LUM稳定性分析仪在锂电池行业的应用 - 锂电池陶瓷涂层隔膜 （系列1）

隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构,进而决定了电池容量、安全性能、充放电密度和循环性能等特性。因此需满足如下一些特性1、好的化学稳定性一耐有机溶剂;2、机械性能良好一拉伸强度高,穿刺强度高;3、良好的热稳定性一热收缩率低，较髙的破膜温度;4、电解液浸润性一与电解液相容性好,吸液率高。 三氧化二铝作为一种无机物,具有很高的热稳定性及化学惰性,是电池隔膜陶瓷涂层的很好选择。陶瓷涂覆特种隔膜特别适用于动力电池，它是以PP,PE或者多层复合隔膜为基体,表面涂覆一层纳米级三氧化二铝材料,经过特殊工艺处理,和基体粘接紧密，显著提高锂离子电池的耐髙温性能和安全性。为了尽量减少在制造陶瓷涂覆隔膜时使用易燃、有毒、昂贵和非环境有机溶剂，目前人们开始广泛使用水性陶瓷浆料，但水性陶瓷浆料的主要问题是分散稳定性差。水性陶瓷浆料的稳定性受到多种因素的影响，本文研究了表面活性剂浓度对其稳定性的影响。1，测试原理     Fig1 Test Principle使用近红外光源（或多光源系统）不断照射整个样品，在样品离心加速分离的同时，与光源平行的检测器随时间连续监测并反应样品的透光率变化，从而形成样品在分离过程的空间和时间透光率图谱。通过配套的分析软件，既可定性分析样品详细的失稳过程，又可对样品间的不稳定性指数，界面分层，颗粒迁移速度，粒度和分布等进行定量分析和比较。2，样品和测试条件2，1，样品制备：混合粘结剂羧甲基纤维素钠（CMC）、无机粉体Al₂O₃和去离子水制备基础浆料（CMC/Al₂O₃/去离子水＝1/39/60 wt.%）。将不同浓度的表面活性剂磺基琥珀酸酯（DLSS）（0.0、0.1、0.5和1.0 wt.%）添加到基础浆料中，并用磁棒在25℃下以450rpm的速度不断搅拌混合物24小时，然后使用氧化锆球（直径2mm）在25℃下以450rpm的速度球磨2小时。移除氧化锆球后，对浆料进行超声处理15分钟（在25°C下）以去除气泡并确保更好的均匀性。2，2，测试条件：LUMiSizer610，NIR870nm，25℃，2500rpm，10000s3，测试结果Figure 2 (a) Variation of instability index with the time of centrifugation for Al203 ceramic slurries containing various amounts of DLSS (wt.% ) and (b) comparison of instability index as a bar graph for Al203 slurries.图2展示了在该测试条件下，不同浓度的表面活性剂DLSS添加量对氧化铝陶瓷浆料稳定性的影响。当添加少量DLSS（0.1wt.%）时，与没有DLSS的情况相比，水性陶瓷浆料的分散稳定性显著提高。有趣的是，随着DLSS的量增加到0.1wt.%以上，水性陶瓷浆料的分散稳定性降低。当添加量达到1.0wt.%时，甚至比没有添加DLSS的浆料分散稳定性还差。这种现象可能是由于以下原因造成的：（1）当低浓度的DLSS的加入时，DLSS吸附在Al2O3表面，导致分散稳定性的提高。（2）随着饱和点后DLSS浓度的增加（在我们的实验中为0.1wt.%），形成了反向胶束，这可以促进Al203的聚集以实现最大熵，降低了分散稳定性。4，小结本文有效研究了表面活性剂的添加浓度对水性陶瓷浆料稳定性的影响。对锂电池用陶瓷涂覆隔膜的后续一系列品质的提高提供了基础。转载自公众号：lum仪器LUM 稳定性分析仪在锂电池行业的应用·锂电池陶瓷涂层隔膜(系列1) 隔膜性能决定了电池的内阻和界面结构，进而决定了电池容量、安全性能、充放电密度 和循环性能等特性。