مقایسه مراحل اختلاط گام به گام و فرآیند اختلاط یک بار

با توجه به روش تهیه دوغاب باتری لیتیوم ، محققان فرآیندهای مختلف خمیربرداری را امتحان کرده اند. آزمایشات ثابت کرده است که فرآیند پالپینگ تغذیه مرحله ای بسیار فراتر از فرآیند پالپ یکبار مصرف است. در این مقاله مقایسه ای دقیق بین فرآیند خمیر کاغذ تقسیم مرحله ای و فرآیند خمیر یکبار مصرف صورت می گیرد. دو فرآیند خمیرکاری در شکل 1 نشان داده شده است. (الف) فرآیند خمیر یکبار مصرف است. (ب) فرآیند خمیربرداری گام به گام است.

شکل 1. دو فرایند مختلف مخلوط کردن

فرآیند یک بار اختلاط به این صورت است که بایندر و NMP را با هم مخلوط کرده و به مدت نیم ساعت هم بزنید و سپس ماده فعال و کربن سیاه رسانا را در یک زمان برای مخلوط کردن به حلال اضافه کنید. ویژگی اختلاط چند مرحله ای این است که مقدار حلال به صورت دسته ای اضافه می شود. فرآیند اختلاط یک بار و فرآیند اختلاط چند مرحله ای نه تنها تأثیر زیادی بر خصوصیات دوغاب مانند ویسکوزیته ، مدول ویسکوالاستیک پویا و خصوصیات جریان پایدار دارد ، بلکه بر امپدانس ، عملکرد چرخه و عملکرد نرخ تأثیر می گذارد. باتری

1. رابطه بین گرانروی دوغاب ، میزان برش و سیالیت

شکل 2 منحنی رابطه بین ویسکوزیته و سرعت برش را نشان می دهد. ملاحظه می شود که مهم نیست که روش یک مرحله ای یا مرحله به مرحله اتخاذ شود ، با افزایش سرعت برش (لاغر شدن برش) ویسکوزیته دوغاب کاهش می یابد. ویسکوزیته دوغاب تحت برش کم اندازه گیری رفتار رسوب ذرات جامد است و ویسکوزیته تحت برش زیاد اندازه گیری فرایند پذیری دوغاب است. در زیر برش کم ، گرانروی بالاتر دو دوغاب بهتر است ، زیرا ذرات جامد به طور قابل توجهی ته نشین نمی شوند. تحت برش زیاد ، ویسکوزیته پایین دوغاب نیز ویژگی خوبی است ، زیرا به این معنی است که دوغاب به طور یکنواخت مخلوط می شود.

البته ، حتی اگر دو فرآیند آماده سازی نازک کننده برشی باشند ، روش اختلاط چند مرحله ای هنوز از روش سنتز یک مرحله ای بهتر است. خاصیت الاستیسیته دو نوع تغییر دوغاب با فرکانس زاویه ای در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3. رابطه بین نرخ زاویه ای و مدول ذخیره سازی و مدول ضرر

از شکل می بینیم که ویسکوالاستیک بودن دوغاب تهیه شده با روش یک مرحله ای مربوط به فرکانس زاویه ای نیست ، در حالی که مدول ویسکوالاستیک دوغاب تهیه شده با روش چند مرحله ای مربوط به فرکانس زاویه ای است. در مرحله دوم ، در شکل ، G&# 39 ؛ مدول ذخیره سازی است و G&# 39 ؛ مدول ضرر است. دیده می شود که مدول ذخیره سازی در روش یک مرحله ای همیشه بالاتر از مدول افت است ، در حالی که دوغاب چند مرحله ای دقیقاً برعکس است. دیده می شود که دوغاب تهیه شده با روش یک مرحله ای عمدتا در حالت ژل است و ذرات با هم جمع می شوند و یک ساختار شبکه پر از حجم را تشکیل می دهند. خوشه های ذرات از بین نمی روند و از بین نمی روند و همیشه با سرعت برشی کم مخلوط می شوند و اثر اختلاط حاصل نمی شود. دوغاب تهیه شده با روش چند مرحله ای اساساً یک سل با ویسکوزیته کم است ، واحدهای ذره به طور یکنواخت پراکنده می شوند و ساختار شبکه کاملاً تخریب و پراکنده می شود. دوغاب گام به گام در حالت پراکندگی خوبی است و پسماند جریان خوبی را نشان می دهد ، که می تواند توسط منحنی جریان هیسترزیس (سیالیت) نشان داده شده در نمودار نشان داده شود. شکل 4 رابطه بین نرخ برش و نیروی برشی را نشان می دهد زمانی که نرخ برشی ابتدا افزایش می یابد و سپس کاهش می یابد. دیده می شود که دوغاب چند مرحله ای دارای یک حلقه پسماند است.

شکل 4. میزان برش و نیروی برشی

در مقایسه با فرآیند اختلاط یک مرحله ای ، در فرآیند اختلاط چند مرحله ای ، ساختار غیرقابل برگشت شبکه خوشه های ذرات بیشتر شکسته می شود. این بدان دلیل است که NMP حلال چندین بار اضافه می شود ، و در حالت اولیه حلال کمتر است و ذرات در معرض شکستگی زیاد هستند. از آنجا که مخلوط کردن یک مرحله ای ریختن حلال در یک زمان است ، گرانروی کلی به سرعت کاهش می یابد و اصطکاک بین ذرات بسیار کم است ، بنابراین نمی توان حالت پراکندگی خوبی بدست آورد.

