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关于锂离子电池浆料的理论知识(上)

放大字体 缩小字体 发布日期:2017-06-18 06:31:26   来源:新能源汽车网  编辑:全球新能源汽车网  浏览次数:942


下图为DLVO示意图,表示胶体粒子之间存在吸引力与排斥力,这两种作用力的大小决定胶体溶液的稳定性,粒子间的吸引力为主要作用,则粒子将产生团聚;而排斥力大于吸引力的状态下,则可避免粒子凝聚而保持胶体的稳定性。

由DLVO曲线,当粒子之间的距离愈来愈短,粒子首先会产生吸引力,若粒子彼此再持续靠近时,则将使得粒子之间产生排斥力,而若粒子越过排斥能障,则会快速产生团聚。因此为了使得胶体内的粒子分散稳定性提高,必须提高粒子间排斥力,以避免粒子间产生团聚。

弄懂锂离子电池浆料之前,必须要了解的理论知识

DLVO示意图

2-1,胶体的稳定机制

胶体粒子由于具有高表面能而倾向团聚状态,为使胶体系统具有分散稳定性,必须提高粒子间的排斥力。胶体间的稳定机制一般可分为三种:

1)静电稳定机制(Electrostatic stabilization)

2)立体障碍(Steric hindrance)

3)静电立体稳定作用(Electrosteric stabilization),稳定机制如下图所示:

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(a)静电斥力、(b)立体障碍、(c)静电立体障碍

静电稳定机制是利用粒子的表面电荷所造成的排斥力,当粒子彼此因吸引力接近时,造成胶体粒子的双电层重迭,由于粒子表面带同性电荷,因此产生排斥力。

然而静电稳定机制易受溶液系统中的电解质浓度影响,当溶液内的电解质浓度过高时将造成粒子表面双电层压缩,反而造成粒子的凝聚。立体障碍的稳定机制是利用高分子吸附于胶体粒子表面,其作用会产生两种不同的效应提升粒子间的排斥力:

1)渗透压效应(Osmotic Effect)

是当两胶体粒子接近时,高分子长链吸附于粒子表面或溶液内的残余高分子会介在粒子之间,此时粒子间的高分子浓度不断提高将引起渗透压的变化,周围介质进入两粒子之间,排开彼此距离,而达到分散稳定的效果。

2)空间限制效应(Volume restriction effect)

为吸附于粒上表面的高分子具有一定的空间阻碍,当粒子距离缩短,由于高分子并无法穿透粒子,高分子将产生压缩,致使弹性自由能上升,因而排开粒子,达到分散的效果。

相较于静电稳定机制,高分子立体障碍具有许多优点。静电稳定机制极容易受环境影响而失去效果,无法应用于高电解质环境或是有机系统溶液。

然而高分子立体障碍对电解质浓度相对不敏感,而且于水溶液或在有机溶剂中具有相等的效率,并且高分子立体障碍亦不因胶体固含量而影响效果。高分子吸附于胶体粒子表面时,即使产生团聚亦为软团聚,可简单的破除团聚现象,即使胶体粒子经过干燥程序,仍然是可以再度分散于溶剂中。

因此立体障碍对于分散稳定性的作用相对较静电稳定效应高。静电立体稳定作用则是同时具有静电稳定机制与立体障碍,粒子表面所接枝的高分子上带有电荷,使两种不同稳定机制加成,可让胶体粒子具有良好的分散稳定性。

3
 
关键词: 粒子 胶体 浆料


 
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