يعد إنتاج وتصنيع بطارية ليثيوم أيون عملية مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بخطوة تكنولوجية واحدة. ككل ، يشمل إنتاج بطارية الليثيوم عملية تصنيع القطب الكهربائي ، وعملية تجميع البطاريات ، وحقن السائل النهائي ، والشحن المسبق ، والتكوين ، وعملية الشيخوخة. في هذه المراحل الثلاث من العملية ، يمكن تقسيم كل عملية إلى عدة عمليات رئيسية ، وسيكون لكل خطوة تأثير كبير على الأداء النهائي للبطارية.

في مرحلة المعالجة ، يمكن تقسيمها إلى خمس عمليات: تحضير العجينة ، وطلاء العجينة ، وكبس الأسطوانة ، والقطع والتجفيف. في عملية تجميع البطاريات ، ووفقًا لمواصفات ونماذج البطاريات المختلفة ، يتم تقسيمها تقريبًا إلى عمليات لف ، وقشرة ، ولحام ، وعمليات أخرى. في المرحلة النهائية من حقن السائل ، بما في ذلك الحقن السائل ، والعادم ، والختم ، والتعبئة المسبقة ، والتكوين ، والشيخوخة ، وغيرها من العمليات. إن عملية تصنيع القطب الكهربي هي المحتوى الأساسي لتصنيع بطارية الليثيوم بالكامل ، والذي يرتبط بالأداء الكهروكيميائي للبطارية ، وجودة الملاط مهمة بشكل خاص.

الأول ، النظرية الأساسية للطين

ملاط قطب بطارية ليثيوم أيون هو نوع من السوائل ، وعادة ما يمكن تقسيمه إلى سائل نيوتوني وسوائل غير نيوتونية. من بينها ، يمكن تقسيم السائل غير النيوتوني إلى سائل بلاستيكي ممتد ، سائل غير نيوتوني يعتمد على الوقت ، سائل بلاستيكي كاذب ، سائل بلاستيكي بينغهام. السائل النيوتوني هو سائل منخفض اللزوجة يسهل تشوهه تحت الضغط ويتناسب إجهاد القص مع معدل التشوه. السائل الذي يكون فيه إجهاد القص عند أي نقطة دالة خطية لمعدل تشوه القص. العديد من السوائل في الطبيعة هي سوائل نيوتونية. معظم السوائل النقية مثل الماء والكحول والزيت الخفيف ومحاليل المركبات الجزيئية المنخفضة والغازات المتدفقة منخفضة السرعة هي سوائل نيوتونية.

يشير السائل غير النيوتوني إلى السائل الذي لا يفي بقانون اللزوجة التجريبي لنيوتن ، أي أن العلاقة بين إجهاد القص ومعدل إجهاد القص ليست خطية. توجد السوائل غير النيوتونية على نطاق واسع في الحياة والإنتاج والطبيعة. المحاليل المركزة للبوليمرات ومعلقات البوليمرات هي بشكل عام سوائل غير نيوتونية. تُعرَّف معظم السوائل البيولوجية الآن على أنها سوائل غير نيوتونية. تشمل السوائل غير النيوتونية سوائل الدم والليمفاوية والسوائل الكيسية ، بالإضافة إلى “السوائل شبه” مثل السيتوبلازم.

يتكون ملاط ​​الإلكترود من مجموعة متنوعة من المواد الخام ذات الجاذبية النوعية المختلفة وحجم الجسيمات ، ويتم خلطها وتشتيتها في المرحلة الصلبة والسائلة. الطين المتكون هو سائل غير نيوتوني. يمكن تقسيم ملاط ​​بطارية الليثيوم إلى نوعين من الملاط الموجب والطين السالب ، نظرًا لاختلاف نظام الملاط (الزيت والماء) ، ستختلف طبيعته. ومع ذلك ، يمكن استخدام المعلمات التالية لتحديد خصائص الملاط:

1. لزوجة الملاط

اللزوجة هي مقياس لزوجة السوائل وتعبير عن قوة السوائل على ظاهرة الاحتكاك الداخلي. عندما يتدفق السائل ، فإنه ينتج احتكاكًا داخليًا بين جزيئاته ، وهو ما يسمى لزوجة السائل. يتم التعبير عن اللزوجة من خلال اللزوجة ، والتي تستخدم لوصف عامل المقاومة المتعلق بخصائص السائل. تنقسم اللزوجة إلى لزوجة ديناميكية ولزوجة شرطية.

