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-之雙重陶瓷材料的混合順序對陶瓷漿料穩(wěn)定性的影響

隔膜性能決定了電池的內(nèi)阻和界面結構,進而決定了電池容量,、安全性能,、充放電密度和循環(huán)性能等特性。因此需滿足如下一些特性1,、好的化學穩(wěn)定性一耐有機溶劑;2,、機械性能良好一拉伸強度高,穿刺強度高;3、良好的熱穩(wěn)定性一熱收縮率低,，較髙的破膜溫度;4,、電解液浸潤性一與電解液相容性好,吸液率高。 

陶瓷涂覆特種隔膜特別適用于動力電池,，它是以PP,PE或者多層復合隔膜為基體,表面涂覆一層納米級三氧化二鋁材料,經(jīng)過特殊工藝處理,和基體粘接緊密,，顯著提高鋰離子電池的耐髙溫性能和安全性。

為了盡量減少在制造陶瓷涂覆隔膜時使用易燃,、有毒,、昂貴和非環(huán)境有機溶劑，目前人們開始廣泛使用水性陶瓷漿料,，但水性陶瓷漿料的主要問題是分散穩(wěn)定性差,。在前幾篇應用文章里，我們介紹了表面活性劑濃度以及粉體,，聚合物粘結劑,，表面活性劑三者的添加順序對水性陶瓷漿料的穩(wěn)定性的影響。

然而，在這種情況下,，為了保持涂層質量,，仍然需要使用穩(wěn)定劑和潤濕增強劑等功能性添加劑，或者對聚烯烴隔膜的表面進行改性,，使其具有親水性,。這些功能添加劑在鋰電池中起著雜質的作用，可能影響鋰電池的電化學性能,。且隔膜的表面處理增加了工序數(shù),，從而降低了制造工藝的效率，增加了生產(chǎn)成本,，在經(jīng)濟上是不利的,。

新的研究發(fā)現(xiàn)結合兩種不同電極性和晶粒尺寸的陶瓷可以產(chǎn)生協(xié)同效應，使得在不需要使用分散穩(wěn)定劑的情況下即可提高水性陶瓷漿料的分散穩(wěn)定性,。同樣地,，不同組分地加入和混合順序也影響了雙重陶瓷水性漿料的穩(wěn)定性。

1.       測試原理

Fig1 Test Principle

使用近紅外光源（或多光源系統(tǒng)）不斷照射整個樣品,，在樣品離心加速分離的同時,，與光源平行的檢測器隨時間連續(xù)監(jiān)測并反應樣品的透光率變化，從而形成樣品在分離過程的空間和時間透光率圖譜,。通過配套的分析軟件,，既可定性分析樣品詳細的失穩(wěn)過程，又可對樣品間的不穩(wěn)定性指數(shù),，界面分層,，顆粒遷移速度,，粒度和分布等進行定量分析和比較,。

2.       樣品和測試條件

2.1.                      樣品材料：水溶性高分子聚合物粘結劑羧甲基纖維素鈉(CMC), Al2O3 (D50=430nm), SiO2(D50=12nm), 去離子水。 

2.2.                      樣品制備：將以上材料按照比例（Al2O3/Si02/CMC/去離子水＝35/4/1/60 w/w/w/w）,，先用磁棒在25℃下以450rpm的速度不斷攪拌混合物12小時,，然后使用TRILOS混料脫泡機在25℃下攪拌5分鐘。按照圖1所示,，改變混合順序以期研究該工藝對雙重陶瓷水性漿料穩(wěn)定性的影響,。

Figure 1 Mixing sequences for the preparation of aqueous dual ceramic coating slurries containing SiO2 and Al203

2.3.                      測試條件：LUMiSizer610，NIR870nm,，25℃,，2500rpm，10000s

3.       測試結果    

Figure 2 Instability index of aqueous dual ceramic coating slurries containing SiO2 and Al203, prepared according to the different mixing sequences and determined using Lumisizer ( b ) as a function of centrifugation time and ( c ) at a 1000 s centrifugation time

圖2展示了在該測試條件下,，不同組分的順和順序對雙重陶瓷水性漿料穩(wěn)定性的影響,。不穩(wěn)定性指數(shù)排序為seq.B＞seq.C＞seq.A。這表明，在引入CMC聚合物粘合劑之前,，將兩種陶瓷(Al2O3和SiO2)預混在一起,，陶瓷漿料的分散穩(wěn)定性最好。如果是先加入CMC聚合物粘合劑,，由于CMC聚合物粘合劑表現(xiàn)出類似于SiO2的負zeta電位,，當CMC聚合物粘結劑遇到具有正zeta電位的Al2O3時，它們與Al2O3表面的SiO2競爭,，會降低SiO2護層形成的可能,，從而達不到很好的穩(wěn)定效果。如圖3所示,，SiO2護層的形成本可以降低陶瓷顆粒之間的范德華力,，同時也使包裹在SiO2中的Al2O3顆粒之間產(chǎn)生靜電斥力，提升分散穩(wěn)定性,。    

Figure 3 Demonstrating the formation of the Si02 sheath around the Al203 particles, resulting in the stable dispersion of the dual ceramic slurry.

4.       小結

本文證明了通過改變預混雙重陶瓷材料的順序,，在水溶液中不需要功能性添加劑即可實現(xiàn)提高陶瓷漿料的分散穩(wěn)定性的作用。使得鋰電池制造流程更加環(huán)境友好,，并且對鋰電池用陶瓷涂覆隔膜的后續(xù)一系列品質的提高提供了良好基礎,。

轉載自LUM儀器

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