歐賽科技鋰電池材料水分測試解決方案
2019年7月 歐賽科技市場部
隨著我國經(jīng)濟(jì)新能源行業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)電池新材料需求的不斷增加,再加上手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、汽車等產(chǎn)品對(duì)新型、、環(huán)保電池材料的強(qiáng)勁需求,我國電池新材料市場將不斷擴(kuò)大。鋰電池作為電池未來發(fā)展方向,其正極材料市場發(fā)展前景看好。同時(shí),智能手機(jī)推廣和新能源汽車的大規(guī)模商業(yè)化都將為鋰電池正極材料帶來新機(jī)遇。
鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液等構(gòu)成,正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例,并且正極材料的性能直接影響了鋰電池的各項(xiàng)性能指標(biāo),且決定了鋰電池的成本,所以鋰電正極材料在鋰電池中占據(jù)核心地位。目前已經(jīng)市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。
電極材料一般要求水分含量在500ppm以下,200-300ppm較佳;如果超過600ppm,可能導(dǎo)致電極涂覆層掉份,涂覆不均,或者溶于電解液,導(dǎo)致HF生成,而使其鼓包、報(bào)廢。關(guān)于電極水分測試,因?yàn)殡姌O材料非常容易吸水,不能暴露于空氣中,所以不能采用常規(guī)的加熱失重法測試,而需借助密閉的滴定單元,通過卡爾菲休滴定法來測試;因?yàn)殡姌O材料不溶于一般的甲醇等溶劑,無法將水分分散到非水液體體系中,不能直接滴定測試,所以,一般借助卡氏水分進(jìn)樣器(卡氏爐),將電極中的微量水分烘出來,由干燥的載氣(空氣或氮?dú)猓氲味ū械味ā?/span>
所以,兼顧效果和速度,KFas卡氏水分進(jìn)樣器加庫侖水分滴定儀是很好的配套方案。
KFas 系列卡氏水分進(jìn)樣器產(chǎn)品優(yōu)勢:
1、頂空加熱式進(jìn)樣設(shè)計(jì),死體積??;
2、標(biāo)配11位智能樣品進(jìn)樣器(含1位平衡位),樣品轉(zhuǎn)移、進(jìn)樣、平衡等動(dòng)作均自動(dòng)完成,可實(shí)現(xiàn)一鍵操作,無人值守;
3、獨(dú)立控制每個(gè)樣品測試位的溫度和載氣流量,全電子智能控制;
4、空氣/氮?dú)怆p載氣系統(tǒng),內(nèi)置空氣泵及干燥過濾系統(tǒng),無需外界氮?dú)饧案稍锵到y(tǒng)即可工作;亦可通過外接氮?dú)馄炕虻獨(dú)獍l(fā)生器工作;
5、小型一體化的加熱腔設(shè)計(jì),配備高精度智能溫控器,溫度范圍50~280℃,解析度0.1℃,精度±0.2℃(180℃以內(nèi));加熱效率大于15℃/min,配備智能風(fēng)冷系統(tǒng),降溫效率可達(dá)10℃/min;
6、全電子流量控制,范圍0~200ml/min,解析度1ml/min,精度±1ml/min;
7、兼容瑞士萬通(Metrohm)Tiamo軟件,用可通過Tiamo軟件獨(dú)立設(shè)置運(yùn)行序列表中每個(gè)待測樣品的溫度、流量和樣品位置,實(shí)現(xiàn)KFas、831/756/851/852、Tiamo三者的無縫對(duì)接;
8、非單一式順序檢測,客戶可以根據(jù)需要任意設(shè)定不同測試位樣品的分析次序;支持臨時(shí)加樣、序列暫停和運(yùn)行過程中序列擴(kuò)項(xiàng)(限Tiamo軟件操作);
9、彩色觸摸屏,圖形化交互界面;客戶可以直接在觸摸屏上讀取自動(dòng)進(jìn)樣器和水分儀的狀態(tài)(溫度、流量、樣品位、進(jìn)樣針位置、水分儀漂移值、水分儀微水含量等),可以在觸摸屏上編輯分析序列表,手動(dòng)控制進(jìn)樣器,查看測試結(jié)果等;