Viscosity is defined as A pair of parallel plates, area A, Dr Apart, filled with A liquid. Now apply a thrust F to the upper plate to produce a velocity change DU. Because the viscosity of the liquid transfers this force layer by layer, each layer of liquid also moves accordingly, forming a velocity gradient du/ Dr, called shear rate, represented by R ‘. F/A is called shear stress, expressed as τ. The relationship between shear rate and shear stress is as follows:

(F / A) = eta (du / Dr)

يتوافق السائل النيوتوني مع صيغة نيوتن ، واللزوجة مرتبطة فقط بدرجة الحرارة ، وليس معدل القص ، τ يتناسب مع D.

لا تتوافق السوائل غير النيوتونية مع صيغة نيوتن τ / D = f (D). اللزوجة عند τ / D هي ηa ، والتي تسمى اللزوجة الظاهرة. لا تعتمد لزوجة السوائل غير النيوتونية على درجة الحرارة فحسب ، بل تعتمد أيضًا على معدل القص والوقت وترقيق القص أو سماكة القص.

2. خصائص الطين

الطين هو سائل غير نيوتوني ، وهو خليط صلب-سائل. من أجل تلبية متطلبات عملية الطلاء اللاحقة ، يجب أن يتمتع الملاط بالخصائص الثلاث التالية:

سيولة جيدة. يمكن ملاحظة السيولة عن طريق تحريك الملاط والسماح له بالتدفق بشكل طبيعي. الاستمرارية الجيدة ، التقطع والإيقاف المستمر تعني سيولة جيدة. ترتبط السيولة بالمحتوى الصلب ولزوجة الملاط ،

(2) التسوية. تؤثر نعومة الملاط على تسطيح وتساوي الطلاء.

③ الريولوجيا. يشير الريولوجيا إلى خصائص تشوه الملاط في التدفق ، وتؤثر خصائصه على جودة صفيحة العمود.

3. أساس تشتت الطين

تصنيع قطب بطارية ليثيوم أيون ، معجون الكاثود بمادة لاصقة ، وعامل موصل ، وتركيب مادة الكاثود ؛ يتكون المعجون السلبي من مادة لاصقة ومسحوق الجرافيت وما إلى ذلك. يتضمن تحضير الملاط الموجب والسالب سلسلة من العمليات التكنولوجية ، مثل الخلط والذوبان والتشتت بين المواد السائلة والسائلة والسائلة والصلبة ، ويصاحب ذلك تغيرات في درجة الحرارة واللزوجة والبيئة في هذه العملية. يمكن تقسيم عملية الخلط والتشتت لملاط بطارية أيون الليثيوم إلى عملية خلط كبيرة وعملية تشتت دقيق ، والتي تكون مصحوبة دائمًا بالعملية الكاملة لإعداد ملاط ​​بطارية أيون الليثيوم. يمر تحضير الملاط عمومًا بالمراحل التالية:

خلط المسحوق الجاف. تتلامس الجسيمات مع بعضها البعض في شكل نقاط ونقاط وطائرات وخطوط ،

② مرحلة عجن الطين شبه الجاف. في هذه المرحلة ، بعد خلط المسحوق الجاف بالتساوي ، يضاف سائل المادة الرابطة أو المذيب ، وتكون المادة الخام مبللة وموحلة. بعد التقليب القوي للخلاط ، تخضع المادة لقص واحتكاك القوة الميكانيكية ، وسيكون هناك احتكاك داخلي بين الجزيئات. تحت كل قوة ، تميل جزيئات المواد الخام إلى التشتت بدرجة كبيرة. هذه المرحلة لها تأثير مهم للغاية على حجم ولزوجة الملاط النهائي.

