锂电池检测

-之双重陶瓷材料的混合顺序对陶瓷浆料稳定性的影响

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。 

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。在前几篇应用文章里，我们介绍了表面活性剂浓度以及粉体，聚合物粘结剂，表面活性剂三者的添加顺序对水性陶瓷浆料的稳定性的影响。

然而，在这种情况下，为了保持涂层质量，仍然需要使用稳定剂和润湿增强剂等功能性添加剂，或者对聚烯烃隔膜的表面进行改性，使其具有亲水性。这些功能添加剂在锂电池中起着杂质的作用，可能影响锂电池的电化学性能。且隔膜的表面处理增加了工序数，从而降低了制造工艺的效率，增加了生产成本，在经济上是不利的。

新的研究发现结合两种不同电极性和晶粒尺寸的陶瓷可以产生协同效应，使得在不需要使用分散稳定剂的情况下即可提高水性陶瓷浆料的分散稳定性。同样地，不同组分地加入和混合顺序也影响了双重陶瓷水性浆料的稳定性。

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.                      样品材料：水溶性高分子聚合物粘结剂羧甲基纤维素钠(CMC), Al2O3 (D50=430nm), SiO2(D50=12nm), 去离子水。 

2.2.                      样品制备：将以上材料按照比例（Al2O3/Si02/CMC/去离子水＝35/4/1/60 w/w/w/w），先用磁棒在25℃下以450rpm的速度不断搅拌混合物12小时，然后使用TRILOS混料脱泡机在25℃下搅拌5分钟。按照图1所示，改变混合顺序以期研究该工艺对双重陶瓷水性浆料稳定性的影响。

Figure 1 Mixing sequences for the preparation of aqueous dual ceramic coating slurries containing SiO2 and Al203

2.3.                      测试条件：LUMiSizer610，NIR870nm，25℃，2500rpm，10000s

3.       测试结果    

Figure 2 Instability index of aqueous dual ceramic coating slurries containing SiO2 and Al203, prepared according to the different mixing sequences and determined using Lumisizer ( b ) as a function of centrifugation time and ( c ) at a 1000 s centrifugation time

图2展示了在该测试条件下，不同组分的顺和顺序对双重陶瓷水性浆料稳定性的影响。不稳定性指数排序为seq.B＞seq.C＞seq.A。这表明，在引入CMC聚合物粘合剂之前，将两种陶瓷(Al2O3和SiO2)预混在一起，陶瓷浆料的分散稳定性最好。如果是先加入CMC聚合物粘合剂，由于CMC聚合物粘合剂表现出类似于SiO2的负zeta电位，当CMC聚合物粘结剂遇到具有正zeta电位的Al2O3时，它们与Al2O3表面的SiO2竞争，会降低SiO2护层形成的可能，从而达不到很好的稳定效果。如图3所示，SiO2护层的形成本可以降低陶瓷颗粒之间的范德华力，同时也使包裹在SiO2中的Al2O3颗粒之间产生静电斥力，提升分散稳定性。    

Figure 3 Demonstrating the formation of the Si02 sheath around the Al203 particles, resulting in the stable dispersion of the dual ceramic slurry.

4.       小结

本文证明了通过改变预混双重陶瓷材料的顺序，在水溶液中不需要功能性添加剂即可实现提高陶瓷浆料的分散稳定性的作用。使得锂电池制造流程更加环境友好，并且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良好基础。

转载自LUM仪器

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