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Rheology and Structure of Lithium-Ion Battery Electrode Slurries
Energy Technology ( IF 3.6 ) Pub Date : 2022-08-25 , DOI: 10.1002/ente.202200545 Carl D. Reynolds 1, 2 , Sam D. Hare 2, 3 , Peter R. Slater 2, 4 , Mark J. H. Simmons 2, 4 , Emma Kendrick 1, 2
Energy Technology ( IF 3.6 ) Pub Date : 2022-08-25 , DOI: 10.1002/ente.202200545 Carl D. Reynolds 1, 2 , Sam D. Hare 2, 3 , Peter R. Slater 2, 4 , Mark J. H. Simmons 2, 4 , Emma Kendrick 1, 2
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The rheology of electrode slurries dictates the final coating microstructure. High slurry viscosity creates excess pressure and limits coating speed, elasticity causes instabilities leading to coating defects and high flow causes slumping leading to thin, poorly structured coatings. However, due to differing solvent systems and components, and the complex nature of the many competing interactions, finding the source of these detrimental rheological properties can be difficult. Herein, a systematic rheological characterization of all components of an industrially relevant anode and cathode slurry is presented. Through a combinatory approach, the additive nature of the interactions is explored, using steady shear, small and large amplitude oscillatory shear to give insight into the underlying structure, which is vital to develop novel, more sustainable formulations. For water-based anodes, the polymeric binder dictates the rheology, thickening the slurry, allowing efficient suspension of the active material particles, which only contribute an increase in viscosity. For N-methyl pyrrolidine (NMP)-based cathodes, the conductive additive forms a weakly gelled network in NMP which flows under coating shear. The binder, as well as thickening, also functions to adsorb to active material surfaces, displacing additive and leaving it free to form this network, which is key to the electronic properties of the dried electrode.
中文翻译:
锂离子电池电极浆料的流变学和结构
电极浆料的流变性决定了最终涂层的微观结构。高浆料粘度会产生过压并限制涂层速度,弹性会导致不稳定性,导致涂层缺陷,高流动性会导致坍落,导致涂层薄、结构差。然而,由于不同的溶剂系统和组分,以及许多相互竞争的相互作用的复杂性,找到这些有害流变特性的来源可能很困难。本文介绍了工业相关阳极和阴极浆料的所有组分的系统流变特性。通过组合方法,探索了相互作用的加性性质,使用稳定剪切、小振幅和大振幅振荡剪切来深入了解底层结构,这对于开发新的、更可持续的配方。对于水基阳极,聚合物粘合剂决定了流变性,使浆料变稠,使活性材料颗粒有效悬浮,这只会增加粘度。对于基于 N-甲基吡咯烷 (NMP) 的阴极,导电添加剂在 NMP 中形成弱凝胶网络,该网络在涂层剪切下流动。粘合剂以及增稠剂还具有吸附到活性材料表面、置换添加剂并使其自由形成网络的作用,这是干燥电极电子特性的关键。导电添加剂在 NMP 中形成弱凝胶网络,在涂层剪切下流动。粘合剂以及增稠剂还具有吸附到活性材料表面、置换添加剂并使其自由形成网络的作用,这是干燥电极电子特性的关键。导电添加剂在 NMP 中形成弱凝胶网络,在涂层剪切下流动。粘合剂以及增稠剂还具有吸附到活性材料表面、置换添加剂并使其自由形成网络的作用,这是干燥电极电子特性的关键。
更新日期:2022-08-25
中文翻译:
锂离子电池电极浆料的流变学和结构
电极浆料的流变性决定了最终涂层的微观结构。高浆料粘度会产生过压并限制涂层速度,弹性会导致不稳定性,导致涂层缺陷,高流动性会导致坍落,导致涂层薄、结构差。然而,由于不同的溶剂系统和组分,以及许多相互竞争的相互作用的复杂性,找到这些有害流变特性的来源可能很困难。本文介绍了工业相关阳极和阴极浆料的所有组分的系统流变特性。通过组合方法,探索了相互作用的加性性质,使用稳定剪切、小振幅和大振幅振荡剪切来深入了解底层结构,这对于开发新的、更可持续的配方。对于水基阳极,聚合物粘合剂决定了流变性,使浆料变稠,使活性材料颗粒有效悬浮,这只会增加粘度。对于基于 N-甲基吡咯烷 (NMP) 的阴极,导电添加剂在 NMP 中形成弱凝胶网络,该网络在涂层剪切下流动。粘合剂以及增稠剂还具有吸附到活性材料表面、置换添加剂并使其自由形成网络的作用,这是干燥电极电子特性的关键。导电添加剂在 NMP 中形成弱凝胶网络,在涂层剪切下流动。粘合剂以及增稠剂还具有吸附到活性材料表面、置换添加剂并使其自由形成网络的作用,这是干燥电极电子特性的关键。导电添加剂在 NMP 中形成弱凝胶网络,在涂层剪切下流动。粘合剂以及增稠剂还具有吸附到活性材料表面、置换添加剂并使其自由形成网络的作用,这是干燥电极电子特性的关键。