مرحلة التخفيف والتشتت. بعد العجن ، تمت إضافة المذيب ببطء لضبط لزوجة الملاط والمحتوى الصلب. في هذه المرحلة يتعايش التشتت والتكتل ويصلان أخيرًا إلى الاستقرار. في هذه المرحلة ، يتأثر تشتت المواد بشكل أساسي بالقوة الميكانيكية ، ومقاومة الاحتكاك بين المسحوق والسائل ، وقوة قص التشتت عالي السرعة ، وتفاعل التأثير بين الطين وجدار الحاوية.

الصورة

تحليل المعلمات التي تؤثر على خصائص الملاط

إنه مؤشر مهم لضمان اتساق البطارية في عملية إنتاج البطارية ، حيث يجب أن يتمتع الملاط باستقرار جيد. مع نهاية الملاط المركب ، توقف الخلط ، سيظهر الملاط تسوية ، تلبد وظواهر أخرى ، مما ينتج عنه جزيئات كبيرة ، والتي سيكون لها تأثير أكبر على الطلاء اللاحق والعمليات الأخرى. المعلمات الرئيسية لاستقرار الملاط هي السيولة واللزوجة والمحتوى الصلب والكثافة.

1. لزوجة الملاط

تعتبر اللزوجة المستقرة والمناسبة لعجينة الإلكترود مهمة جدًا لعملية طلاء لوح الإلكترود. اللزوجة عالية جدًا أو منخفضة جدًا لا تساعد على طلاء القطعة القطبية ، وليس من السهل ترسيب الملاط ذو اللزوجة العالية وسيكون التشتت أفضل ، لكن اللزوجة العالية لا تؤدي إلى تأثير التسوية ، ولا تساعد على الطلاء ؛ اللزوجة المنخفضة جدًا ليست جيدة ، واللزوجة منخفضة ، على الرغم من أن تدفق الملاط جيد ، ولكن يصعب تجفيفه ، ويقلل من كفاءة تجفيف الطلاء ، وتكسير الطلاء ، وتكتل جزيئات الملاط ، واتساق كثافة السطح ليس جيدًا.

المشكلة التي تحدث غالبًا في عملية الإنتاج لدينا هي تغيير اللزوجة ، ويمكن تقسيم “التغيير” هنا إلى تغيير فوري وتغيير ثابت. يشير التغيير العابر إلى التغيير الجذري في عملية اختبار اللزوجة ، ويشير التغيير الثابت إلى تغيير اللزوجة بعد فترة من الزمن. تختلف اللزوجة من عالية إلى منخفضة ومن عالية إلى منخفضة. بشكل عام ، العوامل الرئيسية التي تؤثر على لزوجة الملاط هي سرعة خلط الطين ، والتحكم في الوقت ، وترتيب المكونات ، ودرجة الحرارة والرطوبة البيئية ، وما إلى ذلك. هناك العديد من العوامل ، عندما نلبي تغير اللزوجة يجب أن تكون كيفية تحليلها وحلها؟ يتم تحديد لزوجة الملاط بشكل أساسي بواسطة المادة الرابطة. تخيل أنه بدون مادة الربط PVDF / CMC / SBR (الشكل 2 ، 3) ، أو إذا لم تجمع المادة الحية جيدًا ، فهل ستشكل المادة الحية الصلبة والعامل الموصل سائلًا غير نيوتوني بطبقة موحدة؟ لا تفعل! لذلك ، لتحليل سبب تغيير لزوجة الملاط وحلها ، يجب أن نبدأ من طبيعة درجة تشتت المادة اللاصقة والطين.

