Сравнение на поетапния процес на смесване и еднократния процес на смесване

По отношение на метода за приготвяне на суспензия от литиеви батерии, изследователите са опитали различни процеси на целулоза. Тестовете доказаха, че процесът на пулпиране при поетапно подаване е далеч по-добър от еднократния процес на целулоза. Тази статия прави подробно сравнение между процеса на целулозно разделяне и еднократния процес на целулоза. Двата процеса на целулоза са показани на фигура 1. (а) е еднократният процес на целулоза; (b) е поетапният процес на целулоза.

Фигура 1. Два различни процеса на смесване

Еднократният процес на смесване е да се смесят свързващото вещество и NMP и да се разбърква в продължение на половин час и след това да се добавят активният материал и проводящите сажди в разтворителя едновременно за смесване. Характеристиката на многоетапното смесване е, че количеството разтворител се добавя на порции. Еднократният процес на смесване и многостепенният процес на смесване не само имат голямо влияние върху свойствата на суспензията, като вискозитет, динамичен вискоеластичен модул и стабилни характеристики на потока, но също така оказват влияние върху импеданса, производителността на цикъла и скоростта на работа на батерия.

1. Връзката между вискозитета на суспензията, скоростта на срязване и течливостта

Фигура 2 показва кривата на връзката между вискозитета и скоростта на срязване. Вижда се, че независимо дали е приет методът на стъпка или стъпка по стъпка, вискозитетът на суспензията намалява с увеличаване на скоростта на срязване (изтъняване на срязването). Вискозитетът на суспензията при ниско срязване е мярка за седиментационното поведение на твърдите частици, а вискозитетът при високо срязване е мярка за обработваемостта на суспензията. При ниско срязване по-високият вискозитет на двете суспензии е по-добър, тъй като твърдите частици не се утаяват значително. При високо срязване ниският вискозитет на суспензията също е добра характеристика, защото това означава, че суспензията се смесва равномерно.

Разбира се, въпреки че двата процеса на приготвяне имат срязващо изтъняване, многоетапният метод на смесване все пак е по-добър от метода на едноетапния синтез. Вискоеластичността на двата вида суспензия се променя с ъглова честота е показана на фигура 3.

Фигура 3. Връзката между ъгловата скорост и модула на съхранение и модула на загубата

От фигурата можем да видим, че вискоеластичността на суспензията, приготвена по едноетапния метод, не е свързана с ъгловата честота, докато вискоеластичният модул на суспензията, приготвен по многостепенния метод, е свързан с ъгловата честота. На второ място, на фигурата G' е модулът за съхранение, а G' е модулът на загубата. Вижда се, че модулът за съхранение при едноетапния метод винаги е по-висок от модула на загубата, докато многоетапната суспензия е точно обратното. Вижда се, че суспензията, приготвена по едноетапния метод, е главно в гелообразно състояние и частиците се агломерират, за да образуват мрежова структура, пълна с обем. Клъстерите на частиците не се разрушават или разбиват и винаги се смесват при ниска скорост на срязване и ефектът на смесване не се постига. Суспензията, приготвена по многоетапния метод, е по същество зол с нисък вискозитет, частичните частици са равномерно диспергирани и мрежовата структура е напълно разрушена и диспергирана. Поетапната суспензия е в добро състояние на дисперсия и показва добра хистерезис на потока, която може да бъде представена чрез кривата на хистерезисния поток (течливост), показана на графиката. Фигура 4 показва връзката между скоростта на срязване и срязващата сила, когато скоростта на срязване първо се увеличава и след това намалява. Вижда се, че многостепенната суспензия има хистерезисна верига.

Фигура 4. Скорост на срязване и сила на срязване

В сравнение с едноетапния процес на смесване, в многостепенния процес на смесване необратимата мрежова структура на клъстерите на частиците се нарушава по-често. Това е така, защото разтворителят NMP се добавя многократно и разтворителят е по-малко в начално състояние и частиците са по-склонни да бъдат разбити при висока скорост на срязване. Тъй като едноетапното смесване е да се излее разтворителя наведнъж, общият вискозитет бързо се намалява и триенето между частиците е много малко, така че не може да се получи добро състояние на дисперсия.

2. Влиянието на два различни процеса на смесване върху стълба

Суспензиите, приготвени от двата процеса, се приготвят в електроди и началото на разликата може да се види от снимките на напречното сечение на двете полюсни части, както е показано на фигура 5.

