إن استقرار وتشتت ملاط البطارية لهما تأثير مهم على خصائص الأقطاب الكهربائية ومنتجات البطاريات النهائية. فكيف يمكن وصف استقرار وتشتت ملاط البطارية؟
طريقة توصيف استقرار الطين البطارية
1. طريقة المحتوى الصلب
تعتبر طريقة اختبار المحتوى الصلب طريقة منخفضة التكلفة وسهلة الاختبار. مبدأها هو وضع الملاط في حاوية وأخذ عينات في نفس الموقع على فترات منتظمة لاختبار وتحليل المحتوى الصلب. من خلال الحكم على الفرق في المحتوى الصلب، يمكن الحكم على استقرار ملاط بطارية الليثيوم لمعرفة ما إذا كان هناك ترسيب وطبقية وظواهر أخرى.
2. طريقة اللزوجة
يمكن لطريقة اختبار اللزوجة أيضًا أن تعكس بشكل أساسي ثبات الملاط. مبدأها هو وضع الملاط في حاوية واختبار اللزوجة على فترات منتظمة. يمكن الحكم على استقرار الملاط من خلال التغير في اللزوجة.
3. محلل الاستقرار
يمكن استخدام محلل الاستقرار التحدث مع البيانات. على سبيل المثال، سونغ وآخرون. استخدم محلل الاستقرار لمراقبة تغيرات نفاذية الضوء لملاط الأس الهيدروجيني المختلفة باستخدام PAA كمواد رابطة خلال 12 ساعة. كانت نفاذية الضوء الأولية وقيم التغيير لمدة 12-ساعة للملاط المحايد أصغر. نظرًا لأن مواد أسود الكربون لديها امتصاص للضوء، فإن نفاذية الضوء المنخفضة تشير إلى تشتت أفضل لجزيئات أسود الكربون، كما أن التكتلات الدقيقة الأصغر لها مساحات سطحية محددة أكبر، وبالتالي تحسين كفاءة امتصاص الضوء. في الوقت نفسه، يشير التغيير الطفيف في نفاذية الضوء للملاط خلال 12 ساعة إلى أن الملاط يتمتع باستقرار تشتت جيد أثناء العملية الثابتة، كما هو موضح في الشكل أدناه.
4. توصيف إمكانات زيتا
تشير إمكانات زيتا إلى إمكانات مستوى القص، والمعروفة أيضًا باسم الإمكانات الحركية الكهربائية أو القوة الدافعة الكهربائية، وهي مؤشر مهم لتوصيف استقرار المشتتات الغروية. كلما كانت الجزيئات أو الجزيئات المشتتة أصغر، زادت القيمة المطلقة لجهد زيتا (إيجابية أو سلبية)، وأصبح النظام أكثر استقرارًا، أي أن الذوبان أو التشتت يمكن أن يقاوم التجميع. على العكس من ذلك، كلما انخفضت إمكانات زيتا (إيجابية أو سلبية)، كلما زادت ميلها إلى التخثر أو التجميع، أي أن الجذب يتجاوز التنافر، ويتم تدمير التشتت ويحدث التخثر أو التجميع.
طريقة توصيف تشتت الطين البطارية
1. صفاء
تعد النعومة مؤشرًا مهمًا لأداء ملاط البطارية، والذي يمكن أن يعكس معلومات مثل حجم جسيمات الملاط والتشتت. يمكن استخدام قيمة النعومة لفهم ما إذا كانت الجزيئات الموجودة في الملاط مشتتة وما إذا كانت التكتلات متفككة.
2. مقاومة الغشاء
ملاط بطارية الليثيوم عبارة عن نظام مختلط من مادة صلبة وسائلة يتم تشكيله عن طريق تشتيت المواد النشطة للقطب الكهربائي والعوامل الموصلة في محلول رابط. وفقا لمبدأ اختبار مقاومة الغشاء ذو الأربعة مسبار، يتم اختبار مقاومة غشاء الملاط. يمكن تحليل حالة توزيع العامل الموصل في الملاط كميًا من خلال المقاومة للحكم على تأثير تشتت الملاط. عملية الاختبار المحددة هي: استخدام أداة تطبيق الفيلم لتغليف الملاط بالتساوي على الفيلم العازل، ثم تسخينه وتجفيفه، وقياس سمك الطلاء بعد التجفيف، وقطع العينة، ويلبي الحجم المتطلبات اللانهائية. وأخيراً، استخدم أربعة مجسات لقياس مقاومة غشاء القطب وحساب المقاومة على أساس السُمك.