الصورة

تين. 2. التركيب الجزيئي لـ PVDF

الصورة

الشكل 3. الصيغة الجزيئية للـ CMC

(1) تزداد اللزوجة

أنظمة الملاط المختلفة لها قواعد مختلفة لتغيير اللزوجة. في الوقت الحاضر ، نظام الملاط السائد عبارة عن نظام زيتي PVDF / NMP موجب للطين ، والطين السالب عبارة عن نظام مائي من الجرافيت / CMC / SBR.

تزداد لزوجة الملاط الموجب بعد فترة من الزمن. أحد الأسباب (التنسيب في وقت قصير) هو أن سرعة خلط الملاط سريعة جدًا ، ولا يتم إذابة المادة الرابطة تمامًا ، ويذوب مسحوق PVDF تمامًا بعد فترة من الوقت ، وتزداد اللزوجة. بشكل عام ، يحتاج PVDF إلى 3 ساعات على الأقل ليذوب تمامًا ، بغض النظر عن السرعة التي لا تستطيع بها سرعة التحريك تغيير هذا العامل المؤثر ، فإن ما يسمى بـ “التسرع يجعل النفايات”. السبب الثاني (وقت طويل) هو أنه في عملية وقوف الطين ، يتغير الغرواني من حالة محلول غرواني إلى حالة هلام. في هذا الوقت ، إذا تم تجانسه بسرعة بطيئة ، فيمكن استعادة لزوجته. السبب الثالث هو أن بنية خاصة تتكون بين جزيئات المادة الغروانية والحيّة والعامل الموصّل. هذه الحالة لا رجوع فيها ، ولا يمكن استعادة لزوجة الطين بعد الزيادة.

تزداد لزوجة الملاط السلبي. تنتج لزوجة الملاط السالب بشكل أساسي عن تدمير التركيب الجزيئي للموثق ، وتزداد لزوجة الملاط بعد أكسدة كسر السلسلة الجزيئية. إذا كانت المادة مشتتة بشكل مفرط ، فسيتم تقليل حجم الجسيمات بشكل كبير ، كما ستزداد لزوجة الملاط.

(2) يتم تقليل اللزوجة

تنخفض لزوجة الملاط الموجب. أحد الأسباب ، التغييرات اللاصقة الغروانية في الشخصية. هناك العديد من الأسباب للتغيير ، مثل قوة القص القوية أثناء نقل الطين ، والتغيير النوعي لامتصاص الماء عن طريق المادة الرابطة ، والتغيير الهيكلي وتدهور نفسه في عملية الخلط. السبب الثاني هو أن التقليب والتشتت غير المتكافئين يؤديان إلى تسوية مساحة كبيرة للمواد الصلبة في الملاط. السبب الثالث هو أنه في عملية التحريك ، تتعرض المادة اللاصقة لقوة قص قوية واحتكاك المعدات والمواد الحية ، وتغيرات في الخواص عند درجات الحرارة العالية ، مما ينتج عنه انخفاض في اللزوجة.

تنخفض لزوجة الملاط السالب. أحد الأسباب هو أن هناك شوائب مختلطة في CMC. معظم الشوائب في CMC عبارة عن راتينج بوليمر غير قابل للذوبان. عندما يكون CMC قابلًا للامتزاج مع الكالسيوم والمغنيسيوم ، فسوف تقل لزوجته. السبب الثاني هو هيدروكسي ميثيل السليلوز الصوديوم ، والذي يتكون بشكل أساسي من مزيج C / O. قوة الرابطة ضعيفة للغاية ويمكن تدميرها بسهولة بواسطة قوة القص. عندما تكون سرعة التحريك سريعة جدًا أو وقت التحريك طويل جدًا ، فقد يتم تدمير بنية CMC. يلعب CMC دورًا كثيفًا واستقرارًا في الملاط السالب ، ويلعب دورًا مهمًا في تشتت المواد الخام. بمجرد تدمير هيكله ، فإنه سيؤدي حتما إلى تسوية الطين وتقليل اللزوجة. السبب الثالث هو تدمير مادة SBR الموثق. في الإنتاج الفعلي ، عادةً ما يتم اختيار CMC و SBR للعمل معًا ، وتختلف أدوارهما. يلعب SBR دور الموثق بشكل أساسي ، ولكنه عرضة لفك الاستحلاب في ظل التحريك طويل الأمد ، مما يؤدي إلى فشل الرابطة وتقليل لزوجة الملاط.