10、標(biāo)配經(jīng)典10ml螺口密封瓶,避免繁瑣的壓蓋操作,亦可根據(jù)客戶具體需求定制卡氏進(jìn)樣瓶;使用2.5mm的增厚型密封墊,使得瓶墊可多次重復(fù)使用;
11、進(jìn)樣針采用縮尖固化設(shè)計(jì),可有效避免進(jìn)樣針在隔墊穿刺和樣品測試過程中的堵塞,并極大提高了進(jìn)樣針的強(qiáng)度和壽命;
12、全系列標(biāo)配歐姆龍(OMRON)光電傳感器,并配備樣品在位監(jiān)測系統(tǒng),確保自動(dòng)分析的穩(wěn)定運(yùn)行和準(zhǔn)確測試;
13、全系列配備伴熱管,標(biāo)配為60℃,亦可根據(jù)客戶需求定制不同溫度的伴熱管或使用連續(xù)溫度可調(diào)可控的加熱系統(tǒng)(40-120℃,可在觸摸屏上設(shè)置監(jiān)控);
鋰電池作為一種新興能源儲(chǔ)備介質(zhì),其憑借綠色無污染以及可以循環(huán)使用等性能正受到人們的高度關(guān)注。鋰離子電池的制備工藝十分嚴(yán)格,一般的生產(chǎn)廠家均采用以下步驟:合漿、涂膜、烘干、輥壓、分切、組裝等。在鋰離子電池制作過程中,zui初的電池漿料的質(zhì)量將影響后序所制備電池的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。
鋰離子電池漿料是由活性物質(zhì)(正負(fù)極材料)、導(dǎo)電膠液(黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑)等,通過攪拌的方式均勻分散制備而成的。為了追求更優(yōu)異的電化學(xué)性能,電池行業(yè)對(duì)電極漿料的粒徑要求更高,而導(dǎo)電膠液的粒徑尤為關(guān)鍵。導(dǎo)電膠液的首要作用是提高電子電導(dǎo)率。導(dǎo)電膠液在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用以減小電極的接觸電阻,提高鋰電池中電子的遷移速率,降低電池極化。導(dǎo)電膠液的粒徑、形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)是影響導(dǎo)電性能的重要因素。
目前傳統(tǒng)的導(dǎo)電膠液的制備都是在雙行星攪拌機(jī)中完成的。盡管目前在電池生產(chǎn)技術(shù)上已日趨成熟,但得到的產(chǎn)品常會(huì)出現(xiàn)混合分散不均勻、導(dǎo)電粉體顆粒與黏結(jié)劑接觸不均勻、易分層和發(fā)生硬性沉淀等一系列問題。
案例:微射流高壓納米均質(zhì)機(jī)分散導(dǎo)電膠液
1. 案例描述:國內(nèi)知名的鋰電池公司的導(dǎo)電膠液樣品,在采用行星式攪拌分散后,粒徑D90數(shù)值為6mm,達(dá)不到所需的zui佳粒徑分布要求。所以尋求全新的研磨分散方式。
2. 應(yīng)用解決方案:微射流高壓納米均質(zhì)機(jī)
由于該設(shè)備的高壓噴射原理能夠在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨大的剪切力,碰撞力,氣穴力,從而將大量能量集中作用于物料,使物料的成分以完全的均質(zhì)的狀態(tài)存在,能夠大幅提升效率。
3. 導(dǎo)電膠液(碳納米管+SP+PVDF)均質(zhì)實(shí)驗(yàn)過程:
將導(dǎo)電膠液攪拌0.5小時(shí),隨后放入高壓納米均質(zhì)機(jī)處理5次,見下圖所示。
4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
粒度 | 均質(zhì)分散前(紅色) | 均質(zhì)分散5次后(藍(lán)色) |
D10 (mm) | 0.079 | 0.034 |
D50 (mm) | 1.189 | 0.063 |
D90 (mm) | 6.097 | 1.504 |