3. المجهر الإلكتروني الماسح/تحليل طيف الطاقة/المجهر الإلكتروني بالتبريد
يمكن استخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لمراقبة شكل ملاط البطارية بشكل مباشر، والتعاون مع تحليل طيف الطاقة (EDS) لتحليل تشتت كل مكون. ومع ذلك، عند تحضير العينات، قد يؤدي تجفيف الملاط أثناء هذه العملية إلى إعادة توزيع مكوناته الخاصة. يمكن أن يحافظ المجهر الإلكتروني المبرد (Cryo-SEM) على حالة التوزيع الأصلية لمكونات الملاط، لذلك بدأ استخدامه مؤخرًا في تحليل خصائص الملاط.
4. التصوير المقطعي الكهربائي
يمكن للتصوير المقطعي الكهربائي أن يلاحظ بشكل مباشر حالة تشتت الجزيئات في القطب. كما هو موضح في الشكل التالي، هناك المزيد من الجزيئات الكبيرة المتجمعة في القطب في الشكل أ، ويتم تقليل الجزيئات المكتلة في القطب في الشكل ب بشكل كبير، ولا يوجد تقريبًا أي جسيمات كبيرة متجمعة في القطب في الشكل ج.
5. تكنولوجيا قياس حيود الليزر
تستخدم تقنية قياس حيود الليزر نظرية تشتت فرينل ونظرية فراونهوفر للحصول على حجم الجسيمات وتوزيعها. يتمتع محلل حجم جسيمات الليزر المعتمد على هذه التقنية بدقة قياس عالية وتكرار جيد ووقت قياس قصير. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في مصانع البطاريات لاختبار حجم جسيمات الملاط في البطاريات.
6. طريقة التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية
على سبيل المثال، وانغ وآخرون. استخدم طريقة التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS) لتحليل طيف المعاوقة للملاط السائل مباشرة وحصل على الخصائص الكهروكيميائية للملاط بتركيزات مختلفة من الجسيمات. ومن خلال نتائج تركيب طيف المعاوقة، تم إنشاء طريقة تقييم لهيكل توزيع الجسيمات الداخلية لملاط القطب الكهربائي استنادًا إلى نموذج الدائرة المكافئة للمعلمة، مما قدم فكرة جديدة للقياس عبر الإنترنت والتقييم عبر الإنترنت للهيكل الداخلي غير الموحد من الطين بطارية ليثيوم أيون. يظهر مبدأ اختبار EIS في الشكل.
طرق لتوصيف كل من استقرار الملاط والتشتت
1. مقياس الجريان
(1) اختبار اللزوجة المرنة
The viscoelastic characteristics of the slurry are characterized by the relative valuesof the storage modulus (G′) and the loss modulus (G″). The storage modulus G′, also known as the elastic modulus, represents the capacity stored when the slurry undergoes reversible elastic deformation and is a measure of the elastic deformation of the slurry. The loss modulus G″, also known as the viscous modulus, represents the energy consumed when the slurry undergoes irreversible deformation and is a measure of the viscous deformation of the slurry. In the frequency scan, based on the relative size of G′and G″and evaluating the sensitivity of G′to the angular frequency, it is possible to reflect whether the slurry is in a fluid state or a solid-like state. In the low-frequency range, G′>G″ وكلما زاد الفرق، كان استقرار الملاط أفضل. كما هو مبين في الشكل أدناه، فإن استقرار ملاط الجرافيت الطبيعي أفضل من ملاط الجرافيت الاصطناعي.
(2) التغيرات في اللزوجة مع معدل القص
تتغير لزوجة الملاط عادةً مع معدل القص. عند وجود سلوك ترقق القص، توجد تكتلات ناعمة في الملاط يمكن تدميرها بسهولة بواسطة إجهاد القص. على العكس من ذلك، يشير وجود سماكة القص عادة إلى وجود جزيئات مجمعة صلبة في الملاط. بشكل عام، الملاط ذو معدلات ترقق القص الأسرع يميل إلى أن يكون لديه تشتت أفضل، متجاهلاً تدمير المادة الرابطة بواسطة قوة القص. كما هو موضح في الشكل أدناه، فإن الملاط الذي تمثله الدائرة المجوفة يتمتع بتشتت أفضل من الملاطين الآخرين.
