锂离子电池的电极剥离强度对性能有着显著的影响,因此探讨剥离强度的影响因素十分须要,本文主要讨论涂布工艺及浆料的影响。
烘干历程中电极内部结构转变
烘干的初始阶段,各因素在电极中匀称漫衍。在干燥历程中,由于溶剂蒸发,电极膜缩短,在气液界面处保存溶度梯度,在固结颗粒层的外貌形成弯月面。溶剂通过毛细管力在石墨颗粒间举行向外貌迁徙,并且陪同着颗粒层膨胀。SBR粘合剂和炭黑的颗粒尺寸至少比石墨小100倍,石墨颗粒间距足够让SBR及炭黑自由流动,溶剂流动会带着聚合物及小颗粒一起迁徙,使他们在电极的上层富集,当溶剂完全蒸发后,电极膜缩短阻止。
烘干历程主要分为以下三个阶段:
(1)空气-膜界面处溶剂含量一直下降,直至抵达临界浓度。
(2)从这个临界点最先,空气-膜界面处溶剂浓度坚持稳固,
(3)当溶剂进一步蒸发时,空气-膜界面处溶剂溶度最先下降,直到膜形成。
烘烤速率对剥离强度的影响
由烘干历程剖析知,在极片烘干历程中,SBR粘结剂及炭黑随着溶剂蒸发而向外貌迁徙,那么烘烤速率对电极内部因素漫衍影响怎样?
下图为差别烘烤速率情形下,从集流体到气液界面的粘结剂浓度漫衍情形,从图可知,在低烘烤速率(LDR)的情形下,差别位置的粘结剂漫衍相对匀称,而在高烘烤速率(HDR)情形下,从集流体到气液界面的粘结剂浓度一直变大,在集流体与敷料区处粘结剂漫衍很少,这将直接导致剥离强度下降,别的电极阻抗也会响应增大。
涂布工艺的刷新
在设计高能量密度电池时,电极厚度一样平常很大。凭证烘烤历程的电极特征,Darjen Liu等人提出了一个新型的双层涂布,划分设计两种差别粘结剂含量的浆料,上涂层的粘接剂含量低于下涂层,通过增添下涂层的粘接剂含量来填补粘接剂在干燥历程中向外貌迁徙带来的影响。
下图为差别涂布计划,其中80℃,150℃划分体现烘烤温度,3.0wt%,3.5wt%,4.0wt%,4.5wt%,5.0wt%划分体现差别粘结剂含量的浆料涂层。
涂布面密度对剥离强度的影响
若是电极结构内颗粒的牢靠速率快于溶剂向电极外貌的赔偿流动速率,则粘合剂的迁徙征象将大大镌汰,湿涂层中溶剂量越小,温度越高,溶剂的蒸发速率越快。
低面密度电极,电极阻抗基本上不受温度的影响,这主要是由于溶剂总量低并且电极结构固化快,粘结剂不会有显着的迁徙。
高面密度电极则体现完全纷歧样的特征,恒速蒸发阶段很长,给粘结剂迁徙提供了足够的时间,随着温度升高,粘结剂和炭黑迁徙征象加剧,导致剥离强度变差,并且电极阻抗也会增大。
在80℃下,差别面密度的剥离强度差别不大。
当抵达110℃时,迁徙速率将会增大,面密度增大到5.4mg/cm2,那么干燥时间会增大,这会给粘结剂提供足够的迁徙时间,扑面密度进一步增大到12mg/cm2时,剥离强度会降低52%。
当温度增大到130℃时,迁徙征象会进一步加剧,导致剥离强度变差。
浆料对剥离强度的影响
固含量降低将会导致剥离强度降低,这主要是由于固含量降低后,需要更长的时间或更高的温度举行烘干,这都将导致粘结剂的迁徙征象加剧,导致剥离强度变差。粘结剂比例增大也可提高剥离强度。
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