電池スラリーの安定性と分散性は、電極および完成した電池製品の特性に重要な影響を与えます。では、バッテリースラリーの安定性と分散性をどのように特徴づければよいのでしょうか?
電池スラリーの安定性の特性評価方法
1. 固形分法
固形分試験法は低コストで試験が容易な方法です。その原理は、スラリーを容器に入れ、一定の間隔で同じ場所からサンプルを採取し、固形分を検査および分析することです。固形分含有量の違いを判断することで、リチウム電池スラリーの沈降や層状化などの現象の有無を安定性の判断することができます。
2. 粘度法
粘度試験方法も基本的にスラリーの安定性を反映できます。その原理は、スラリーを容器に入れて定期的に粘度をテストすることです。スラリーの安定性は粘度の変化で判断できます。
3. 安定性分析装置
安定性アナライザーを使用すると、データを扱うことができます。たとえば、Sung et al.らは、安定性分析装置を使用して、結合剤として PAA を使用したさまざまな pH スラリーの光透過率の変化を 12 時間以内に監視しました。中性スラリーの初期光透過率および｛｝時間変化値は小さかった。カーボンブラック材料には光吸収があるため、光透過率が低いほどカーボンブラック粒子の分散が良好であることを示し、微細凝集体が小さいと比表面積が大きくなり、光吸収効率が向上します。同時に、以下の図に示すように、12 時間以内のスラリーの光透過率の小さな変化は、スラリーが静的プロセス中に良好な分散安定性を備えていることを示しています。
4. ゼータ電位の特性評価
ゼータ電位は、動電ポテンシャルまたは起電力としても知られるせん断面の電位を指し、コロイド分散液の安定性を特徴付けるための重要な指標です。分子または分散粒子が小さいほど、ゼータ電位の絶対値 (正または負) が大きくなり、系はより安定します。つまり、溶解または分散が凝集に抵抗できることになります。逆に、ゼータ電位（プラスまたはマイナス）が低いほど、凝集または凝集する傾向が強くなります。つまり、引力が反発力を上回り、分散が破壊され、凝集または凝集が発生します。
電池スラリー分散液の特性評価方法
1. 細かさ
粉末度は電池スラリーの重要な性能指標であり、スラリーの粒子サイズや分散などの情報を反映することができます。粉末度の値は、スラリー中の粒子が分散しているかどうか、また凝集物が解凝集しているかどうかを理解するために使用できます。
2. 膜インピーダンス
リチウム電池スラリーは、電極活物質と導電剤をバインダー溶液に分散させた固液混合系です。四探針膜インピーダンス試験の原理に従って、スラリー膜インピーダンスが試験されます。スラリー中の導電剤の分布状態を比抵抗により定量的に分析し、スラリーの分散効果を判断することができます。具体的な試験プロセスは、フィルムアプリケーターを使用して絶縁フィルム上にスラリーを均一に塗布し、加熱して乾燥させ、乾燥後のコーティングの厚さを測定し、サンプルを切断することで、サイズは無限の要件を満たします。最後に、4 つのプローブを使用して電極膜のインピーダンスを測定し、厚さに基づいて抵抗率を計算します。
3. 走査型電子顕微鏡/エネルギースペクトル解析/クライオ電子顕微鏡
走査電子顕微鏡 (SEM) を使用して電池スラリーの形態を直接観察し、エネルギースペクトル分析 (EDS) と連携して各成分の分散を分析できます。ただし、サンプルを調製する場合、このプロセス中のスラリーの乾燥により、それ自体の成分が再分配される可能性があります。クライオ電子顕微鏡（Cryo-SEM）は、スラリー成分の本来の分布状態を維持できるため、近年スラリーの物性解析に利用され始めています。
4. 電極CT撮影
電極CT撮影では、電極内の粒子の分散状態を直接観察することができます。次の図に示すように、図 a の電極では凝集した大きな粒子がより多く存在しますが、図 b の電極では凝集した粒子が大幅に減少し、図 c の電極では凝集した大きな粒子がほとんどありません。
5. レーザー回折測定技術
レーザー回折測定技術は、フレネル散乱理論とフラウンホーファー理論を使用して粒子サイズと分布を取得します。この技術をベースにしたレーザー粒度分析装置は、高い測定精度、良好な再現性、短い測定時間を実現します。電池工場で電池内のスラリーの粒子サイズを検査するために広く使用されています。
6. 電気化学的インピーダンス分光分析法
たとえば、Wang et al.は、電気化学インピーダンス分光分析法 (EIS) を使用して液体スラリーのインピーダンス スペクトルを直接分析し、さまざまな粒子濃度でのスラリーの電気化学的特性を取得しました。そして、インピーダンススペクトルフィッティング結果を通じて、パラメータ等価回路モデルに基づく電極スラリーの内部粒子分布構造の評価方法を確立し、内部不均一構造のオンライン測定とオンライン評価に新しいアイデアを提供しました。リチウムイオン電池のスラリーです。 EIS テストの原理を図に示します。
スラリーの安定性と分散性の両方を特性評価する方法
1. レオメーター
(1) 粘弾性試験