(3) اختبار إجهاد الخضوع
يتم تعريف إجهاد الخضوع في الريولوجيا على أنه الإجهاد المطبق الذي يتم عنده ملاحظة تشوه البلاستيك الذي لا رجعة فيه لأول مرة في العينة. من الناحية النظرية، فإن إجهاد الخضوع هو الحد الأدنى من الإجهاد المطلوب لبدء التدفق. يعد تحليل العائد مهمًا لجميع السوائل المركبة المعقدة. فهو يساعد على فهم أداء المنتج بشكل أفضل، مثل مدة الصلاحية والاستقرار ضد الترسيب أو فصل الطور. هناك مجموعة متنوعة من الطرق الريولوجية التي يمكن استخدامها لتحديد إجهاد العائد. يوضح الشكل أدناه تحليل إجهاد الخضوع باستخدام طريقة انحدار تدفق القص. من نتائج الاختبار يمكن ملاحظة أنه عند معدلات القص المعتدلة، يقل إجهاد القص مع انخفاض معدل القص. ومع ذلك، عندما ينخفض معدل القص بشكل أكبر، يصل منحنى الإجهاد إلى مستوى مستقر ويكون مستقلاً عن المعدل. تسمى قيمة الضغط المستقرة هذه بنقطة العائد. وفي الوقت نفسه، يصبح منحنى "اللزوجة الظاهرة" المُقاس لا نهائيًا وله علاقة خطية مع معدل القص عندما يكون الميل -1.
نظرًا لأن الجرافيت الاصطناعي له حجم جسيم أكبر وشكل جسيم غير منتظم أكثر، فإن الملاط يُظهر إجهادًا أقل إنتاجية وبنية شبكة أضعف. ولذلك، فإن عينة ملاط الجرافيت الاصطناعية هذه ستكون أكثر عرضة للترسيب وفصل الطور. يمكن أن يؤدي ترسيب الملاط إلى توزيع غير متساو للمواد النشطة على القطب، مما يقلل من أداء البطارية.
(4) متغيرة الانسيابية
بعد الطلاء، سوف يتساوى ملاط البطارية تحت تأثير الجاذبية والتوتر السطحي على المجمع الحالي. في نطاق معدل القص المنخفض، من المأمول أن تعود اللزوجة تدريجيًا إلى اللزوجة العالية قبل الطلاء. قبل أن تعود إلى اللزوجة العالية، تكون لزوجة الملاط منخفضة نسبيًا، وسهلة التسوية، وسطح الطلاء أملس وموحد في السمك. لا ينبغي أن تكون فترة الاسترداد طويلة جدًا أو قصيرة جدًا. إذا كان وقت الاسترداد طويلًا جدًا، فستكون لزوجة الملاط منخفضة جدًا أثناء عملية التسوية، ومن السهل الحصول على مخلفات أو أن يكون سمك الحافة السفلية أعلى من سمك الطبقة العلوية. إذا كان الوقت قصيرًا جدًا، فلن يكون لدى الملاط وقت للتسوية.
2. مقياس مقاومة الملاط
تحتوي معلمة مقاومة الملاط على علاقة كبيرة بصيغة الملاط، ونوع ومحتوى العامل الموصل، ونوع ومحتوى الرابط، وما إلى ذلك. بعد تحريك الملاط وتركه للوقوف لفترة من الوقت، قد يحدث ترسيب الهلام تحدث، وسوف تظهر قيمة المقاومة أيضًا درجات مختلفة من التغيير. لذلك، يمكن استخدام مقاومة الملاط كوسيلة لتوصيف توحيد واستقرار الخواص الكهربائية للملاط.
طريقة الاختبار:ضع كمية معينة من الملاط (حوالي 80 مل) في كوب القياس الزجاجي، وأدخل قلم قطب كهربائي نظيف، وابدأ تشغيل البرنامج، واختبر تغير مقاومة الملاط عند ثلاثة أزواج من الأقطاب الكهربائية بمرور الوقت واحفظه في المستند.
معلمات الاختبار:المقاومة، درجة الحرارة، الوقت
صيغة الحساب:المقاومة (Ω*سم):Ρe=U/I * S/L
سمات:
1. فصل خطوط الجهد والتيار، والقضاء على تأثير الحث على قياس الجهد، وتحسين دقة الكشف عن المقاومة.
2. يضمن القطب الكهربائي للقرص بقطر 10 مم مساحة اتصال كبيرة نسبيًا مع العينة ويقلل من خطأ الاختبار.
3. يمكن مراقبة تغير المقاومة في ثلاثة مواضع في الاتجاه الرأسي للملاط بمرور الوقت في الوقت الفعلي.
نطاق قياس المقاومة:2.5Ω*سم~50MΩ*سم
دقة قياس المقاومة:±0.5%
