Щелочной диоксид кремния Поставщики

Как влияет высокий pH щелочной кремнезем влияет на стабильность соединения электродов батареи?

Ключевая роль щелочного золя кремния в электродах аккумуляторов

Щелочной кремнезем является важным связующим при производстве электродов литий-ионных аккумуляторов. Его высокие характеристики pH (обычно от 9 до 11) оказывают глубокое влияние на работу электродов. Этот коллоидный раствор, образованный путем диспергирования наноразмерных частиц диоксида кремния в щелочной среде, пользуется все большей популярностью у производителей аккумуляторов из-за его уникальных химических свойств. В процессе подготовки электродов высокие характеристики pH щелочного золя кремнезема могут не только повысить прочность связи между активным веществом и токосъемником, но также улучшить реологические характеристики электродной суспензии, улучшить механическую стабильность структуры электрода и оптимизировать характеристики интерфейса электрод/электролит.

Механизм влияния высокого pH на стабильность связи

Среда щелочного золя кремнезема с высоким pH может эффективно активировать поверхность материала электрода. На примере типичного материала положительного электрода LiFePO₄ при pH>10 степень гидроксилирования на поверхности материала значительно улучшается, что создает идеальные условия для образования прочных химических связей Si-O-M в гидроксильной группе кремния (Si-OH) в золе кремнезема с поверхностью активного вещества. Энергия связи этой химической связи намного выше, чем у традиционной физической адсорбции, что позволяет увеличить прочность отслаивания электрода на 30-50%. В то же время высокие значения pH придают частицам SiO₂ больше отрицательных зарядов, что предотвращает агломерацию за счет усиления электростатического отталкивания между частицами. Соответствующий высокий уровень pH также может замедлить золь-гель-преобразование и продлить срок службы суспензии. Однако следует отметить, что чрезмерное значение pH (>11,5) ускоряет гелеобразование и влияет на производительность процесса.

В практических применениях алюминиевая фольга в качестве токосъемника положительного электрода в щелочных условиях образует плотный пассивирующий слой оксида алюминия. С одной стороны, это может усилить связь между золем кремния и фольгой, но, с другой стороны, чрезмерная коррозия может привести к увеличению контактного сопротивления. Поэтому крайне важно контролировать интервал оптимизации между pH 10,0–10,8. В связи с этим специальный щелочной золь кремнезема (pH=10,5±0,3), разработанный Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd., эффективно контролирует реакцию на границе раздела, обеспечивая при этом характеристики склеивания. Как профессиональный производитель продуктов из неорганического силикона, компания имеет более чем 20-летний опыт работы в отрасли. Техническая команда компании обладает уникальными знаниями в области контроля микроструктуры коллоидного кремнезема и силикатов и может предоставить индивидуальные решения на основе кремниевых золей для различных аккумуляторных систем.

Технологические преимущества щелочного кремнезема

Щелочные кремниевые золи демонстрируют множество преимуществ в процессах производства аккумуляторов. Во-первых, его высокие характеристики pH способствуют образованию более однородной трехмерной сетчатой ​​структуры в процессе сушки электрода. Эта структура не только обеспечивает превосходную механическую поддержку, но также сохраняет пористость электрода, что способствует проникновению электролита. Во-вторых, по сравнению с традиционными связующими из ПВДФ, кремниевая золь-система не требует использования NMP и других органических растворителей, что значительно снижает производственные затраты и нагрузку на окружающую среду. Кроме того, щелочные золи кремнезема проявляют лучшую стабильность в условиях высоких температур, что особенно важно для электродных процессов, требующих высокотемпературной обработки. Экспериментальные данные показывают, что электроды, изготовленные с использованием кремниево-зольного связующего с оптимизированным pH, могут сохранять начальную прочность соединения более 90% после термообработки при 200°C.

Стоит отметить, что реологические свойства щелочного кремнезоля тесно связаны с pH. В подходящем диапазоне высоких значений pH золь кремнезема демонстрирует умеренное разжижение при сдвиге, что позволяет электродной суспензии иметь хорошие свойства покрытия и быстро восстанавливать структурную прочность после прекращения сдвига, предотвращая осаждение активных веществ. Эта уникальная реологическая характеристика особенно важна для изготовления толстых электродов, что является одной из причин, почему все больше и больше производителей силовых аккумуляторов начинают использовать щелочные кремниевые золь-системы.

Проблемы применения и решения

Хотя щелочные золи кремнезема имеют много преимуществ, они по-прежнему сталкиваются с некоторыми проблемами при практическом применении. Прежде всего, вопрос точного контроля pH. Различные аккумуляторные системы могут иметь различия в требованиях к pH для кремниевых золей, и их необходимо корректировать в соответствии с конкретной ситуацией. Во-вторых, это проблема совместимости с другими материалами аккумуляторов, особенно с некоторыми новыми материалами электродов, чувствительными к щелочной среде. Кроме того, стабильность процесса в крупномасштабном производстве также является важным фактором, который необходимо учитывать.

В ответ на эти проблемы отрасль разработала множество решений. Технология модификации поверхности может регулировать свойства поверхности частиц кремниевого золя для адаптации к более широкому диапазону pH; добавление специальных стабилизаторов может улучшить совместимость кремниевого золя с чувствительными материалами; а расширенный контроль производственного процесса может обеспечить единообразие продукции. Tongxiang Hengli Chemical Co., Ltd. Благодаря своему обширному производственному опыту и сильной технической команде, она может предоставить комплексную техническую поддержку от корректировки pH до оптимизации формулы. Ее продукция широко используется в различных областях производства аккумуляторов. Компания имеет 18 му современной производственной базы с годовой производственной мощностью более 200 000 тонн, что позволяет удовлетворить потребности клиентов разных размеров.

Будущие тенденции развития

По мере развития аккумуляторной технологии в направлении высокой плотности энергии и низкой стоимости перспективы применения щелочного золя кремнезема будут расширяться. Ожидается, что в области твердотельных батарей щелочной кремниевый золь будет служить слоем модификации интерфейса между твердым электролитом и электродом; в системах отрицательных электродов на основе кремния его уникальный буферный эффект может помочь облегчить проблему объемного расширения; а в новых системах, таких как натриево-ионные батареи, щелочные кремниевые золи также демонстрируют хорошую адаптируемость. В будущем дальнейшая оптимизация значения pH и химии поверхности, а также разработка композитных кремниевых золей с множеством функций станут важным направлением технологического развития.