Porovnání postupného procesu míchání a jednorázového procesu míchání

Pokud jde o metodu přípravy kalu lithiové baterie, vědci zkoušeli různé procesy rozvlákňování. Testy prokázaly, že proces rozvlákňování krokového podávání je mnohem lepší než proces rozvlákňování jednorázově. Tento článek podrobně srovnává mezi procesem rozvlákňování děleného kroku a procesem rozvlákňování jednorázově. Dva procesy rozvlákňování jsou znázorněny na obrázku 1. (a) je jednorázový proces rozvlákňování; (b) je proces rozvlákňování krok za krokem.

Obrázek 1. Dva různé procesy míchání

Jednorázovým procesem míchání je smíchání pojiva a NMP a míchání po dobu půl hodiny a poté přidání aktivního materiálu a vodivých sazí do rozpouštědla najednou pro smíchání. Charakteristikou vícestupňového míchání je to, že se množství rozpouštědla přidává po dávkách. Jednorázový proces míchání a vícestupňový proces míchání mají nejen velký dopad na vlastnosti kejdy, jako je viskozita, dynamický viskoelastický modul a stabilní tokové charakteristiky, ale také ovlivňují impedanci, výkonnost cyklu a rychlost výkonu baterie.

1. Vztah mezi viskozitou kalu, smykovou rychlostí a tekutostí

Obrázek 2 ukazuje vztahovou křivku mezi viskozitou a smykovou rychlostí. Je vidět, že bez ohledu na to, zda je zvolena metoda jednoho kroku nebo krok za krokem, viskozita suspenze klesá s rostoucí rychlostí smyku (smykové ředění). Viskozita suspenze při nízkém smyku je měřítkem sedimentačního chování pevných částic a viskozita při vysokém smyku je měřítkem zpracovatelnosti suspenze. Při nízkém střihu je vyšší viskozita obou suspenzí lepší, protože pevné částice se významně neusazovaly. Při vysokém střihu je také dobrá vlastnost nízká viskozita suspenze, protože to znamená, že suspenze je míchána rovnoměrně.

Samozřejmě, i když tyto dva způsoby přípravy mají smykové ředění, je vícestupňový způsob míchání stále lepší než jednostupňový způsob syntézy. Viskoelasticita dvou typů změn kejdy s úhlovou frekvencí je znázorněna na obrázku 3.

Obrázek 3. Vztah mezi úhlovou rychlostí a modulem ukládání a modulem ztráty

Z obrázku vidíme, že viskoelasticita suspenze připravené jednostupňovou metodou nesouvisí s úhlovou frekvencí, zatímco viskoelastický modul suspenze připravené vícestupňovou metodou souvisí s úhlovou frekvencí. Za druhé, na obrázku je G' je modul úložiště a G' je modul ztráty. Je vidět, že akumulační modul v jednokrokové metodě je vždy vyšší než ztrátový modul, zatímco vícekroková suspenze je právě naopak. Je vidět, že suspenze připravená jednostupňovou metodou je hlavně v gelovém stavu a částice se aglomerují dohromady a vytvářejí objemovou síťovou strukturu. Shluky částic nejsou zničeny nebo rozbity a jsou vždy míchány při nízké smykové rychlosti a není dosaženo účinku míchání. Kaše připravená vícestupňovou metodou je v podstatě nízkoviskózní sol, částicové jednotky jsou rovnoměrně dispergovány a struktura sítě je zcela zničena a dispergována. Kroková suspenze je v dobrém rozptylovém stavu a vykazuje dobrou hysterezi toku, kterou lze vyjádřit křivkou hystereze toku (tekutost) zobrazenou v grafu. Obrázek 4 ukazuje vztah mezi smykovou rychlostí a smykovou silou, když se smyková rychlost nejprve zvyšuje a poté snižuje. Je vidět, že vícestupňová suspenze má hysterezní smyčku.

Obrázek 4. Smyková rychlost a smyková síla

Ve srovnání s jednostupňovým procesem míchání je ve vícestupňovém procesu míchání nevratná síťová struktura shluků částic narušena častěji. Je to proto, že se rozpouštědlo NMP přidává několikrát a rozpouštědlo je méně v počátečním stavu a částice se pravděpodobně rozbijí při vysoké smykové rychlosti. Protože jednostupňovým mícháním je nalití rozpouštědla najednou, celková viskozita se rychle sníží a tření mezi částicemi je velmi malé, takže nelze dosáhnout dobrého stavu disperze.

2. Vliv dvou různých směšovacích procesů na pólový nástavec

Kaše připravené těmito dvěma procesy se připraví na elektrody a začátek rozdílu lze vidět z průřezových obrázků dvou pólových nástavců, jak je znázorněno na obrázku 5.

