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杨正红:原浓分散体系颗粒粒径分布、ZETA电位及流变性测试
2018年12月21日 发布 分类:行业要闻 点击量:1107
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为保证产品质量,严格进行质量控制是每个行业都需要遵照的守则。但有时候质控已经做足了,质量却不一定如意,其中关键就在于检测方法是否真的到位。

 

举个例子,锂离子电池的生产制造是由一个个工艺步骤严密联络起来的过程,其中对电池浆料的精密调理是提高电池综合性能的关键在这个过程中,除了正负极材料的颗粒尺寸形貌等指标外,通过高粘度搅拌工艺使得浆料中导电剂较好地分散在主料的表面,均匀地包覆住主料,都是直接影响电池倍率性能的因素

 

电极的浆料组成成分及作用

电极组成

正极材料

负极材料

主料

锂盐(如钴酸锂):为电池提供锂源。

石墨:构成负极反应的主要物质。

导电剂

提高正极片的导电性,补偿正极活性物质的电

子导电性;增加反应界面,减少极化。

提高负极片的导电性,补偿负极活性物质的电子导电性;

提高反应深度及利用率;防止枝晶的产生;提高反应界

,减少极化。

粘合剂

PVDF:将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝网粘合

在一起。

水性粘合剂:将石墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜网粘

合在一起。

添加剂

 

降低不可逆反应,提高粘附力;提高浆料黏度,防止浆

料沉淀。

 

合浆后的浆料需要具有较好的稳定性,这是电池生产过程中保证电池一致性的一个重要指标。否则搅拌停止后,浆料就会出现沉降、絮凝聚并等现象,影响后续的涂布等工序。但该如何确认电池浆料是否稳定,并没有那么简单。

 

由于电池浆料是种由多种不同比重、不同粒度的原料组成,又是固-液相混合分散油状的黑色流动液体,属于非牛顿液体,因此除具有一般流体所具有的特征如粘性、流动性等,还具有一些自身特殊的性能,如流变性(流变性正是体现电池浆料分散效果是否良好的具体指标之一)。同时,电池浆料高度不透光的特点,也使得激光粒度分析仪在测定其中材料的颗粒尺寸时存在困难。

 

注:流变性是指物质在外力作用下的变形和流动性质。由于液体不能承受剪切力,因而不能保持其外形的稳定。在外力的作用下,液体就会发生流动和变形等的性质,称为流变性。影响锂离子电池浆料流变性的一些主要参数有:①分散相或固相的类型及表面电荷的大小;②固相的浓度;③固相颗位的大小、形状以及粒径的分布;④分散介质本身的粘度;⑤温度和压力;⑥浆料的pH值。

 

目前来说,监测浆料稳定性的最佳手段zeta电位探头直接定时(定期)观察浆料的平均粒度和zeta电位变化监测团聚的发生但我国在这一方面涉猎甚少,大部分企业都只能通过测粘度对浆料稳定性进行粗放的宏观管理,而缺乏对浆料本身电学性质的研究和监测,极大地影响了锂离子电池的成品率,导致成本无法下降,品质无法提高

 

 

 

注:ZETA电位是指剪切面(Shear Plane)的电位,又叫电动电位或电动电势,是表征胶体分散系稳定性的重要指标。分子或分散粒子越小,Zeta电位的绝对值(正或负)越高,体系越稳定,即溶解或分散可以抵抗聚集。反之,Zeta电位(正或负)越低,越倾向于凝结或凝聚,即吸引力超过了排斥力,分散被破坏而发生凝结或凝聚。

 

而在其他发达国家,为了精准地对锂离子电池浆料及其稳定性进行质控,美国和日本锂电企业都是通过超声衰减/电声学技术ISO 20998/ISO13099)表征浆料中颗粒的大小、流变性质和电学性能——因为在可比较的范围内,超声衰减法和激光衍射法测得的颗粒粒度是一致的。

 

使用超声衰减法来测验颗粒粒度的好处在于,由于该法是利用超声波在含有颗粒的连续相中传播时,声与颗粒的相互作用产生的声吸收、耗散和散射所引起的损失效应来测量颗粒粒度及浓度,因此可以对原浓分散体系进行直接测量,无须像激光测量法那样必须对样品进行稀释处理——稀释后会破坏聚集或凝聚,无法真实有效地反应出原浓体系的粒径分布信息。

 

既然有需求,那么掌握先进技术的科学仪器厂家自然不会错过,比如说美国分散科技公司(DTI)就开发出了一款高度集成的DT-1202超声粒度和zeta电位分析仪,不仅可以测定原浓体系黑色浆料的粒度分布和zeta电位(粒度范围:5nm~1mm,体积浓度可达50%),适应高粘度样品的测定(可达20,000 cP),而且可在一台仪器上完成pH、温度、电导率及流变性质的测定

 

 

DT-1202超声粒度和zeta电位分析仪

 

如果您对“超声衰减/电声学技术”这种可以让研究人员在胶体科学研究中如虎添翼的手段感兴趣的话,请千万不要错过于本月23日在珠海开幕的“2018全国粉体检测与表面修饰技术创新论坛”。在本次技术交流会上,来自仪思奇(北京)科技发展有限公司的杨正红总经理将带来题为原浓分散体系颗粒粒径分布、ZETA电位及流变性测试的报告,为我们细细剖析这种在高浓度、高粘度或有色胶体体系中的最佳测量手段的原理及应用!

 

报告人介绍:

 

 

杨正红,1985年毕业于北京大学,师从著名化学家,我国生物无机化学学科的开拓者, 中科院院士王夔教授。留校任教至副研究员期间,主要从事自由基生命科学研究并担任天然药物及仿生药物国家重点实验室仪器组组长,先后发表及合作发表论文三十余篇,获得国家教委科技进步二等奖及北京市卫生局科技进步二等奖各一项。

 

1997年4月,被聘为瑞士华嘉公司分析仪器部产品专家,销售经理,负责颗粒特性分析仪器的技术支持及销售。2000年以来,有多篇颗粒特性分析的论文发表。2004年起,杨正红先后被英国马尔文仪器公司聘为市场部经理,北方区经理, 并同时担任美国康塔仪器公司的中国区经理,北京代表处首席代表。2016年7月,杨正红创建仪思奇(北京)科技发展有限公司,致力于国外最先进仪器分析技术的引入推广和国产化先进仪器装备的自主研发和产业化进程。

 

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