كيفية تحضير معجون الكاثود لبطارية الليثيوم ذو الأداء الجيد؟

المادة الفعالة

باعتبارها العنصر النشط الكهروكيميائي الرئيسي في الملاط الموجب، تحدد المادة الفعالة الخصائص الأساسية للبطارية مثل الجهد وكثافة الطاقة، وهي الروح الأساسية لنظام الملاط. خصائص مثل توزيع حجم الجسيمات، مساحة السطح المحددة، قيمة الرقم الهيدروجيني أو القيمة الأساسية المتبقية للمادة الفعالة يمكن أن تؤثر على استقرار الملاط.

توزيع حجم الجسيمات: يعد حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات للمادة الفعالة من العوامل المهمة في عملية الملاط. كلما كان حجم الجسيمات للمادة الفعالة أصغر، كلما كانت لزوجة الطور المستمر أكبر، وكلما كان التقسيم الطبقي للملاط الناتج عن الجاذبية أضعف، وكان استقرار نظام التعليق أفضل. ومع ذلك، عندما يتم تقليل حجم الجسيمات إلى حجم صغير معين، تصبح قوة الربط بين الجزيئات هي التأثير الرئيسي، وستحدث ظاهرة التكتل بين الجزيئات، وهو ما لا يفضي إلى استقرار النظام. لذلك، في تشتت الملاط، لا يكون حجم الجسيمات أدق كلما كان ذلك أفضل، ولكن يتم توزيعه في نطاق حجم ضيق، لتحقيق التوازن المتبادل بين الشفط والتنافر، وذلك لضمان استقرار نظام الملاط.

مساحة السطح المحددة: هي عامل مهم يؤثر على أداء الخلية، فكلما زادت مساحة السطح المحددة، كان الأداء الكهروكيميائي للخلية أفضل، وهو ما ينعكس بشكل مباشر في انخفاض المقاومة الداخلية للبطارية، وكلما كان تشغيل السعة أسهل، كان أداء الدورة ومعدل الأداء أفضل. ومع ذلك، مساحة سطح محددة كبيرة جدًا تعزز التصاق العينة في الملاط، وهو ما لا يفضي إلى تشتت الجزيئات.

قيمة الرقم الهيدروجيني أو القيمة الأساسية المتبقية: قيمة الرقم الهيدروجيني نفسها لا تؤثر على استقرار الملاط، ولكن البيئة القلوية لها تأثير أكبر على الرابط، مما سيؤدي إلى تغييرات في بنية الرابط نفسه. على وجه الخصوص، بسبب ملح الليثيوم الزائد في عملية التصنيع، يتم تكليس ملح الليثيوم الزائد عند درجة حرارة عالية لإنتاج أكسيد الليثيوم (Li)، الذي يتفاعل مع الماء (H2O) وثاني أكسيد الكربون (CO2) في الهواء لإنتاج هيدروكسيد الليثيوم (LiOH) وكربونات الليثيوم (Li2CO3)، الذي يبقى على سطح المادة، مما يجعل قيمة الرقم الهيدروجيني للمادة تصبح أعلى.

وكيل ملزمة

تتمثل الوظيفة الرئيسية للموثق في الملاط في ربط المادة الفعالة والعامل الموصل ومجمع السوائل، وتعزيز الاتصال الإلكتروني بين المادة النشطة للقطب الكهربائي والعامل الموصل ومجمع السوائل، وتوفير دعم مستقر لنظام الملاط. يستخدم فلوريد البولي فينيلدين (PVDF) الآن على نطاق واسع في صناعة بطاريات الليثيوم كمواد رابطة، لأن PVDF يتمتع بأداء معالجة جيد، وثبات حراري (درجة حرارة الاستخدام طويلة الأمد - -40 ~ 150 درجة)، كما أن ملاءمة واستقرار المنحل بالكهرباء قوي جدًا أيضًا. بعد الذوبان في NMP، يتم لف المادة الرابطة حول المادة الفعالة عن طريق التحريك الميكانيكي، ويتم ربطها بقوة الرابطة الهيدروجينية وقوة فان دير فالس، وما إلى ذلك. العوامل الرئيسية التي تؤثر على قوة الرابطة الرابطة هي القطبية بين الجزيئات، والوزن الجزيئي، ومحتوى المذيبات، وما إلى ذلك.

وكيل موصل

تتمثل الوظيفة الرئيسية للعامل الموصل في الملاط الموجب في تقليل المقاومة الداخلية للبطارية وزيادة قدرة التطاير. بشكل عام، يتم اختيار الحبر الموصل وملاط CNT كعامل موصل رئيسي. نظرًا لأن حجم الجسيمات منخفض (من السهل تشكيل مجموعات من 1 إلى 5 مم)، فإن مساحة السطح المحددة كبيرة (حوالي 60 م 2 / جم)، ومن الصعب التفريق بالتساوي في الملاط، وبالتالي فإن متطلبات عملية الخلط مرتفعة.

مشتت

الدور الرئيسي للمشتت في الملاط الإيجابي هو إذابة الرابط، وتوفير حامل جيد للمادة الفعالة لتنتشر بشكل أكثر توازناً، في مرحلة الطلاء يتطلب المشتت أن يكون لديه قابلية جيدة للبلل وسيولة الركيزة المعدنية، وأن يكون لديه أداء جيد للتطاير عند الخبز. بالمقارنة مع المشتتات الأخرى مثل H2O، NMP، DMAC (ثنائي ميثيل أسيتاميد)، DMF (ثنائي ميثيل فورماميد)، وما إلى ذلك، نظرًا لأن NMP يتمتع بمزايا الذوبان العالي، واللزوجة المنخفضة، والتقلب المنخفض، والاستقرار الجيد، والاسترداد السهل، وما إلى ذلك، تستخدم الصناعة عمومًا نظام NMP-PVDF. عندما تكون نسبة NMP كبيرة، تكون لزوجة الملاط صغيرة، ويكون من السهل ترسيب المسحوق، ولا يتم التحكم في كثافة السطح بشكل جيد أثناء الطلاء. على العكس من ذلك، فإن نسبة NMP صغيرة، ولزوجة الملاط كبيرة، والمسحوق غير مشتت، وسيولة الملاط منخفضة. لذلك، لا يتم التحكم بشكل صارم في كمية NMP المضافة، والشيء الأكثر أهمية هو التأكد من إمكانية تغطيتها بالتساوي.

الترطيب

الماء كشوائب في الملاط الزيتي، بشكل رئيسي عن طريق المواد الخام الموجودة في الملاط أو الخلط فيه، فإن الزيادة في محتواه ستؤثر على لزوجة الملاط، وتدمر توحيد المذيب، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات موجبة، وستظهر أيضًا ظاهرة التقشير بعد التجفيف الموضوعة على العمود، لذلك سواء كانت المواد الخام أو الخلط بحاجة إلى التحكم في إدخال الماء.