因此需满足如下一些特性1、好的化学稳定性一耐有机溶剂；2、机械性 能良好 一 拉伸强度高，穿刺强度高；3、良好的热稳定性 一 热收缩率低，较高的破膜温度；4、电 解液浸润性一 与 电解液相容性好，吸液率高。 三氧化二铝作为一种无机物，具有很高的热稳定性及化学惰性，是电池隔膜陶瓷涂层的很 好选择。陶瓷涂覆特种隔膜特别适用于动力电池，它是以 PP，PE 或者多层复合隔膜为基体，表面涂覆 一 层纳米级 三 氧化二铝材料，经过特殊工艺处理，和基体粘接紧密，显著提高锂离子 电池的耐高温性能和安全性。 为了尽量减少在制造陶瓷涂覆隔膜时使用易燃、有毒、昂贵和非环境有机溶剂，目前人 们开始广泛使用水性陶瓷浆料，但水性陶瓷浆料的主要问题是分散稳定性差。水性陶瓷浆料 的稳定性受到多种因素的影响，本文研究了表面活性剂浓度对其稳定性的影响。 1，测试原理 Fig1 Test Principle 使用近红外光源(或多光源系统)不断照射整个样品，在样品离心加速分离的同时，与 光源平行的检测器随时间连续监测并反应样品的透光率变化，从而形成样品在分离过程的空 间和时间透光率图谱。通过配套的分析软件，既可定性分析样品详细的失稳过程，又可对样 品间的不稳定性指数，界面分层，颗粒迁移速度，粒度和分布等进行定量分析和比较。 2，样品和测试条件 2，1，样品制备：混合粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC)、无机粉体Al2Os和去离子水制备基础 浆料(CMC/AI20s/去离子水 =1/39/60 wt.%)。将不同浓度的表面活性剂磺基琥珀酸酯(DLSS)(0.0、0.1、0.5和1.0 wt.%) 添加到基础浆料中，并用磁棒在25℃下以 450rpm 的速度不断 搅拌混合物24小时，然后使用氧化锆球(直径2mm) 在25℃下以 450rpm 的速度球磨2小 时。移除氧化锆球后，对浆料进行超声处理15分钟(在25°C下)以去除气泡并确保更好 的均匀性。 2，2，测试条件： LUMiSizer610， NIR870nm， 25℃， 2500rpm， 10000s 3，，测试结果 Ti m e of ce n tri f ugation (s ) Figure 2 (a) Variation of instability index with the time of centrifugation for Al203 ceramic slurries containing various amounts of DLSS (wt.%) and (b) comparison of i nstability index as a bar graph for Al203 slurries. 图2展示了在该测试条件下，不同浓度的表面活性剂 DLSS 添加量对氧化铝陶瓷浆料稳 定性的影响。 当添加少量 DLSS (0.1wt.%)时，与没有 DLSS 的情况相比，水性陶瓷浆料的分散稳定性 显著提高。有趣的是，随着 DLSS 的量增加到 0.1wt.%以上，水性陶瓷浆料的分散稳定性降低。当添加量达到 1.0wt.%时，甚至比没有添加 DLSS 的浆料分散稳定性还差。这种现象可能是由 于以下原因造成的：：(1)当低浓度的 DLSS 的加入时， DLSS吸附在Al2O3 表面，导致分散稳 定性的提高。(2)随着饱和点后 DLSS浓度的增加(在我们的实验中为0.1wt.%)，形成了反 向胶束，这可以促进 Al203 的聚集以实现最大熵，降低了分散稳定性。 4，小结 本文有效研究了表面活性剂的添加浓度对水性陶瓷浆料稳定性的影响。对锂电池用陶瓷涂覆 隔膜的后续一系列品质的提高提供了基础。 转载自公众号： lum 仪器 邮箱： info@renhesci.com 网址： www.renhe.net