Фигура 5. SEM и EDS анализ на полюс

(а) Едноетапно напречно сечение (д) Многоетапно напречно сечение, може да се види, че след като многостепенната суспензия подготвя полюсната част, контактът на частиците е по-близък и смесеното състояние е по-добро.

Фигури (b) и (f) са схемите за картографиране на елементите EDS Co на полюсните части на двата вида процеси на целулоза. Елементът Co е получен от литиев кобалтов оксид, който може да провери по-добрия ефект на смесване и дисперсия на многостепенния метод.

Фигури (c) и (g) са картографирането на С елемента на полюсната част от съответния процес на оразмеряване на двата вида. Елементът С идва главно от PVDF и проводими сажди;

Фигури (d) и (h) са картографирането на флуорен елемент в полюса на двата вида процес на оразмеряване. Елементът F идва от PVDF

Резултатите от множество набори от снимки също доказват, че проводимият агент и активният материал в едноетапната суспензия имат много агломерати и не са равномерно диспергирани.

Трето, ефектът от процеса на смесване върху производителността на батерията

1. Изпълнение на цикъла

Ефективността на цикъла на батерията, приготвена от двете суспензии, е показана на Фигура 6. След 70 цикъла, капацитетът на едноетапния и разделения стъпков процес на смесване е съответно 60% и 70% от първоначалния капацитет. Капацитетът се разпада по-бързо. Причината може да бъде причинена от промяната на вътрешното съпротивление на батерията' в едноетапния метод.

Фигура 6. Сравнение на ефективността на цикъла на батерията

2. Вътрешното съпротивление на батерията се променя с DOD

Експериментът използва HPPC за тестване на вътрешното съпротивление на батерията и резултатът е показан на фигура 7. Могат да се направят следните заключения: a. Вътрешното съпротивление на батерията по време на разреждане е по-голямо от вътрешното съпротивление на зареждането. Това е така, защото скоростта на вмъкване на литиеви йони в твърдата решетка е по-бавна от скоростта на извличане на литиеви йони. б. Вътрешното съпротивление на батерията при използване на многостепенния метод и процеса на суспензия е по-ниско от това на едноетапния метод във всеки етап и при всяко условие на DOD. ° С. Вътрешното съпротивление на батерията и дълбочината на разреждане (D0D) са тясно свързани. С увеличаване на дълбочината на разреждане пространството за вграждане на литиеви йони става все по-малко, което кара импеданса на батерията да се увеличава съответно.

Фигура 7. Връзката между заряда и разреждането на двете батерии и вътрешното съпротивление

3. Влиянието на два процеса на смесване върху производителността на батерията

За да се сравни вътрешното съпротивление на двете полюсни батерии, съответните батерии се разреждат с различна скорост. Кривата на разреждане е показана на фигура 8.

Фигура 8. Сравнение на производителността на батерията и поляризацията

Сред тях a е едноетапна батерия, а b е многостъпална. И двете батерии се зареждат с постоянен ток при 0.2C. Фигура а показва, че с увеличаване на разрядния ток поляризацията на батерията продължава да се увеличава. За разлика от многостепенната крива на разреждане на батерията, въпреки че поляризацията на батерията също се увеличава до известна степен, поляризацията е сравнително малка в сравнение с фигура а. Причината за това явление трябва да бъде проследена до процеса на приготвяне на кашата. Както бе споменато по-горе, многоетапният процес на смесване може да осигури равномерно разпръскване на проводимия агент и активното вещество, образувайки стабилна и равномерна проводима мрежа. В резултат на това контактното съпротивление между активния материал и проводимия агент е значително намалено, за да се осигури отличното представяне на батерията.

Заключение:

Дори крайното съдържание на твърдо вещество в двата различни процеса на смесване да е еднакво, реологичните свойства на суспензията все още са различни. Продуктът на едноетапния процес на смесване е гелообразен, а прахообразните единици са свързани вътре в запълнената с обем мрежова структура, така че ще има свойства, подобни на твърдо вещество и придружени от по-висок вискозитет. Продуктът, приготвен чрез многоетапния процес на смесване, е зол с нисък вискозитет и частичните частици се разпръскват помежду си. Това е така, защото в началния етап сместа има по-ниско съдържание на разтворител, частиците са в близък контакт и вероятността от сблъсък е много по-висока от метода на суспензия в една стъпка. Следователно, по-ниското съдържание на течност помага да се разбият и разпръснат агломератите на частиците. Равномерното разпръскване на активния материал на проводящия агент показва, че батерията има по-ниска поляризация и по-добри характеристики на цикъла и скорост.