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鋰離子電池漿料分散機理

儒特 2023-09-18 | 閱讀：1124

1漿料穩(wěn)定性理論
大部分的漿料都是屬于懸浮液體系,。不穩(wěn)定的懸浮液在靜止狀態(tài)下發(fā)生絮凝,，并由于重力作用而很快分層,，分散的目的就是要在產品的有效期內抗絮凝、防止分層，維持懸浮顆粒的均勻分布，提高產品的穩(wěn)定性,。

2懸浮液的絮凝理論
絮凝作用即是在靜態(tài)（由于布朗運動）或動態(tài)（在剪切力作用下條件下，通過顆粒碰撞引起顆粒數(shù)目減少的過程,。膠體系統(tǒng)中,，如不考慮穩(wěn)定劑，顆粒間的相互作用主要有范德華（VanderWaals）引力,；伴隨著帶電顆粒的庫侖（Coulombic）力（斥力或引力）,。這些力的起因截然不同，Derjaguin和Landau在蘇聯(lián),，Verwey和Overbeek在荷蘭分別獨立的提出DLVO理論,，構成了親液分散體系中絮凝作用經典理論的基礎，闡述了膠體懸浮體系的穩(wěn)定性主要與膠體顆粒間上述兩個獨立的相互作用的相對距離有關,。

1.2.1.2,，懸浮液的分層理論
分層是分散相在外力（重力或離心力）作用下,，在連續(xù)相中上浮或下沉的結果,。在忽略布朗運動效應的靜態(tài)條件下，可用Stokes定律來描述,，即分散相球形顆粒由于重力的沉降速度u0由下式確定：

公式式中ρs-ρ為分散相與連續(xù)相的密度差,，g為重力加速度，d為分散相顆粒直徑,，μ為連續(xù)相的粘度,。如果分散相顆粒的密度比連續(xù)相密度大，顆粒下沉,，速度uo為正值,，反之，顆粒上浮,，速度為負值,。沉降速度大，漿料就容易分層。如果要保持體系穩(wěn)定,，就必須降低沉降速度,，對于特定的漿料可以通過減小分散相固體顆粒直徑d。因為只有當粒徑減至連續(xù)相液體分子大小時,，顆粒才能穩(wěn)定,、均勻地分散在液體中不發(fā)生分離。

通過以上的分析我們可以看出,，要提高懸浮液的穩(wěn)定性,，分散相顆粒的粒徑應盡量細小。但應該指出,，根據(jù)前人所做的大量研究發(fā)現(xiàn),，隨著顆粒粒度的減小，雖然顆粒由重力引起的分離作用變?yōu)榇我囊蛩?，但是由于顆粒之間的間距減小,，顆粒之間的結合力（范德華力等）起到了重要決定性作用。另外,，當顆粒直徑小于某一細小尺寸時,，此時，顆粒的布朗運動效應就不能忽略了,，所以由于細小顆粒的布朗運動,，而使得顆粒之間產生激烈地碰撞。若不加穩(wěn)定劑,，這些情況都會導致顆粒團聚,，對體系的穩(wěn)定是不利的。所以漿料的分散中,，顆粒粒徑并非越細越好,，要視漿料的特性而定。分散就是要根據(jù)物料的特性與特點,，減小分散相顆粒的粒度,，使其分布于一個較窄的尺寸范圍，并達到吸力與斥力的相互平衡,，從而保證漿料體系的穩(wěn)定,。

1.2.2，團聚與分散的關系
漿料的團聚是指原生的微細顆粒在制備,、分散及存放過程中,，相互連接、由多個顆粒形成較大的顆粒團簇的現(xiàn)象,。

顆粒在液相介質中表現(xiàn)為分散和團聚兩種基本的行為,。顆粒在液體介質中的團聚是吸附與排斥共同作用的結果,，其根源是顆粒間的相互作用力。在懸濁液體系中,，粉體顆粒的團聚是吸附和排斥共同作用的結果,。如果吸附作用大于排斥作用，粉體顆粒團聚,；如果吸附作用小于排斥作用,，粉體顆粒則分散。在液體介質中,，粉體顆粒受力情況較復雜,，不僅有像范德華力、靜電力,、表面張力,、毛細管力等產生團聚的吸引力，而且在粒子的表面,，還會產生雙電層靜電作用,、溶劑化膜作用、聚合物吸附層的空間保護作用等使納米顆粒趨向于分散的斥力作用,。

顆粒在介質中的穩(wěn)定分散一般包括以下過程：潤濕,、機械分散及分散穩(wěn)定。潤濕通常指顆粒與顆粒之間的界面被顆粒與溶劑,、分散劑等界面所取代的過程,。機械分散是利用剪切力將大量顆粒細化、使團聚體解聚,、被潤濕,、包裹吸附的過程。分散穩(wěn)定是指將原生粒子或較小的團聚體在靜電斥力,、空間位阻斥力作用下來屏蔽范德華引力,使顆粒不再聚集的過程,。團聚體分散解聚的直接原因是受到剪切力和壓力的作用，剪切力在分散過程中起到了決定性的作用,。

1.2.3,，團聚體變形與破裂
在研究流動性質隨時間和應力的變化時，一般要考察顆粒的結合與破裂,。研究發(fā)現(xiàn)，無論是顆粒的結合所必須得碰撞,，還是多顆粒團的破壞,，都與顆粒大小有緊密的函數(shù)關系，也就是說,，顆粒大小是影響流變和穩(wěn)定性的一個關鍵因素,。

在層流狀態(tài)下,，流體中的物料團聚體受層流剪切力作用。不考慮團聚體的重力作用,，物料團聚體受剪切力t的作用與表面張力的作用,。剪切作用的切向分力的作用效果是使團聚體發(fā)生旋轉的主要原因，而法向分力和表面張力則在團聚體的內部分別產生壓差,，這兩種壓差綜合作用的結果就是使團聚體的內部產生變形,，在其原有裂紋的區(qū)域上就會產生應力集中，并最終導致團聚體的破碎與分散,，分解成更小尺寸級別的顆粒,。

電池漿料

在湍流狀態(tài)下，流場的變化非常迅速,，且存在著固體分散相與液體連續(xù)相之間的相互作用,，例如由于固體相對液體相湍流具有的阻尼作用，使其脈動強度降低,，流場中流動情況相當復雜,。所以為了簡化起見，在假定湍流是均勻的,，并且是各向同性的基礎上,，認為液滴的破裂由湍流的脈動效應所引起的。在這種情況下,，液滴受到的粘性剪切應力可忽略,，若兩相粘度和密度相差比較小，則在液滴表面將會產生振動,，振動將會使其形狀相對于平衡的球形而發(fā)生變化,，當變化的程度足夠大時，液滴就會不穩(wěn)定,，破裂成兩個或更多的小液滴,，條件是液滴振動的動能足以提供破裂后所增加的表面能。

1.3,，漿料傳統(tǒng)混合分散工藝

目前傳統(tǒng)的鋰離子電池漿料的制備都是在雙行星分散設備中完成的,。盡管目前在小型電池生產技術上已日趨成熟，但目前鋰離子電池的生產過程中,，電池的一致性控制仍然是鋰離子電池制作的技術難點,，尤其是對于大容量、大功率的動力型鋰離子電池,。另外,，隨著鋰離子電池材料的不斷進步，原材料顆粒粒徑越來越小,，這不僅提高了鋰離子電池性能,，也非常容易形成二級團聚體,，從而增加了混合分散工藝的難度。

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