用激光粒度儀測量均質(zhì)前后導(dǎo)電膠液的粒徑分布情況。從上圖看出,經(jīng)過5個(gè)循環(huán)分散后,導(dǎo)電膠液的粒度有明顯的下降。其中,D90數(shù)值從6.097mm下降到了1.504mm。說明內(nèi)部的團(tuán)聚被大幅打開。
使用Fungilab V-Pad L型粘度計(jì)進(jìn)行粘度測試,測試條件:L3轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速12r/min。測試結(jié)果:均質(zhì)前,導(dǎo)電膠液的粘度為1200cp。均質(zhì)機(jī)處理5次后,粘度降至828cp。
將均質(zhì)處理后的導(dǎo)電膠液和鈷酸鋰混合攪拌成漿料。經(jīng)測試,漿料的粘度有所降低,更能滿足涂布所需的粒度要求,有利于提升主材的固含量。穩(wěn)定性也比之前更好一些,大大降低成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
結(jié)論:
通過上述實(shí)驗(yàn)可以證明采用微射流高壓納米均質(zhì)機(jī)能有效解決客戶關(guān)于導(dǎo)電膠液分散的需求。此外,由于實(shí)驗(yàn)室型與生產(chǎn)型設(shè)備都采用相同的分散單元,并能使用相同的參數(shù)。所以無須擔(dān)心放大生產(chǎn)后,分散品質(zhì)的繼承性問題,這對(duì)于產(chǎn)品的擴(kuò)大化生產(chǎn)有重要的意義。
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很多消費(fèi)者在電池的使用過程中,往往存在電池的使用方法都是相同的概念,現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)是主流,但以往的鎳氫電池使用方式仍然被應(yīng)用在鋰電池上,其實(shí)鋰電池跟鎳氫電池除了產(chǎn)品不一樣外,使用方式也不相同。
新買的鋰電池:頭三次先用至自然關(guān)機(jī),再配合原裝直充在手機(jī)開機(jī)充電到滿,然后繼續(xù)保持充電約1小時(shí)(2000mah以上約2小時(shí))。
日常:充滿就可,滿后續(xù)充莫超過1小時(shí)。避免深夜充(電網(wǎng)電壓偏高)。電池可隨充隨用,可用到告警或關(guān)機(jī)。注意用到關(guān)機(jī)的電池盡量及時(shí)充電,否則電池自放電、電壓繼續(xù)下降可能導(dǎo)致自鎖保護(hù)無法充電。要養(yǎng)成習(xí)慣:白天到單位、晚上到家,就開始充電,充滿后或離開、睡覺前拔掉電源。
使用:一般鋰電池可隨充、隨用、隨停。循環(huán)壽命是指全充全放次數(shù),部分充放電可理解為幾分之一次壽命。電池使用的關(guān)鍵:電池充滿,可加充電20分鐘-半小時(shí)以達(dá)到飽和,但一定要避免充滿后長時(shí)間充電。滿后長時(shí)間繼續(xù)充電會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng),結(jié)果是容量下降及內(nèi)阻變大,出現(xiàn)容量縮短、一打電話就關(guān)機(jī)的情況。PPC等帶電量芯片的機(jī)器,一直用到?jīng)]電再充,主要是考慮電量顯示計(jì)量的問題。
電池充滿后繼續(xù)充電對(duì)鋰電池傷害很大。滿后繼續(xù)充電,電池內(nèi)部將產(chǎn)生副反應(yīng),活性物質(zhì)減少,垃圾物質(zhì)增多,容量下降,內(nèi)阻增大,嚴(yán)重過充直接破壞電池結(jié)構(gòu),導(dǎo)致電池報(bào)廢?,F(xiàn)在一些充電器也提供了充電保護(hù)模式,會(huì)根據(jù)電池的電量是否充滿調(diào)節(jié)充電模式,可以有效的保護(hù)電池。
鋰離子電池可隨時(shí)充電,對(duì)壽命的影響有限,對(duì)PPC等帶電量計(jì)電池,建議用到自動(dòng)關(guān)機(jī)后充電,以免影響。隨時(shí)可充電、隨時(shí)可停止,如果充滿了繼續(xù)充電,會(huì)對(duì)電池的壽命產(chǎn)生影響。