Obrázek 5. SEM a EDS analýza pólového nástavce

(a) Jednostupňový průřez (e) Vícekrokový průřez je vidět, že poté, co vícekroková suspenze připraví pólový nástavec, je kontakt částic užší a smíšený stav je lepší.

Obrázky (b) a (f) jsou diagramy mapování prvků EDS Co pólových nástavců dvou typů buničinových procesů. Prvek Co je odvozen od oxidu kobaltnatého lithia, což umožňuje ověřit lepší míchací a disperzní účinek vícestupňové metody.

Obrázky (c) a (g) jsou mapování prvku C pólového nástavce dvou druhů procesu dimenzování. C prvek pochází hlavně z PVDF a vodivých sazí;

Obrázky (d) a (h) jsou mapování fluorového prvku v pólovém nástavci dvou druhů procesu dimenzování. F prvek pochází z PVDF

Výsledky několika sad fotografií také dokazují, že vodivé činidlo a aktivní materiál v jednokrokové suspenzi mají mnoho aglomerátů a nejsou rovnoměrně rozptýleny.

Za třetí, účinek procesu míchání na výkon baterie

1. Výkon cyklu

Výkon cyklu baterie připravené dvěma suspenzemi je znázorněn na obrázku 6. Po 70 cyklech je kapacita procesu míchání v jednom kroku a split-step 60%, respektive 70% původní kapacity. Kapacita klesá rychleji. Důvod může být způsoben změnou vnitřního odporu baterie&# 39 v jednokrokové metodě.

Obrázek 6. Porovnání výkonu cyklu baterie

2. Vnitřní odpor baterie se mění s DOD

Experiment využívá k testování vnitřního odporu baterie HPPC a výsledek ukazuje obrázek 7. Lze vyvodit následující závěry: a. Vnitřní odpor baterie během vybíjení je větší než vnitřní odpor baterie. Je to proto, že rychlost vkládání iontů lithia do pevné mřížky je pomalejší než rychlost extrakce iontů lithia. b. Vnitřní odpor baterie při použití vícestupňové metody a kejdy je nižší než u jednokrokové metody v každé fázi a za každých podmínek DOD. C. Vnitřní odpor baterie a hloubka vybití (D0D) spolu úzce souvisí. Se zvyšující se hloubkou vybití se prostor pro zapouzdření lithiových iontů zmenšuje, což způsobí odpovídající zvýšení impedance baterie.

Obrázek 7. Vztah mezi nabitím a vybitím dvou baterií a vnitřním odporem

3. Vliv dvou směšovacích procesů na výkon baterie

Aby bylo možné porovnat vnitřní odpor dvou pólových baterií, jsou odpovídající baterie vybíjeny různou rychlostí. Výbojová křivka je znázorněna na obrázku 8.

Obrázek 8. Porovnání výkonu baterie a polarizace

Mezi nimi a je jednokroková baterie ab je vícestupňová baterie. Obě baterie jsou nabíjeny konstantním proudem při 0,2 ° C. Obrázek a ukazuje, že jak se vybíjecí proud zvyšuje, polarizace baterie se stále zvyšuje. Na rozdíl od vícestupňové křivky vybití baterie, i když se polarizace baterie do určité míry také zvyšuje, je polarizace ve srovnání s obr. A relativně malá. Důvod tohoto jevu je nutno vysledovat zpět k procesu přípravy kejdy. Jak již bylo zmíněno výše, proces vícestupňového míchání může zajistit rovnoměrné rozptýlení vodivého činidla a účinné látky a vytvořit stabilní a rovnoměrnou vodivou síť. Výsledkem je, že kontaktní odpor mezi aktivním materiálem a vodivým činidlem se výrazně sníží, aby se zajistil vynikající výkon baterie.

Závěr:

I když je konečný obsah pevné látky ve dvou různých procesech míchání stejný, reologické vlastnosti suspenze jsou stále odlišné. Produkt jednostupňového procesu míchání je gelovitý a práškové jednotky jsou spojeny uvnitř objemově vyplněné síťové struktury, takže budou mít vlastnosti podobné pevným látkám a doprovázeny vyšší viskozitou. Produkt připravený vícestupňovým procesem míchání je nízkoviskózní sol a částicové jednotky jsou navzájem dispergovány. Je to proto, že v počátečním stadiu má směs nižší obsah rozpouštědla, částice jsou v těsném kontaktu a pravděpodobnost kolize je mnohem vyšší než u jednokrokové suspenze. Proto nižší obsah kapaliny pomáhá rozbíjet a dispergovat aglomeráty částic. Rovnoměrné rozptýlení aktivního materiálu vodivého činidla ukazuje, že baterie má nižší polarizaci a lepší výkonnost cyklu a rychlost.