A lépésenkénti keverési folyamat és az egyszeri keverési folyamat összehasonlítása

A lítium akkumulátor-hígtrágya előállítási módszerével kapcsolatban a kutatók különböző pépesítési eljárásokat próbáltak ki. A tesztek bebizonyították, hogy a lépcsőzetes adagolású pulpálás folyamata jóval jobb, mint az egyszeri adagolás. Ez a cikk részletesen összehasonlítja az osztott lépéses és az egyszeri pépesítési folyamatokat. A két pépesítési eljárást az 1. ábra mutatja. (A) az egyszeri pépesítési eljárás; (b) a lépésenkénti pépesítési folyamat.

1. ábra Két különböző keverési folyamat

Az egyszeri keverési eljárás az, hogy a kötőanyagot és az NMP-t összekeverjük és fél órán át keverjük, majd az aktív anyagot és a vezető koromot egyszerre adjuk az oldószerhez keverés céljából. A többlépcsős keverés jellemzője, hogy az oldószer mennyiségét adagokban adják hozzá. Az egyszeri keverési folyamat és a többlépcsős keverési folyamat nemcsak nagy hatással van a hígtrágya tulajdonságaira, például a viszkozitásra, a dinamikus viszkoelasztikus modulusra és a stabil áramlási jellemzőkre, hanem az impedanciát, a ciklus teljesítményét és a sebesség teljesítményét is. akkumulátor.

1. A hígtrágya viszkozitása, a nyírási sebesség és a folyékonyság kapcsolata

A 2. ábra mutatja a viszkozitás és a nyírósebesség közötti összefüggési görbét. Látható, hogy függetlenül attól, hogy az egylépcsős vagy a lépésenkénti módszert alkalmazzák-e, a hígtrágya viszkozitása csökken a nyírási sebesség növekedésével (nyírási elvékonyodás). Az iszap viszkozitása alacsony nyírás esetén a szilárd részecskék ülepedési viselkedésének mértéke, a nagy nyírás alatti viszkozitás pedig az iszap feldolgozhatóságának mértéke. Alacsony nyíróerő esetén a két iszap nagyobb viszkozitása jobb, mert a szilárd részecskék nem telepedtek le jelentősen. Nagy nyírás esetén a hígtrágya alacsony viszkozitása is jó tulajdonság, mert ez azt jelenti, hogy a hígtrágyát egyenletesen keverik.

Természetesen annak ellenére, hogy a két előkészítési eljárás nyíróhígítással rendelkezik, a többlépcsős keverési módszer még mindig jobb, mint az egylépéses szintézis módszer. A szuszpenziós frekvenciaváltozás két típusának viszkoelaszticitását a 3. ábra mutatja.

3. ábra A szögsebesség és a tárolási modulus és a veszteségmodul közötti kapcsolat

Az ábrából láthatjuk, hogy az egylépéses módszerrel előállított hígtrágya viszkoelaszticitása nem a szögfrekvenciához, míg a többlépcsős módszerrel előállított hígtrágya viszkoelasztikus modulusa a szögfrekvenciához kapcsolódik. Másodszor, az ábrán G' a tárolási modulus és G' a veszteség modulus. Látható, hogy az egylépéses módszerben a tárolási modulus mindig nagyobb, mint a veszteség modulus, míg a többlépcsős zagy éppen ellenkezőleg. Látható, hogy az egylépéses eljárással előállított iszap főleg gél állapotú, és a részecskék együttesen agglomerálódva térfogatú hálózati struktúrát képeznek. A részecskeklaszterek nem pusztulnak el, nem bomlanak fel, és mindig kis nyírósebességgel keverednek, és a keverési hatást nem érik el. A többlépcsős eljárással előállított iszap lényegében alacsony viszkozitású szol, a részecske egységek egyenletesen vannak diszpergálva, a hálózati szerkezet pedig teljesen megsemmisül és szétszóródik. A lépcsőzetes szuszpenzió jó diszperziós állapotban van, és jó áramlási hiszterézist mutat, amelyet a grafikonon látható hiszterézis áramlási görbe (fluiditás) képviselhet. A 4. ábra mutatja a nyírósebesség és a nyíróerő kapcsolatát, amikor a nyírási sebesség először növekszik, majd csökken. Látható, hogy a többlépéses iszap hiszterézishurokkal rendelkezik.

4. ábra Nyírósebesség és nyíróerő

Az egylépéses keverési eljárással összehasonlítva a többlépcsős keverési folyamatban a részecskeklaszterek irreverzibilis hálózati struktúrája gyakrabban szakad meg. Az NMP oldószert többször adják hozzá, és az oldószer a kezdeti állapotban kevesebb, és a részecskék nagyobb valószínűséggel törnek meg nagy nyírási sebesség mellett. Mivel az egylépéses keverés az oldószer egyidejű öntését jelenti, az általános viszkozitás gyorsan csökken, és a részecskék közötti súrlódás nagyon kicsi, így nem lehet jó diszperziós állapotot elérni.

2. Két különböző keverési folyamat hatása a pólusra

A két eljárással előállított szuszpenziókat elektródákká készítik, és a különbség kezdete a két pólus darab keresztmetszeti képeiből látható, amint azt az 5. ábra mutatja.