(3) الظروف الخاصة (عالية ومنخفضة على شكل هلام في الوقت المناسب)

In the process of preparing positive paste, the paste sometimes turns into jelly. There are two main reasons for this: first, water. Considering that the moisture absorption of living substances and the moisture control in the mixing process are not good, the moisture absorption of raw materials or the humidity of the mixing environment is high, resulting in the absorption of water by PVDF into jelly. Second, the pH value of slurry or material. The higher the pH value is, the control of moisture is more strict, especially the mixing of high nickel materials such as NCA and NCM811.

تتقلب لزوجة الملاط ، قد يكون أحد الأسباب هو عدم استقرار الملاط تمامًا في عملية الاختبار ، وتتأثر لزوجة الملاط بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة. خاصة بعد التشتت بسرعة عالية ، هناك تدرج معين في درجة الحرارة في درجة الحرارة الداخلية للملاط ، ولزوجة العينات المختلفة ليست هي نفسها. السبب الثاني هو التشتت السيئ للملاط ، والمواد الحية ، والموثق ، والعامل الموصّل ليس تشتتًا جيدًا ، والطين ليس سيولة جيدة ، ولزوجة الملاط الطبيعية مرتفعة أو منخفضة.

2. حجم الطين

بعد دمج الملاط ، من الضروري قياس حجم الجسيمات ، وعادة ما تكون طريقة قياس حجم الجسيمات هي طريقة الكاشطة. حجم الجسيمات هو معلمة مهمة لوصف جودة الملاط. حجم الجسيمات له تأثير مهم على عملية الطلاء وعملية الدرفلة وأداء البطارية. من الناحية النظرية ، كلما كان حجم الملاط أصغر ، كان ذلك أفضل. عندما يكون حجم الجسيمات كبيرًا جدًا ، سيتأثر استقرار الملاط ، ويكون الترسيب واتساق الملاط ضعيفًا. في عملية الطلاء بالبثق ، سيكون هناك مادة مانعة ، تجف بعد التجويف ، مما يؤدي إلى مشاكل جودة العمود. في عملية التدحرج التالية ، نظرًا للضغط غير المتكافئ في منطقة الطلاء السيئة ، فمن السهل أن تتسبب في كسر العمود وتشققات صغيرة محلية ، مما يتسبب في ضرر كبير لأداء ركوب الدراجات وأداء النسبة وأداء السلامة للبطارية.

المواد الفعالة الإيجابية والسلبية ، والمواد اللاصقة ، والعوامل الموصلة وغيرها من المواد الرئيسية لها أحجام وكثافات مختلفة من الجسيمات. في عملية التحريك ، سيكون هناك خلط ، قذف ، احتكاك ، تكتل وأنماط تلامس مختلفة أخرى. في مراحل خلط المواد الخام تدريجيًا ، وترطيبها بالمذيب ، وكسر المواد الكبيرة ، والاتجاه التدريجي للاستقرار ، سيكون هناك خلط غير متساوٍ ، وانحلال مادة لاصقة ضعيف ، وتكتل خطير للجزيئات الدقيقة ، وتغيرات في خصائص اللصق وغيرها من الظروف ، والتي سوف يؤدي إلى توليد جزيئات كبيرة.

