai multe etape este un sol cu vâscozitate scăzută, iar unitățile de particule sunt dispersate între ele. Acest lucru se datorează faptului că, în etapa inițială, amestecul are un conținut mai mic de solvent, particulele sunt în contact strâns, iar probabilitatea de coliziune este mult mai mare decât metoda de dejecții lichide într-un singur pas. Prin urmare, conținutul mai mic de lichid ajută la ruperea și dispersarea aglomeraților de particule. Dispersia uniformă a materialului activ al agentului conductiv arată că bateria are o polarizare mai mică și o performanță mai bună a ciclului și performanță a ratei.