电池用导电炭黑如何分散(2-2)

点击数：1617次    发布时间：2018年9月5日

导电炭黑，电池浆料如何分散（2-2）

三、导电炭黑超声波搅拌

目前，基于瞬时的声空化效应，超声波被人们用于微观尺寸的搅拌。这种效应需要在相当高的超声强度下产生，伴随着微观气泡大量形成和生长。当气泡尺寸达到某一临界值，气泡生长速率快速增加，然后瞬间破裂，形成冲击波对团聚体进行分散，同时造成局部的高温高压（局部压力可达上千个大气压）。

超声搅拌发生的另外一个过程是液体的宏观流动。空化气泡浓度以发生器为中心沿轴线逐步降低，气泡向低浓度区域扩散带动液体流动，流动速度高达2m/s。这种流体流动足以提供充分的搅拌效果，无需增加额外的设备。

相对较低的超声波频率有利于浆料制备。通常在更低的输入能量条件下，超声波搅拌能够达到与基于流体力学技术的搅拌相同的效果。超声波技术和球磨结合，以及添加表面活性剂的超声波搅拌特别有利浆料制备。

超声波搅拌技术的特点表明有可能在低溶剂含量条件下实现浆料颗粒均匀分散，这种高固含量技术也更加节能。就锂离子电池浆料而言，高固含量也是有利的，因为固含量低浆料更容易发生沉降，导致活物质、导电剂和粘结剂的不均匀分布，在极片干燥过程中也会导致沿极片厚度方向孔分布不均匀。浆料固体沉降到底部，集中在集流体的附近，这也会限制锂离子在此区域的传输。

实验室常见的超声分散方式有三种：

• 普通超声清洗机分散

• 细胞粉碎超声分散

• 管道超声分散

超声效果比较好，但有效超声面积小，时间长。

整个管道内的液体可同时得到超声，超声效果好，分散速度非常快，一般5分钟即可得到比较好的分散效果。

实验验证：管道超声仪分散效果（功率1KW，频率20KHz）

1、导电炭黑电池浆料分散

电池材料体系：LMO/Graphite；LMO Tap density: 1.88；Particle size D10-6.2, D50-10.5, D90-15.7；Specific surface area: 0.23

结果分析：

图3. 浆料经过和不经过超声分散正极的断面(a,b)、表面(c,d)SEM图；经过超声后的电极表面更均匀。

图4. 浆料经过和不经过超声分散负极的断面(a,b)、表面(c,d)SEM图；很明显的可以看到经过超声的电极表面更加平整。

2、纳米材料的分散

图5. 纳米材料导入超声波取得的效果(a)团聚状态，(b)均匀分散状态。

超声波搅拌技术应用较少，还处于研发阶段。需要注意的问题就是高强度超声波作用下可能出现化学反应。尤其在水基浆料中，超声波作用是否会产生H，OH，O和HO2等自由基，锂离子电池浆料超声波分散时，聚合物粘合剂分子链是否断裂，粘合剂是否与活物质和导电剂颗粒反应。常用的锂离子电池浆料粘结剂甲基纤维素钠，聚丙烯酸和聚乙烯醇等超声作用下容易发生聚合反应，而聚合物粘结剂分子链长度是控制电极形貌特征的重要参数，它们能够保持极片结合强度，消除电化学过程中的活性物质体积变化的影响。另外，超声分散相比较于其他两种方式，所需分散时间非常短。实验室分散Latex颗粒结果表明，5min之后颗粒度就可以降低到6um左右，非常适用于实验室涂布前的超声工序。

除了增加导电炭黑电池浆料的均匀化、细化和分散性之外，超声还在以下领域有所应用：

1. 用于塑料挤出机或者注塑机，具有良好的效果；

2. 用于制备生物柴油，能促进脂交换反应，可明显减少副产物，减少下游物料加工分离，气化等工序的压力，提升材料使用效率；

3. 超声陈化酒类，加速高效达标；

4. 加速提取动植物机体内有效的医用保健成分，比清洗槽式的超声提取方法具有更好的提取效应（此也是超声提取中药方法）)；

5. 在木塑行业中，对去除木粉、竹粉粉粒中的蛋白质、果胶、低聚糖类和脂类等有机物效果很好。