شرح مفصل لتغيرات حالة الجسيمات المادية أثناء تحضير ملاط ​​الإلكترود

يبلغ سمك قطعة القطب لبطارية الليثيوم بشكل عام حوالي 40-200 ميكرومتر ، ويختلف سمك قطعة القطب وفقًا لنوع البطارية (طاقة عالية ، طاقة عالية ، إلخ). إذا كنت تريد أن تتمتع بطارية الليثيوم بأداء كهروكيميائي جيد ، فيجب أن يكون لقطعة القطب نفس السماكة في الأمام والوسط والخلف ، وأن يكون لها سطح أملس دون عيوب. في ظل حالة استبعاد عملية الطلاء ، فإن تحضير الملاط هو الإجراء الأساسي لتحديد جودته. إن لزوجة ملاط ​​بطارية الليثيوم الجيدة مستقرة وليس من السهل تغييرها ، وحجم الجسيمات صغير ، ولا يوجد تحبيب واضح بعد الطلاء والتجفيف ، ولا توجد مواد غريبة مثل الفقاعات. بعد ذلك ، أثناء عملية تحضير الطين ، هناك جانبان رئيسيان يجب الانتباه لهما: الأول هو تفريق المواد الأولية بالتساوي ؛ والآخر هو منع التكتل الثانوي الناتج عن التفاعل بين المواد الخام. لذلك ، فإن الغرض من عملية الخلط هو تفريق وخلط المواد الأصلية بالتساوي ، وفي نفس الوقت منع لم شمل الجسيمات.

تنقسم قطع قطب بطارية الليثيوم إلى قطع قطب موجبة وقطع قطب سالبة. تختلف المواد الفعالة والعوامل الموصلة والمجلدات والمذيبات المستخدمة في قطعتين من القطبين باختلاف نظام البطارية. يتطلب خلط مثل هذا النظام متعدد الأطوار المعقد في ملاط ​​معلق متجانس خبرة عملية وأساسًا نظريًا. كلما كان حجم جزيئات المادة أصغر ، كلما كان الشكل أكثر غرابة ، كلما كان من الصعب تفريقها ، وخاصة العامل الموصل أسود الكربون ، والذي غالبًا ما يتكتل إلى قطع كبيرة أثناء عملية التحريك ، ليس فقط لا يلعب موصلًا جيدًا دور ، ولكن يؤثر أيضًا على الطاقة المحددة للبطارية لا يمكن استخدام أسود الكربون فقط في بطاريات الليثيوم ولكن أيضًا في البلاستيك والبوليمر والصناعات الأخرى ، لذلك هناك العديد من الدراسات حول تشتت الكربون الأسود. وفقًا لتقرير البحث الحالي ، هناك عدة طرق لتفريق التكتلات:

يحدث التشتت الأول على اليسار (تآكل) تحت تأثير قوة ميكانيكية ضعيفة نسبيًا. في هذا الوقت ، تتدفق المادة بالقوة الميكانيكية لتشكيل تكتلات من الجسيمات ذات الأحجام المختلفة. خلال هذه العملية ، يتم تقشير الأجزاء الصغيرة من المواد تدريجيًا من الركام الكبير ، وتشكل جزيئات ثانوية. عندما تتجاوز القوة الميكانيكية الخارجية قيمة حرجة معينة ، سيحدث تمزق الجسيمات فجأة ، كما هو موضح في منتصف الشكل أعلاه. إذا وصلت الطاقة الميكانيكية إلى مستوى معين وتم تمديد الوقت ، ستستمر الجسيمات في التفتت ، لكن احتمال حدوث هذه الظاهرة منخفض.

أثناء تحضير ملاط ​​بطارية الليثيوم ، قد يحتوي نموذج الاتصال بين المواد على الحالات الثلاث الموضحة في الشكل أعلاه. أولاً ، ليس من السهل تغيير بنية أسود الكربون ، وتوزيعه منتظم نسبيًا ، موجودًا كهيكل 1. مع تقدم التحريك الميكانيكي ، ستحدث إزالة البلمرة وتشتت العامل الموصل في وقت واحد ، وأخيراً يتم تغليف العامل الموصّل بالكامل على سطح المادة الحية.

إنها عملية مهمة للغاية من وجود جزيئات المواد الخام لتصبح مادة مختلطة بشكل متجانس. يمكن تقسيم العملية برمتها إلى حالة مسحوق صلب (I) وحالة رطبة مختلطة (II) وحالة معلقة أخيرًا (III). يظهر التحكم في العملية في الشكل أدناه.

يوضح الجدول التالي خصائص ومزايا وعيوب كل مرحلة في هذه العملية:

في مرحلة الخلط الجاف ، تؤثر طاقة الإدخال للمعدة والقوة الميكانيكية وحجم الجسيمات للمادة الحية على تشتت العامل الموصّل. بالإضافة إلى ذلك ، يتأثر تكتل المواد بشكل كبير برطوبة الهواء.

تبدأ حالة الترطيب عند إضافة المذيب إلى المسحوق الصلب لأول مرة. تعتمد درجة الترطيب على درجة تشبع المسحوق بالسائل وحالة الالتصاق والضغط. في هذه العملية ، يحدث تشتت وتكتل باستمرار ، مع تغيير حالة الخلط للخليط. عندما يتم الوصول إلى نقطة الهلام أو الحالة المشبعة بالكامل ، لم يعد هناك إدخال قوة كبير كما يتم تقليل قوة التفاعل بين الجسيمات ، ومن ثم يمكن تخفيفها لتقليلها إلى المحتوى الصلب المطلوب. في مرحلة تخفيف التعليق ، يتم إشراك ميكانيكا الموائع وقوة القص للطين. في ظل ظروف تدفق السوائل ، تعمل قوة القص التي يمارسها الخلاط على الجزيئات على تعزيز المادة لتكون في حالة مستقرة.

تمارس عمليات المعالجة والتحكم المختلفة قوى مختلفة على المواد والمواد الخام ، مما يؤدي إلى توحيد الجسيمات. خاصة بالنسبة لعامل موصل أسود الكربون ، فإن شدة الإجهاد المتفاوتة لها تأثير جيد جدًا على التوصيل الإلكتروني ، وسعة البطارية ، والكثافة الحالية لقطعة القطب. تأثير كبير ، لذلك من الضروري جدًا فهم حالة مرحلة خلط المواد في عملية تحضير الملاط.