แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สารละลายอิเล็กโทรดแอโนดเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจขั้นตอนการเตรียมและข้อควรระวังของสารละลายอิเล็กโทรดแอโนด
ขั้นตอนการเตรียมสารละลายอิเล็กโทรดแอโนดสามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน: การเตรียมวัตถุดิบ การผสม การเคลือบ และการทำให้แห้ง
วัตถุดิบสำหรับสารละลายอิเล็กโทรดแอโนดส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุที่ใช้งาน สารนำไฟฟ้า สารยึดเกาะ และตัวทำละลาย วัสดุที่ใช้งานเป็นแหล่งหลักของไอออนลิเธียมและอิเล็กตรอนในแบตเตอรี่ เช่น กราไฟต์ ซิลิกอน ดีบุก และโลหะผสมหรือวัสดุผสม สารนำไฟฟ้าใช้เพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้าของสารละลายและอิเล็กโทรด เช่น คาร์บอนแบล็ค กราฟีน และท่อนาโนคาร์บอน สารยึดเกาะถูกใช้เพื่อเชื่อมวัสดุที่ออกฤทธิ์และสารนำไฟฟ้าเข้าด้วยกันและยึดติดกับตัวสะสมปัจจุบัน เช่น โพลิไวนิลลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) ยางสไตรีน-บิวทาไดอีน (SBR) และคาร์บอกซีเมทิลเซลลูโลส (CMC) ตัวทำละลายใช้เพื่อละลายสารยึดเกาะและปรับความหนืดของสารละลาย เช่น N-เมทิล-2-ไพร์โรลิโดน (NMP) น้ำ และเอธานอล
2. การผสม
ขั้นตอนการผสมคือการกระจายวัสดุออกฤทธิ์ สารนำไฟฟ้า และสารยึดเกาะในตัวทำละลายอย่างสม่ำเสมอเพื่อสร้างสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกัน วิธีการผสมอาจเป็นการกวนเชิงกล การกระจายแบบอัลตราโซนิก หรือการกัดลูก ควรควบคุมเวลา ความเร็ว และอุณหภูมิในการผสมตามคุณสมบัติของวัตถุดิบและคุณภาพของสารละลายที่ต้องการ ขั้นตอนการผสมมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกระจายตัว การยึดเกาะ และการเคลือบที่สม่ำเสมอของสารละลาย
3. การเคลือบผิว
ขั้นตอนการเคลือบคือการทาน้ำยาลงบนฟอยล์โลหะ (ปกติคือทองแดง) เป็นตัวเก็บกระแสไฟโดยใช้เครื่องเคลือบ วิธีการเคลือบอาจเป็นด็อกเตอร์เบลด สล็อตดาย หรือสเปรย์เคลือบก็ได้ ควรปรับความหนา ความเร็ว และความดันของชั้นเคลือบตามลักษณะของสารละลายและข้อกำหนดของอิเล็กโทรด ขั้นตอนการเคลือบเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพิจารณาโหลดมวล ความพรุน และสัณฐานวิทยาของอิเล็กโทรด
4. การทำให้แห้ง
ขั้นตอนการทำให้แห้งคือการกำจัดตัวทำละลายออกจากสารละลายที่เคลือบโดยใช้เตาอบแห้งหรือเครื่องเป่าลมร้อน อุณหภูมิ เวลา และบรรยากาศในการอบแห้งควรเหมาะสมที่สุดตามประเภทของตัวทำละลายและสารยึดเกาะที่ใช้ในสารละลาย ขั้นตอนการทำให้แห้งมีความสำคัญต่อการกำจัดตัวทำละลายที่ตกค้าง เพิ่มการยึดเกาะของสารยึดเกาะ และปรับปรุงความเสถียรของอิเล็กโทรด
ข้อควรระวังในการเตรียมสารละลายอิเล็กโทรดแอโนดประกอบด้วย:
- การเลือกวัตถุดิบที่เหมาะสมตามความต้องการของแบตเตอรี่
- ควบคุมอัตราส่วนของสารออกฤทธิ์ สารนำไฟฟ้า และสารยึดเกาะตามรีโอโลยีและคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของสารละลายที่ต้องการ
- หลีกเลี่ยงการปนเปื้อนหรือออกซิเดชันของวัตถุดิบและสารละลายในระหว่างการเก็บรักษาและการจัดการ
- กรองหรือไล่ก๊าซก่อนเคลือบเพื่อไล่ฟองอากาศหรือสิ่งเจือปน
- สอบเทียบเครื่องเคลือบอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้ความหนาของเคลือบถูกต้องและสม่ำเสมอ
- จัดเก็บหรือบ่มอิเล็กโทรดที่เคลือบไว้อย่างเหมาะสมเพื่อป้องกันการแตกร้าวหรือลอกออก
การเตรียมสารละลายอิเล็กโทรดแอโนดเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อนซึ่งต้องมีการออกแบบและการใช้งานอย่างระมัดระวัง เมื่อทำตามขั้นตอนและข้อควรระวังเหล่านี้ เราจะได้รับสารละลายอิเล็กโทรดแอโนดคุณภาพสูงสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
