باتری های لیتیوم یونی به دلیل چگالی انرژی بالا، عمر چرخه طولانی و سازگاری با محیط زیست به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شوند. دوغاب الکترود آند یکی از اجزای کلیدی باتری‌های لیتیوم یونی است که بر عملکرد و ایمنی باتری‌ها تأثیر می‌گذارد. بنابراین، درک فرآیند آماده سازی و اقدامات احتیاطی دوغاب الکترود آند بسیار مهم است.
فرآیند آماده سازی دوغاب الکترود آند را می توان به چهار مرحله تقسیم کرد: آماده سازی مواد خام، مخلوط کردن، پوشش دهی و خشک کردن.
مواد خام برای دوغاب الکترود آند عمدتاً شامل مواد فعال، عوامل رسانا، بایندرها و حلالها می باشد. مواد فعال منبع اصلی یون های لیتیوم و الکترون ها در باتری هستند، مانند گرافیت، سیلیکون، قلع و آلیاژها یا کامپوزیت های آنها. از عوامل رسانا برای بهبود رسانایی الکتریکی دوغاب و الکترود مانند کربن سیاه، گرافن و نانولوله های کربنی استفاده می شود. بایندرها برای چسباندن مواد فعال و عوامل رسانا به یکدیگر و چسباندن آنها به کلکتور فعلی، مانند پلی وینیلیدین فلوراید (PVDF)، لاستیک استایرن-بوتادین (SBR) و کربوکسی متیل سلولز (CMC) استفاده می شود. حلالها برای حل کردن بایندرها و تنظیم ویسکوزیته دوغاب، مانند N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)، آب و اتانول استفاده می‌شوند.
2. مخلوط کردن
مرحله اختلاط این است که به طور یکنواخت مواد فعال، عوامل رسانا و بایندرها در حلال پخش شوند تا یک دوغاب همگن تشکیل شود. روش اختلاط می تواند هم زدن مکانیکی، پراکندگی اولتراسونیک یا آسیاب گلوله ای باشد. زمان اختلاط، سرعت و دما باید با توجه به خواص مواد اولیه و کیفیت مطلوب دوغاب کنترل شود. مرحله اختلاط برای دستیابی به پراکندگی خوب، چسبندگی و یکنواختی پوشش دوغاب بسیار مهم است.
3. پوشش
مرحله پوشش دادن این است که دوغاب را روی یک فویل فلزی (معمولاً مس) به عنوان جمع کننده جریان با استفاده از دستگاه پوشش دهی می کنیم. روش پوشش می تواند تیغه دکتر، قالب شکافی یا پوشش اسپری باشد. ضخامت پوشش، سرعت و فشار باید با توجه به ویژگی های دوغاب و الزامات الکترود تنظیم شود. مرحله پوشش برای تعیین بار جرمی، تخلخل و مورفولوژی الکترود ضروری است.
4. خشک کردن
مرحله خشک کردن، حذف حلال از دوغاب پوشش داده شده با استفاده از اجاق خشک کن یا دمنده هوای گرم است. دمای خشک کردن، زمان و اتمسفر باید با توجه به نوع حلال و چسب مورد استفاده در دوغاب بهینه شود. مرحله خشک کردن برای حذف حلال باقیمانده، افزایش چسبندگی بایندر و بهبود پایداری الکترود مهم است.
اقدامات احتیاطی در تهیه دوغاب الکترود آند عمدتاً شامل موارد زیر است:
- انتخاب مواد اولیه مناسب با توجه به الزامات عملکرد باتری.
- کنترل نسبت مواد فعال، عوامل رسانا و بایندرها با توجه به رئولوژی و خواص الکتروشیمیایی مورد نظر دوغاب.
- اجتناب از آلودگی یا اکسید شدن مواد اولیه و دوغاب در حین نگهداری و جابجایی.
- فیلتر کردن یا گاز زدایی دوغاب قبل از پوشش برای حذف حباب های هوا یا ناخالصی ها.
- کالیبره کردن دستگاه پوشش به طور منظم برای اطمینان از ضخامت پوشش دقیق و ثابت.
- نگهداری یا پخت الکترودهای پوشش داده شده به درستی برای جلوگیری از ترک خوردن یا کنده شدن.
آماده سازی دوغاب الکترود آند یک فرآیند پیچیده و ظریف است که نیاز به طراحی و عملیات دقیق دارد. با پیروی از این مراحل و اقدامات احتیاطی، می توان دوغاب الکترود آند با کیفیت بالا را برای باتری های لیتیوم یون به دست آورد.
