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使用BeNano 检测电池浆料Zeta电位信息

2023-11-16

关键词:有机相Zeta电位、电池浆料、NMP


近些年来,新能源产业发展迅速。锂电池作为一种可重复使用的可充放电电池,在工业生产和生活中具有非常重要的地位。在锂电池的生产过程中,配置电极浆料需要使用NMP(n-甲基吡咯烷酮)作为分散剂。NMP在浆料配料阶段作为PVDF的溶剂,参与浆料的分散,形成比较均匀的分散体系,在涂布阶段作为浆料的主要载体,辅助浆料均匀的涂敷在基材上。在涂布烘烤阶段,NMP有规律的被挥发,在涂层中造孔,形成分布均匀的多孔微电极结构。


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电池电极材料在NMP中的稳定性非常重要,这涉及到电极的生产质量。这个应用中,我们检测了一系列分散在NMP中的浆料的Zeta电位。


原理和设备


我们采用澳门新葡官网进入网站8883的BeNano 90 Zeta 纳米粒度及 Zeta电位分析仪进行测试。该仪器使用纳米粒度电泳光散射技术ELS,利用激光照射在样品溶液或者悬浮液上,检测向前角度的散射光信号。在样品两端施加一个电场,样品中的带电颗粒在电场力的驱动下进行电泳运动。由于颗粒的电泳运动,样品的散射光的频率会产生一个频移,即多普勒频移。利用数学方法处理散射光信号,得到散射光的频率移动,进而得到颗粒的电泳运动速度,即电泳迁移率μ。通过Henry方程,我们把颗粒的电泳迁移率和其Zeta电位ζ联系起来:


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其中ε为介电常数,η为溶剂粘度,f(κα)为Henry函数,κ为德拜半径倒数,α代表粒径,κα代表了双电层厚度和颗粒半径的比值。


我们采用澳门新葡官网进入网站8883的BeNano 90 Zeta 纳米粒度及 Zeta电位分析仪进行测试。仪器使用波长671 nm,功率50mW激光器作为光源,设置在12度角的APD检测器进行散射光信号采集。采用相位分析光散射技术,可以有效检测低电泳迁移率样品的Zeta电位信息。


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样品制备和测试条件


一共有四个电池电极材料,分别分散在NMP溶剂中。由于有机相NMP的介电常数较低,所以采用插入式电极进行测试。每个样品测试6次以得到平均值和标准偏差。


测试结果和讨论


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图1. 1#样品的多次测试相图曲线


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图2. 1#样品的多次测试Zeta电位分布曲线


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图3. 2#样品的多次测试相图曲线


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图4. 2#样品的多次测试Zeta电位分布曲线


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图5. 3#样品的多次测试相图曲线


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图6. 3#样品的多次测试Zeta电位分布曲线


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图7. 4#样品的多次测试相图曲线


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图8. 4#样品的多次测试Zeta电位分布曲线


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表1.4个样品的Zeta测试结果


通过图1-图8中的样品原始相位曲线和分布曲线以及表1中的数据可以看到,电极材料分散在NMP中进行电位测试,重复性良好。所有样品的Zeta电位均为负值,这说明电极材料分散在NMP中携带负电。四个样品的Zeta电位幅值都在50mV附近,较高的Zeta电位说明样品的稳定性较高。多次测试的标准差较小说明测试的重复性良好。

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