2. تأثیر دو فرآیند مختلف اختلاط بر روی قطعه قطب

دوغاب های تهیه شده توسط دو فرآیند به صورت الکترود تهیه می شوند و آغاز اختلاف را می توان از تصاویر مقطعی دو قطب قطب مشاهده کرد ، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5. تحلیل SEM و EDS قطعه قطب

(الف) مقطع یک مرحله ای (ه) مقطع چند مرحله ای ، مشاهده می شود که پس از تهیه دوغاب چند مرحله ای قطب قطب ، تماس ذرات نزدیکتر شده و حالت مخلوط بهتر است.

شکل های (b) و (f) نمودارهای نگاشت عناصر EDS Co از قطعات قطب دو نوع فرآیند خمیرکاری است. عنصر Co از اکسید کبالت لیتیوم مشتق شده است ، که می تواند اثر مخلوط و پراکندگی بهتر روش چند مرحله ای را تأیید کند.

شکل (c) و (g) به ترتیب نگاشت عنصر C قطعه قطب از دو نوع فرآیند اندازه گیری است. عنصر C عمدتا از PVDF و کربن سیاه رسانا حاصل می شود.

شکل (d) و (h) نقشه برداری از عنصر فلوئور در قطب قطب دو نوع فرآیند اندازه گیری است. عنصر F از PVDF می آید

همچنین نتایج مجموعه های مختلف عکس ثابت می کند که ماده رسانا و ماده فعال موجود در دوغاب یک مرحله ای دارای ترکیبات زیادی هستند و به طور یکنواخت پراکنده نیستند.

سوم ، تأثیر فرآیند مخلوط کردن بر عملکرد باتری

1. عملکرد چرخه

عملکرد چرخه باتری تهیه شده توسط دو دوغاب در شکل 6 نشان داده شده است. پس از 70 چرخه ، ظرفیت فرآیند اختلاط یک مرحله ای و تقسیم مرحله ای به ترتیب 60 و 70 درصد ظرفیت اولیه است. ظرفیت سریعتر تحلیل می رود. دلیل این امر ممکن است تغییر در مقاومت داخلی باتری&# 39 در روش یک مرحله ای باشد.

شکل 6. مقایسه عملکرد چرخه باتری

2. مقاومت داخلی باتری با DOD تغییر می کند

این آزمایش از HPPC برای آزمایش مقاومت داخلی باتری استفاده می کند و نتیجه آن در شکل 7 نشان داده شده است. می توان نتیجه گیری زیر را انجام داد: الف. مقاومت داخلی باتری در هنگام تخلیه از مقاومت داخلی شارژ بیشتر است. زیرا سرعت درج یونهای لیتیوم به شبکه جامد از سرعت استخراج یونهای لیتیوم کندتر است. ب مقاومت داخلی باتری با استفاده از روش چند مرحله ای و فرآیند دوغاب نسبت به روش یک مرحله ای در هر مرحله و تحت هر شرایط DOD کمتر است. ج مقاومت داخلی باتری و عمق تخلیه (D0D) ارتباط نزدیکی با هم دارند. با افزایش عمق تخلیه ، فضای تعبیه شده برای یونهای لیتیوم کمتر و کمتر می شود ، که باعث می شود امپدانس باتری به ترتیب افزایش یابد.

شکل 7. رابطه بین شارژ و دشارژ دو باتری و مقاومت داخلی

3. تأثیر دو فرآیند مخلوط کردن بر عملکرد میزان باتری

به منظور مقایسه مقاومت داخلی دو باتری قطب ، باتری های مربوطه با سرعت های مختلف تخلیه می شوند. منحنی تخلیه در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 8. مقایسه عملکرد باتری و قطبش

در این میان ، a یک باتری یک مرحله ای است و b یک باتری چند مرحله ای است. هر دو باتری با جریان ثابت 0.2 درجه سانتیگراد شارژ می شوند. شکل a نشان می دهد که با افزایش جریان تخلیه ، قطب باتری همچنان افزایش می یابد. در مقابل منحنی تخلیه باتری چند مرحله ای ، اگرچه قطبش باتری نیز تا حدی افزایش می یابد ، اما قطب بندی در مقایسه با شکل a نسبتاً کوچک است. دلیل این پدیده را باید در روند آماده سازی دوغاب جستجو کرد. همانطور که قبلاً ذکر شد ، فرآیند اختلاط چند مرحله ای می تواند از پراکندگی یکنواخت ماده رسانا و ماده فعال ، تشکیل یک شبکه رسانای پایدار و یکنواخت اطمینان حاصل کند. در نتیجه ، مقاومت اطمینان بین ماده فعال و ماده رسانا برای اطمینان از عملکرد عالی چرخه باتری بسیار کاهش می یابد.

نتیجه:

حتی اگر محتوای جامد نهایی دو فرآیند مختلف اختلاط یکسان باشد ، خواص رئولوژیکی دوغاب هنوز متفاوت است. محصول فرآیند اختلاط یک مرحله ای ژل مانند است و واحدهای پودری به داخل ساختار شبکه پر حجم متصل می شوند ، بنابراین خواص جامد مانند و همراه با ویسکوزیته بالاتر وجود خواهد داشت. محصولی که با فرآیند اختلاط چند مرحله ای تهیه شده ، یک ماده با غلظت کم است و واحدهای ذره ای با یکدیگر پراکنده می شوند. این بدان دلیل است که در مرحله اولیه ، مخلوط دارای مقدار حلال کمتری است ، ذرات در تماس نزدیک هستند و احتمال برخورد بسیار بیشتر از روش دوغاب یک مرحله ای است. بنابراین ، مقدار مایعات کمتری به شکستن و پراکنده شدن دانه های ذرات کمک می کند. پراکندگی یکنواخت ماده فعال ماده رسانا نشان می دهد که باتری از قطبش کمتری برخوردار است و عملکرد چرخه و سرعت عملکرد بهتری دارد.