The viscoelastic characteristics of the slurry are characterized by the relative valuesof the storage modulus (G′) and the loss modulus (G″). The storage modulus G′, also known as the elastic modulus, represents the capacity stored when the slurry undergoes reversible elastic deformation and is a measure of the elastic deformation of the slurry. The loss modulus G″, also known as the viscous modulus, represents the energy consumed when the slurry undergoes irreversible deformation and is a measure of the viscous deformation of the slurry. In the frequency scan, based on the relative size of G′and G″and evaluating the sensitivity of G′to the angular frequency, it is possible to reflect whether the slurry is in a fluid state or a solid-like state. In the low-frequency range, G′>Ｇ」であり、その差が大きいほど、スラリーの安定性が良好であることを示す。下図に示すように、天然黒鉛スラリーの安定性は人造黒鉛スラリーよりも優れています。
(2) せん断速度による粘度の変化
スラリーの粘度は通常、せん断速度によって変化します。せん断減粘現象が存在する場合、スラリー中にはせん断応力によって容易に破壊される柔らかい凝集物が存在します。逆に、ずり粘稠度の存在は、通常、スラリー中に硬い凝集粒子が存在することを示します。一般に、せん断減粘速度が速いスラリーは、せん断力によるバインダーの破壊を無視しても、分散性が良好になる傾向があります。下図に示すように、白丸で表したスラリーは他の 2 つのスラリーに比べて分散性に優れています。
(3) 降伏応力試験
レオロジーにおける降伏応力は、サンプル上で不可逆的な塑性変形が最初に観察される印加応力として定義されます。理論的には、降伏応力は流れを開始するために必要な最小応力です。収量分析は、すべての複雑な構造の流体にとって重要です。これは、保存期間や沈降や相分離に対する安定性など、製品の性能をより深く理解するのに役立ちます。降伏応力を決定するために使用できるさまざまなレオロジー手法があります。以下の図は、せん断流ランプダウン法を使用した降伏応力解析を示しています。試験結果から、中程度のせん断速度では、せん断速度が減少するにつれてせん断応力も減少することがわかります。ただし、せん断速度がさらに低下すると、応力曲線は安定したレベルに達し、せん断速度とは無関係になります。この安定した応力値を降伏点と呼びます。同時に、測定された「見掛け粘度」曲線は無限大となり、傾きが -1 の場合、せん断速度と線形関係を持ちます。
人造黒鉛は粒子サイズが大きく、粒子形状がより不規則であるため、スラリーの降伏応力は低く、ネットワーク構造は弱くなります。したがって、この合成黒鉛スラリーサンプルは沈降や相分離が起こりやすくなります。スラリーの沈降により、電極上で活物質が不均一に分布し、電池の性能が低下する可能性があります。
(4) チキソトロピー性
コーティング後、電池スラリーは重力と集電体の表面張力の作用により平らになります。低せん断速度領域では、粘度がコーティング前の高粘度に徐々に戻ることが期待されます。高粘度に戻る前のスラリーの粘度は比較的低く、レベリングが容易で、コーティング表面は滑らかで厚さが均一です。回復時間は長すぎても短すぎてもいけません。回復時間が長すぎると、レベリング工程でスラリーの粘度が低くなりすぎて尾引きが発生しやすくなったり、下端の厚みが上塗りの厚みより厚くなったりすることがあります。時間が短すぎると、スラリーを平らにする時間がなくなります。
2. スラリー抵抗計
スラリーの抵抗率パラメータは、スラリー配合、導電剤の種類と含有量、バインダーの種類と含有量などと大きく相関します。スラリーを撹拌し、一定時間放置するとゲルが沈降することがあります。が発生すると、抵抗値もさまざまな程度の変化を示します。したがって、スラリーの抵抗率は、スラリーの電気的特性の均一性と安定性を特徴付ける方法として使用できます。
試験方法:一定量のスラリー (約 80 mL) を測定ガラスカップに入れ、清潔な電極ペンを挿入してソフトウェアを起動し、3 対の電極でのスラリー抵抗率の経時変化をテストし、それを文書に保存します。
テストパラメータ:抵抗率、温度、時間
計算式：抵抗率 (Ω*cm):Ρe=U/I * S/L
特徴：
1. 電圧線と電流線を分離し、電圧測定に対するインダクタンスの影響を排除し、抵抗率の検出精度を向上させます。
2. 直径10mmのディスク電極により、サンプルとの接触面積が比較的広く確保され、検査誤差が軽減されます。
3. スラリーの垂直方向3箇所の抵抗率の経時変化をリアルタイムにモニタリングできます。
抵抗率測定範囲：2.5Ω*cm～50MΩ*cm
抵抗率測定精度:±0.5%