بمجرد أن نفهم أسباب ظهور الجسيمات ، نحتاج إلى معالجة هذه المشكلات بالأدوية المناسبة. بالنسبة لخلط المسحوق الجاف للمواد ، فأنا شخصياً أعتقد أن سرعة الخلاط لها تأثير ضئيل على درجة خلط المسحوق الجاف ، لكنهم يحتاجون إلى وقت كافٍ لضمان توحيد خلط المسحوق الجاف. يختار بعض المصنّعين الآن مادة لاصقة مساحيق ويختار البعض محلولًا سائلًا لاصقًا جيدًا ، ويحدد نوعان من المواد اللاصقة المختلفة العملية المختلفة ، ويحتاج استخدام المادة اللاصقة البودرة إلى وقت أطول لتذوب ، وإلا سيظهر التورم في وقت متأخر ، والارتداد ، وتغيير اللزوجة ، وما إلى ذلك. التكتل بين الجسيمات الدقيقة أمر لا مفر منه ، ولكن يجب أن نضمن وجود احتكاك كافٍ بين المواد لتمكين جسيمات التكتل من الظهور بالبثق ، والتكسير ، مما يؤدي إلى الاختلاط. يتطلب ذلك منا التحكم في المحتوى الصلب في مراحل مختلفة من الملاط ، وسيؤثر المحتوى الصلب المنخفض جدًا على تشتت الاحتكاك بين الجسيمات.

3. المحتوى الصلب من الطين

يرتبط المحتوى الصلب للطين ارتباطًا وثيقًا باستقرار الملاط ، ونفس العملية والصيغة ، وكلما زاد المحتوى الصلب للطين ، زادت اللزوجة ، والعكس صحيح. في نطاق معين ، كلما زادت اللزوجة ، زاد ثبات الملاط. عندما نصمم البطارية ، فإننا نستنتج عمومًا سمك النواة الأساسية من سعة البطارية إلى تصميم لوح القطب الكهربائي ، وبالتالي فإن تصميم لوح القطب يرتبط فقط بكثافة السطح ، وكثافة المادة الحية ، والسمك والمعلمات الأخرى. يتم ضبط معلمات لوح الإلكترود عن طريق آلة الطلاء والضغط الأسطواني ، ولا يوجد تأثير مباشر على المحتوى الصلب للطين. لذا ، هل مستوى المحتوى الصلب في الملاط مهم قليلاً؟

(1) المحتوى الصلب له تأثير معين على تحسين كفاءة التحريك وكفاءة الطلاء. كلما زاد المحتوى الصلب ، كلما كان وقت التحريك أقصر ، كلما قل استهلاك المذيبات ، زادت كفاءة تجفيف الطلاء ، مما يوفر الوقت.

(2) المحتوى الصلب له متطلبات معينة للمعدات. الطين الذي يحتوي على نسبة صلبة عالية له خسارة أكبر للمعدات ، لأنه كلما زاد المحتوى الصلب ، زادت خطورة تآكل المعدات.

(3) الملاط ذو المحتوى الصلب العالي يكون أكثر ثباتًا. تُظهر نتائج اختبار الثبات لبعض الملاط (كما هو موضح في الشكل أدناه) أن TSI (مؤشر عدم الاستقرار) عند 1.05 في التحريك التقليدي أعلى من 0.75 في عملية التحريك عالية اللزوجة ، وبالتالي يتم الحصول على ثبات الملاط بواسطة اللزوجة العالية عملية التحريك أفضل من تلك التي يتم الحصول عليها عن طريق عملية التحريك التقليدية. لكن الطين الذي يحتوي على نسبة صلبة عالية سيؤثر أيضًا على سيولته ، وهو ما يمثل تحديًا كبيرًا للمعدات والفنيين في عملية الطلاء.

الصورة

(4) يمكن أن يقلل الطين ذو المحتوى الصلب العالي السماكة بين الطلاء ويقلل من المقاومة الداخلية للبطارية.

4. كثافة اللب

كثافة الحجم هي معلمة مهمة لتعكس اتساق الحجم. يمكن التحقق من تأثير تشتت الحجم عن طريق اختبار كثافة الحجم في مواقع مختلفة. في هذا لن يتكرر ، من خلال الملخص أعلاه ، أعتقد أننا نعد عجينة إلكترود جيدة.