研究背景
锂离子电池的负极是通过将石墨、导电碳、CMC(羧甲基纤维素)和SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)在水中混合产生均匀溶液来制备的。负极浆料的初始粘度和稳定性对锂离子电池的制备过程和性能至关重要。众所周知,负极浆料中的石墨颗粒受到不同的力,如颗粒间的相互作用力(吸引力和斥力)、重力、浮力和布朗运动力。此外,吸引力可以细分为范德华力、静电力(相反电荷)、疏水作用力等。排斥力可以细分为静电力(相同电荷)、溶剂化力和空间位阻力。由于空间位阻效应,吸附在石墨颗粒表面的CMC可以阻碍颗粒聚集,是非常重要的稳定剂。因此,负极浆料的初始粘度和稳定性在很大程度上取决于CMC的吸附量及其性质。
图1. 浆液稳定性机理图及其影响因素
实验仪器与方法
负极浆料的制备过程是在100 mL烧杯中加入石墨(100 g)、导电碳、CMC和SBR,搅拌数小时,得到固体含量为50%的均匀溶液。吉布斯表面自由能根据杨氏方程和吸附功公式计算,其中接触角使用KRÜSS DSA100仪器测量,并且测试了2种溶剂(水和二碘甲烷)的接触角,计算出表面能。
DSA100全自动接触角测量仪
结果与讨论
图2 5AL, LAG-18吸附CMC前后水和二碘甲烷的接触角
对5AL、LAG-18、802SE、812SE、A70H、918、S360、A61和CEMD的吉布斯表面自由能进行了测试和计算(如表1所示)。
如表1所示,初始粘度更多地与吉布斯表面自由能的比表面积和非极性部分有关。初始粘度和吉布斯表面自由能的非极性部分之间的线性独立性如图3(d)所示,即y=466.83lnx+2956.2,表示不同种类石墨在固定重量量(例如,实验中的100g)下的残余能量差。初始粘度与比表面积或吉布斯表面自由能的极性部分之间不存在明显的线性独立性。然而,当吉布斯表面自由能的非极性部分在某种程度上非常大时,由于颗粒的表面积受到限制,初始粘度不会相应增加。
吉布斯表面自由能(b,c,d)的相关性
对于吉布斯表面自由能,当吉布斯表面非极性部分的自由能高于极性部分时,CMC的吸附量相应增加,浆液表现出较好的稳定性性能。相反,浆料的稳定性变差。当吉布斯表面自由能的非极性部分非常接近其极性时,CMC的吸附和解吸将在浆料中达到动态平衡,LAG-18/CMC的润湿角约为90°(如图2所示)。这里,石墨颗粒不会发生沉降,浆料的粘度也不会发生明显变化,如LAG-18所示。然而,对于S360和A61的小型人造石墨所证明的结果,浆料的稳定性不能用初始粘度或吉布斯表面自由能来解释。根据范德华作用能方程,颗粒尺寸越小,相同质量的粉末(本研究中为100g)中所含石墨颗粒的量就越多,颗粒之间范德华力的影响就越大。因此,颗粒聚集变得更加明显,这不适合负极浆料的稳定性。
结论
本研究以几种商用石墨为原料,研究了石墨的吉布斯表面自由能对负极浆料初始粘度和稳定性的影响。结果表明,负极浆料的初始粘度与其吉布斯表面自由能的非极性部分呈正相关,并建立了它们之间的线性独立性。吉布斯表面自由能、比表面积和粒径等物理性质都说明了负极浆料的稳定性,其中吉布斯表面自由能量对浆料的初始粘度和稳定性进行了定性表征和定量计算,利用这一研究结果可以预测负极浆料的性能。
本文有删减,详细信息见原文
[1]周奇,文博,张佳丽等.石墨Gibbs表面自由能对锂离子电池传统负极浆初始黏度和稳定性的影响(英文)[J].Journal of Central South University,2023,30(03):665-676.
[来源:克吕士科学仪器(上海)有限公司]
2024.05.14
应用 | 衡量表面活性剂皮肤刺激性的辅助手段——临界胶束浓度
2024.05.09
邀请函:KRÜSS第九届环境友好型农药制剂加工技术研讨会(常州)
2024.04.22
邀请函:KRÜSS诚邀您参加2024第三届复合材料界面论坛(宁波)
2024.04.16
2024.04.03
2024.03.21
版权与免责声明:
① 凡本网注明"来源:仪器信息网"的所有作品,版权均属于仪器信息网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:仪器信息网"。违者本网将追究相关法律责任。
② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。
③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为默认仪器信息网有权转载。
谢谢您的赞赏,您的鼓励是我前进的动力~
打赏失败了~
评论成功+4积分
评论成功,积分获取达到限制
投票成功~
投票失败了~