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浆料喷雾沉积涂布工艺

前两期我们介绍了烘烤温度对粘结剂性能的影响点击即可查看以及一种新的电极制备工艺点击即可查看,今天我们再介绍一种新的简单涂布工艺——浆料喷雾沉积法(SSD),利用该工艺制备的电极表现出增强的粘结性、优异的循环和倍率性能

研究者用PVDF作为粘结剂,NMP和丙酮(加速混合溶剂的蒸发)作为溶剂进行调浆,然后在0.2MPa的N2加压下直接喷雾沉积在铝箔上,烘干作为极片。作者将该方法与传统的刮涂法制备的极片进行对比后发现,采用SSD方法制备的电极,活性物质基本都被炭黑所覆盖。对其进行剥离实验表明采用SSD方法制备的电极粘结性能优于传统刮涂法,通过断面SEM 图我们也可以清楚的看到电极材料和集流体的界面很模糊,这也从侧面证明了材料和集流体的牢固粘结。作者也对其做出了解释,传统的刮涂法可能会发生组分分离的现象,当浆料涂敷在铝箔上后,在相对缓慢的干燥过程中会伴随着一定程度上浆料组分的分离。相对于重的LNMO粒子而言,轻的PVDF可能趋向于与铝箔保持一个小距离,这就会导致铝箔和材料间较弱的界面接触;然而对于SSD过程,液滴被高压N2压在铝箔表面形成一个好的初始接触,其次,溶剂的蒸发比刮涂法快,这样可能存在的分离现象就会大大减弱

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图1.(a-c)刮涂法制备极片SEM和EDX,(d-f)SSD法制备极片SEM和EDX

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图2.划痕测试刮涂法(a, b)和SSD法(c, d)

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图3.断面SEM刮涂法(a)和SSD法(b)

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图4.不同方法制得极片的电化学测试

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图5.(a)两种方法制得材料的倍率对比,(b)刮涂法在不同电流下的放电曲线,(c)SSD法在不同电流下的放电曲线

随后,作者也对制备的电极进行了电化学测试。SSD方法制备的材料在2C循环125次后容量保持率为97.9%,而传统的涂布法制备的电极循环保持率仅为89.8%,表明了SSD样品优异的循环性能。作者通过电化学阻抗研究了其极化程度,结果表明SSD方法的电子转移电阻为121.3Ω/cm^2,而传统涂布的电子转移内阻为161.6Ω/cm^2,说明SSD的导电性更好。SSD法制备的极片表现优异的倍率性能,并且随着电流密度的增大,刮涂法制备的极片出现明显的电压下降,而SSD法电压下降较小,表明SSD法制备的电极比传统刮涂法制备的极化程度小

综上所述,采用SSD方法制备的极片循环性能和倍率性能都优于传统的涂布方法。该工艺简单,且溶剂的挥发更快,能够加快极片的制备过程,在实际的工业化生产中能够提高涂布速率,并且缩小涂布工艺所需空间。

Ran Yu, Yi Sun, BangKun Zou, MiaoMiao Deng, JingYing Xie, ChunHua Chen, LiNi0.5Mn1.5O4-based composite electrodes with improved properties prepared by a slurry spray deposition process, J. Power Sources, 2016, DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.11.08

 

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