リチウムイオン電池の製造では、スラリーの調製が最初のプロセスです。混合後のスラリーの適合性は、その後のコーティングと最終的な電池の性能に直接影響し、電池のコストの重要な指標となります。したがって、スラリーの調製はリチウムイオン電池の製造において中心的な役割を果たします。{3}}研究によると、リチウム-イオン電池電極の理想的な微視的粒子分布は、活物質が凝集せずに均一に分散し、導電ネットワークを形成する導電剤粒子が薄層に分散していることを特徴としています。-均一な粒子分布の電極から作られたリチウム-イオン電池は、優れた電気化学的性能と長寿命を示します。したがって、リチウム-イオン電池スラリーの流動性、安定性、均一性は通常、その後のコーティングプロセスへの適合性と電池活物質の性能への寄与を評価するためにテストおよび特性評価されます。
リチウムイオン電池の製造では、スラリーの調製が最初のプロセスです。混合後のスラリーの適合性は、その後のコーティングと最終的な電池の性能に直接影響し、電池のコストの重要な指標となります。したがって、スラリーの調製はリチウムイオン電池の製造において中心的な役割を果たします。{3}}研究によると、リチウム-イオン電池電極の理想的な微粒子分布は、活物質が凝集せずに均一に分散し、導電ネットワークを形成する導電剤粒子が薄層に分散していることを特徴としています。-均一な粒子分布の電極から作られたリチウム-イオン電池は、優れた電気化学的性能と長寿命を示します。したがって、リチウム-イオン電池スラリーの流動性、安定性、均一性は通常、後続のコーティングプロセスへの適合性と電池活物質の性能向上における有効性を評価するためにテストおよび特性評価されます。
電極スラリーは非ニュートン流体であり、正極スラリーと負極スラリーの 2 種類があり、油-系と水系-に分類されます。撹拌されたスラリーは、良好な流動性、安定性、均一性を備えている必要があります。流動性の異なるスラリーの状態を図に示します。粘度が低すぎるか高すぎると、沈降、凝集、不均一な分散が後続のコーティングプロセスに大きな影響を及ぼし、電極の巨視的外観の欠陥や微細構造の不一致を引き起こす可能性があります。従来の製紙およびコーティング産業におけるスラリーの要件とは異なり、リチウム電池スラリーの均一性と安定性は最終的に電池の電気的性能に影響を与え、電圧劣化、サイクル寿命の短縮、電池の一貫性の低下などの一連の問題を引き起こします。したがって、コーティング前のスラリーの適切な特性評価とテストを行い、処理への適性を判断することが重要です。
1. 粘度/レオロジー特性
液体が流れると、分子間に内部摩擦が発生します。この特性は粘度と呼ばれ、数値的に測定されます。
粘度=せん断応力 / せん断速度
2. レオロジー曲線
せん断速度とせん断応力の間の関数関係はレオロジー曲線と呼ばれ、一般にせん断特性によるスラリー (流体) 粘度の変化を説明するために使用されます。レオロジー曲線を使用して、流体の種類を区別できます。ニュートン流体の場合、レオロジー曲線上のせん断応力とせん断速度の関係は原点を通る直線になります。
生産では、デジタル回転粘度計レオメーターは粘度やレオロジー曲線の測定によく使用されます。粘度計は操作が簡単ですが、レオメーターはより広範囲でより包括的な粘度-せん断速度 / 応力曲線を測定でき、より正確な結果が得られます。電池スラリーは、非-流体として、せん断減粘性、粘弾性、チキソトロピーなどのさまざまなレオロジー特性を示します。
3. せん断減粘
ほとんどのリチウム- イオン電極スラリーはせん断減粘特性を示します。図に示すように、せん断速度が増加すると、せん断粘度は減少します。この特性は、固形分含有量が高いスラリーでより顕著になります。より高いせん断速度では、強いせん断力によって材料間に形成されたネットワーク構造が破壊され、粒子がせん断場に平行なより規則的な構造に再配列され、その結果、粘度が低下し、より高いせん断速度ではニュートンプラトーに達します。
この非ニュートン特性は、電極作製のコーティングプロセスにおいて有利です。ご使用の前に電極塗布機、スラリーはスクリューポンプによって移送タンクからコーティングチャンバーに輸送されます。このプロセス中、スラリーは低いせん断力を受け、安定性を維持するために高粘度状態に留まります。スラリーがコーティングヘッドのリップから瞬間的に排出されると、スラリーに高いせん断速度がかかり、その時点でスラリーの粘度が低下し、スムーズな流れが保証されます。スラリーが集電体に移送された後、せん断速度が低下し、高粘度状態が維持されます。これにより、スラリーが静止しているときまたは乾燥プロセス中に粒子の沈降を防止または軽減し、一貫したコーティング厚さを確保できます。
