弄懂锂离子电池浆料之前,必须要了解的理论知识(一)
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发布时间:2024-10-21 12:13
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时间:2024-10-21 13:22
胶体理论对于理解锂离子电池浆料至关重要。胶体稳定性依赖于粒子间的范德华力,通过增强静电排斥力或产生空间位阻来增加稳定性。胶体系统由分散相与分散媒介组成,分散相尺寸在10^-9至10^-6m范围内。胶体在介质内随机运动,表现出布朗运动特性。粒子碰撞是团聚的契机,而热力学上不稳定的状态使得粒子间的交互作用力成为分散的关键因素。
胶体动力学性质受到粒子间碰撞频率和粒子碰撞后热能的影响。Smoluchowski提出了胶体快速凝聚理论,受浓度差异控制。胶体粒子团聚速率取决于胶体粒子数和扩散速率常数。团聚导致胶体粒子浓度减少,溶液达到平衡时凝聚速率下降。胶体的凝聚速率还受粒子粒径影响,大粒径颗粒的凝聚速率更低。
双电层理论解释了胶体中带电离子的分布和表面电位问题。Helmholtz提出了平行电容器模型,Gouy和Chapman进一步发展为扩散双电层模型。史特恩结合了这两种模型,提出了Stern双电层模型。zeta电位是双电层模型中重要的参数,与胶体分散稳定性密切相关。当zeta电位达到±25~30mV时,胶体具有足够的静电排斥力克服范德华力,维持稳定性。
胶体粒子表面电荷的来源多样,包括离子解离、离子化、离子吸附、电子亲和性以及缺陷等。偶极分子的吸附与取向性改变双电层的电荷分布,影响胶体稳定性。
DLVO理论描述了胶体粒子相互接近时能量变化及对稳定性的影响。粒子间的吸引力与排斥力大小决定胶体溶液稳定性。通过提高粒子间的排斥力,可以避免粒子凝聚,提高分散稳定性。
胶体稳定机制包括静电稳定、立体障碍和静电立体稳定作用。静电稳定机制利用粒子表面电荷产生的排斥力,但易受电解质浓度影响。立体障碍通过高分子吸附增加粒子间的排斥力,具有渗透压效应和空间限制效应。静电立体稳定作用结合了静电稳定和立体障碍,通过高分子接枝增加稳定性。
高分子立体障碍对于分散稳定性的作用高于静电稳定效应,尤其适用于电解质浓度较高的环境或有机溶剂系统。与静电稳定机制相比,高分子立体障碍对电解质浓度不敏感,并且在水溶液或有机溶剂中效率相同。高分子吸附于胶体粒子表面形成的团聚为软团聚,易于破除,即使经过干燥程序,仍可重新分散于溶剂中。
综上所述,胶体理论为理解锂离子电池浆料的分散稳定性提供了基础。通过调整粒子间的相互作用力,可以优化浆料的性能,确保电池的高效能和稳定性。