Investigation of film solidification and binder migration during drying of Li-Ion battery anodes

阳极 材料科学 毛细管作用 石墨 扩散 阴极 炭黑 化学工程 复合材料 化学 电极 热力学 工程类 物理 物理化学 天然橡胶
作者
S. Jaiser,Marcus Müller,Michael Baunach,Werner Bauer,Philip Scharfer,Wilhelm Schabel
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:318: 210-219 被引量:319
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.04.018
摘要

The property determining micro-structure of battery electrodes essentially evolves during drying, appointing it a paramount, yet insufficiently understood processing step in cell manufacturing. The distribution of functional additives such as binder or carbon black throughout the film strongly depends on the drying process. A representative state-of-the-art model system comprising graphite, polymeric binder, carbon black and solvent is investigated to gain an insight into the underlying processes. A new experimental approach is introduced that allows for revelation of the evolution of binder concentration gradients throughout the film during drying. Binder is detected by means of energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS) at the top and bottom surface. Drying kinetics is investigated and the impact of the drying process on electrochemical performance is disclosed. The enrichment of binder at the surface, which is observed while applying high drying rates, is shown to depend on two fundamental processes, namely capillary action and diffusion. The findings reveal characteristic drying stages that provide fundamental insights into film solidification. Based on that, a top-down consolidation mechanism capable of explaining the experimental findings is disclosed. Adhesion of the active layer to the substrate is shown to strongly depend on the local binder concentration in the vicinity of the substrate.
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