5. ábra A pólusdarab SEM és EDS elemzése

(a) Egylépéses keresztmetszet (e) Többlépcsős keresztmetszet, látható, hogy miután a többlépcsős zagy előkészíti a pólusdarabot, a részecskekontaktus közelebb van, és a kevert állapot jobb.

A (b) és (f) ábrák a kétféle pépesítési eljárás pólusdarabjainak EDS Co elem-leképezési diagramjai. A Co elem lítium-kobalt-oxidból származik, amely igazolni tudja a többlépcsős módszer jobb keverési és diszperziós hatását.

A (c) és (g) ábra a kétféle méretezési eljárás pólusdarabjának C elemének feltérképezése. A C elem főleg PVDF-ből és vezetőképes koromból származik;

A d) és h) ábra a fluorelem feltérképezése a kétféle méretezési eljárás pólusdarabjában. Az F elem a PVDF-ből származik

Több fotósorozat eredményei azt is bizonyítják, hogy az egylépéses iszapban a vezető anyag és a hatóanyag sok agglomerátumot tartalmaz, és nincsenek egyenletesen eloszlatva.

Harmadszor, a keverési folyamat hatása az akkumulátor teljesítményére

1. Ciklus teljesítmény

A két szuszpenzióval előkészített akkumulátor ciklusteljesítményét a 6. ábra mutatja. 70 ciklus után az egylépéses és az osztott lépéses keverési folyamat kapacitása a kezdeti kapacitás 60% -a, illetve 70% -a. A kapacitás gyorsabban bomlik. Ennek oka lehet az akkumulátor' belső ellenállásának megváltozása egylépéses módszerrel.

6. ábra: Az akkumulátor ciklusának összehasonlítása

2. Az akkumulátor belső ellenállása a DOD-val változik

A kísérlet HPPC segítségével teszteli az akkumulátor belső ellenállását, és az eredményt a 7. ábra mutatja. A következő következtetéseket lehet levonni: a. Az akkumulátor belső ellenállása lemerülés közben nagyobb, mint a töltés belső ellenállása. Ennek oka, hogy a lítiumionok beépülésének sebessége a szilárd rácsba lassabb, mint a lítiumionok extrakciója. b. Az akkumulátor belső ellenállása a többlépcsős eljárással és az iszapos eljárással alacsonyabb, mint az egylépéses módszeré minden szakaszban és minden DOD-állapotban. c. Az akkumulátor belső ellenállása és a kisütés mélysége (D0D) szorosan összefügg. A kisütés mélységének növekedésével a lítiumionok beágyazásának helye egyre kevesebb, ami az akkumulátor impedanciájának ennek megfelelő növekedését okozza.

7. ábra: A két elem töltése és kisütése, valamint a belső ellenállás kapcsolata

3. Két keverési folyamat hatása az akkumulátor teljesítményére

A két pólusú elem belső ellenállásának összehasonlítása érdekében a megfelelő elemeket különböző ütemben lemerítik. A kisülési görbét a 8. ábra mutatja.

8. ábra: Az akkumulátor teljesítményének és polarizációjának összehasonlítása

Közülük az a egylépéses, a b pedig többlépcsős akkumulátor. Mindkét elemet állandó árammal töltik 0,2 C-on. Az a ábra azt mutatja, hogy a kisülési áram növekedésével az akkumulátor polarizációja tovább növekszik. A többlépcsős akkumulátor kisülési görbéjével ellentétben, bár az akkumulátor polarizációja is bizonyos mértékben növekszik, a polarizáció viszonylag kicsi az a. Ábrához képest. Ennek a jelenségnek az okát a hígtrágya előkészítési folyamatára kell visszavezetni. Amint azt korábban említettük, a többlépcsős keverési eljárás biztosíthatja a vezető anyag és a hatóanyag egyenletes eloszlását, stabil és egységes vezető hálózatot képezve. Ennek eredményeként az aktív anyag és a vezető anyag közötti érintkezési ellenállás nagymértékben csökken, hogy biztosítsák az akkumulátor kiváló ciklus teljesítményét.

Következtetés:

Még akkor is, ha a két különböző keverési folyamat végső szilárdanyag-tartalma megegyezik, a hígtrágya reológiai tulajdonságai mégis eltérőek. Az egylépéses keverési eljárás terméke gélszerű, és a por egységek a térfogattal töltött hálózati struktúrán belül vannak összekötve, így szilárd anyagú tulajdonságok lesznek, és nagyobb viszkozitással járnak. A többlépcsős keverési eljárással előállított termék alacsony viszkozitású szol, és a részecske-egységek diszpergálva vannak egymással. Ennek oka, hogy a kezdeti szakaszban a keverék oldószertartalma alacsonyabb, a részecskék szoros kapcsolatban vannak, és az ütközés valószínűsége sokkal nagyobb, mint az egylépéses iszapos módszer. Ezért az alacsonyabb folyadéktartalom elősegíti a részecske-agglomerátumok lebontását és diszpergálását. A vezetőképes anyag aktív anyagának egyenletes eloszlása ​​azt mutatja, hogy az akkumulátor alacsonyabb polarizációval rendelkezik, és jobb a ciklusteljesítménye és sebességi teljesítménye.