Menggunakan sistem analisis gambar otomatis Morphologi untuk memantau dan mengontrol karakteristik partikel elektroda dan viskositas slurry baterai
Pembuatan baterai bergantung pada bahan elektroda yang digunakan sebagai slurry yang dibentuk menjadi lapisan film. Ukuran dan bentuk partikel dalam slurry sangat penting untuk produksi lapisan film dan keseragaman hasil akhirnya, melalui viskositas slurry. Dalam catatan aplikasi ini, sistem analisis gambar otomatis Morphologi digunakan untuk mengkarakterisasi secara efisien bentuk partikel dalam slurry elektroda dengan viskositas tinggi dan rendah.
Baterai ada di mana-mana dalam kehidupan modern dan ketergantungan kita pada mereka tidak pernah lebih besar sebelumnya. Oleh karena itu, memastikan kinerja baterai yang optimal melalui kontrol pabrikasi semakin penting. Dalam catatan aplikasi sebelumnya kami telah membahas pentingnya mengendalikan ukuran partikel yang digunakan dalam pembuatan bahan baterai [1] dan dampak struktur mikro karbon dalam elektroda grafit pada kinerja baterai [2].
Bentuk juga merupakan faktor penting untuk dipertimbangkan dan dikontrol, karena partikel yang berbentuk tidak beraturan tidak hanya mengurangi kerapatan ‘packing density’, tetapi juga dapat menyebabkan pembentukan slurry elektroda dengan viskositas tinggi. Dalam catatan aplikasi ketiga ini pada baterai, kami mempertimbangkan peran ukuran dan bentuk pada viskositas slurry elektroda.
Struktur khas dari elektroda baterai diberikan pada Gambar 1. Elektroda biasanya dibuat dengan melekatkan slurry dari partikel-partikel suspensi ke foil logam.
Gambar 1 - struktur khas baterai Li-ion.
Slurry yang dimaksud terdiri dari partikel elektroda (anoda atau katoda), partikel karbon kecil untuk membantu konduksi, dan bahan pengikat (terdiri dari pelarut dan polimer) untuk menyatukan struktur. Konsentrasi partikel dalam slurry tinggi, yaitu antara 20-40% dari total berat. Akibatnya, sifat partikel memiliki dampak yang signifikan terhadap sifat fisik slurry yang dihasilkan.
Viskositas, dispersibilitas, konsentrasi dan keterpaduan slurry adalah parameter penting dalam menentukan seberapa efektif slurry selama aplikasi. viskositas slurry yang tinggi menyebabkan kesulitan dalam proses pelapisan, dan dispersibilitas yang buruk menghasilkan keseragaman lapisan film yang rendah; konsentrasi dan keseragaman slurry mengontrol kerapatan lapisan film. Keseragaman ketebalan lapisan dan densitas lapisan penting untuk memastikan kontrol atas laju transfer ion dan umur pakai (waktu siklus pengisian ulang) baterai, sementara mengontrol ketebalan lapisan memungkinkan baterai yang lebih kecil untuk diproduksi.
Seperti diilustrasikan dalam Gambar 2, adanya penambahan yang signifikan dari partikel berbentuk tidak beraturan akan menyebabkan viskositas slurry yang lebih tinggi, karena meningkatnya dampak gesekan dan partikel saling mengunci, tetapi juga karena energi aliran ekstra yang diperlukan cairan untuk mengelilingi partikel-partikel tersebut.
Gambar 2 – partikel yang berbentuk tidak beraturan akan mengalami interlocking dan gesekan yang lebih besar, yang mengarah ke viskositas yang lebih tinggi.
Bentuk partikel juga berdampak pada kerapatan (packing density) karena partikel yang tidak beraturan membuat pemadatannya kurang efisien daripada yang bulat . Oleh karena itu, lebih sedikit partikel yang dapat ditambahkan ke cairan sebelum viskositas mulai meningkat, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 3. Selanjutnya, sampel polydisperse akan dikemas lebih efisien daripada sampel monodisperse, pada konsentrasi yang sama akan menurunkan viskositas. Namun, partikel yang tidak beraturan yang lebih kecil dapat meningkatkan viskositas karena luas permukaannya yang lebih tinggi, akan menekankan pada interaksi partikel-partikel dan partikel-cairan. Oleh karena itu, penting untuk dapat memantau dan mengontrol proporsi material dengan partikel-partikel berbentuk tidak beraturan dan halus dalam sampel bahan elektroda untuk meminimalkan viskositas.
Gambar 3 - Pengaruh bentuk partikel pada viskositas.