4. 粘弾性
粘弾性もスラリーの特性を評価するための重要な参照基準です。スラリーの粘度（液体）と弾性（固体）の関係を示します。簡単に言えば、スラリーが液体に近いか固体に近いかを特徴付けます。リチウム電池用スラリーが粘性のみで弾性がない場合、塗布時に糸引きが激しくなり、塗布性能が低下します。したがって、リチウム電池のスラリーは、粘度に加えてある程度の弾性を備えていなければならず、これにより、コーティング中に折れたフィラメントがすぐに戻り、均一なコーティングが保証されます。スラリーの弾性が非常に高い場合、または粘度がまったくない場合は、重度の凝集または固体のような構造を示しており、コーティングは不可能です。
粘弾性は通常、レオメーターを使用して測定されます。振幅スキャンや周波数スキャンなどの小さな振幅の振動せん断力を適用して、スラリーの粘弾性を測定します。
5.チキソトロピー性
せん断速度はゼロから一定値まで連続的に増加し、このプロセス中に対応するせん断応力が記録されます。次に、せん断速度がゼロまで徐々に減少し、対応するせん断応力値が記録されます。せん断速度対せん断応力の閉曲線をプロットできます。この曲線はチキソトロピー法線リングと呼ばれます。通常のリングの面積が大きいほどチキソトロピー性能は大きくなり、その逆も同様です。
6. 粘度の変化
粘度は、リチウムイオン電池スラリーの安定性を評価する際の重要な要素です。{0}粘度が高すぎても低すぎても、コーティングに悪影響を及ぼします。 -スラリーの粘度が高いと沈降しにくく分散性に優れますが、粘度が高すぎるとレベリングが悪くなり、塗装が困難になり、塗装速度が低下します。適度に粘度を下げることで塗布効率が向上します。粘度が低いほどスラリーの流動性が良く、気泡が抜けやすくなりますが、粘度が低すぎると乾燥が困難になったり、塗布速度が低下したり、塗布ムラが悪化したり、塗膜割れやスラリー凝集の原因となる場合があります。
製造中、特にスラリーを一定期間放置した後、粘度は主に 3 つの方法で変化します。粘度の増加、粘度の減少、および特殊な場合です。
(1) 粘度の増加:長時間放置するとコロイドがゾル状態からゲル状態に変化し、スラリー粘度が上昇します。スラリーをゆっくりとかき混ぜると粘度が戻ります。
(2) 粘度の低下:バインダーが水分を吸収すると、質的変化や撹拌時の構造変化、劣化などにより粘度が低下します。長時間の撹拌、速すぎる撹拌速度、均質化中のスラリーの分散の不均一はいずれも粘度の低下につながる可能性があります。スラリー安定剤、分散剤、または界面活性剤を添加すると、電荷反発と立体障害の原理によってスラリーの安定性を向上させることができます。さらに、均質化する前に、すべての成分を完全に乾燥させる必要があります。
(3) 特殊な場合:活物質は保管中に湿気を吸収したり、高湿度環境で撹拌されると、PVDF が湿気を吸収して「ゼリー状」のスラリーを生成する可能性があります。-スラリーが特に顕著なゼリー状の粘稠度を示す場合、使用できません。{3}}この場合、問題のあるスラリーを乾燥させ、バインダーと NCM を蒸発させて分離し、次にふるいにかけ、粉砕し、通常のスラリーに均等に混合することができます。バッテリーの性能に影響を与えることなく使用できます。したがって、均質化前に材料を十分に乾燥させ、含水率を測定し、均質化中の湿度を厳密に管理することが最も効果的な防止方法です。
7. 固形物
スラリーの全質量に占める活物質、導電剤、結着剤などの固形物の割合をスラリーの固形分といいます。一般に、固形分含有量は４０％〜７０％の範囲である。固形分を検査する主な方法は乾燥法です。質量Mのスラリーを秤量し、一定の温度に置いて溶媒を乾燥させた後、再度質量mの質量を秤量します。次に、固形分は m=M/M として計算されます。水分計を使用すると、スラリーの固形分を迅速かつ比較的正確に測定できます。水分計は熱重量損失の原理を使用しています。ハロゲンランプで試料を均一に加熱して溶媒を蒸発させ、加熱前後の質量変化から固形分を算出します。
同じ均質化プロセスと配合では、スラリーの固形分が多いほど粘度は高くなります。同様に、固形分が少ないほど粘度は低くなります。固形分に関する規定の範囲内で、値が高いほどスラリーの安定性が高いことを示します。固形分含有量を増やすと、溶剤の使用量が減り、スラリーの混合時間が短縮され、コーティングと乾燥の効率が向上します。ただし、固形分が増加すると粘度が増加し、流動性が低下するため、コーティングの難易度が高まり、機器の摩耗がさらに激しくなります。
