Litium ion batareyasının istehsalı və istehsalı bir texnoloji addımla sıx əlaqəli bir prosesdir. Bütövlükdə, litium batareyanın istehsalına elektrod istehsalı prosesi, batareyanın yığılması prosesi və son maye vurulması, əvvəlcədən doldurulması, formalaşması və yaşlanma prosesi daxildir. Prosesin bu üç mərhələsində hər bir prosesi bir neçə əsas prosesə bölmək olar, hər bir addım batareyanın son işinə böyük təsir göstərəcəkdir.

Proses mərhələsində onu beş prosesə bölmək olar: pastanın hazırlanması, pastanın örtülməsi, rulonla presləmə, kəsmə və qurutma. Batareyanın yığılması prosesində və müxtəlif batareya spesifikasiyasına və modellərinə görə, təxminən sarım, qabıq, qaynaq və digər proseslərə bölünür. Maye enjeksiyonunun son mərhələsində, o cümlədən mayenin vurulması, buraxılması, möhürlənməsi, əvvəlcədən doldurulması, formalaşması, yaşlanması və digər proseslər. Elektrod istehsalı prosesi, batareyanın elektrokimyəvi performansı ilə əlaqəli olan bütün litium batareya istehsalının əsas məzmunudur və bulamacın keyfiyyəti xüsusilə vacibdir.

Biri, şlamın əsas nəzəriyyəsi

Litium ion batareya elektrod məhlulu bir növ mayedir, adətən Nyuton mayesinə və Nyuton olmayan mayeyə bölünə bilər. Bunların arasında qeyri-Nyuton mayesi dilatasiyalı plastik maye, zamandan asılı qeyri-Nyuton mayesi, psevdoplastik maye və binqam plastik mayesinə bölünə bilər. Nyuton mayesi aşağı özlülüklü mayedir, gərginlik altında asanlıqla deformasiya olunur və kəsmə gərginliyi deformasiya sürətinə mütənasibdir. İstənilən nöqtədə kəsilmə gərginliyinin kəsilmə deformasiyasının sürətinin xətti funksiyası olduğu maye. Təbiətdəki bir çox maye Nyuton mayeləridir. Su və spirt, yüngül neft, aşağı molekulyar birləşmə məhlulları və aşağı sürətlə axan qazlar kimi əksər təmiz mayelər Nyuton mayeləridir.

Nyuton olmayan maye dedikdə Nyutonun eksperimental özlülük qanununu təmin etməyən maye nəzərdə tutulur, yəni kəsilmə gərginliyi ilə kəsilmə deformasiya sürəti arasında əlaqə xətti deyil. Qeyri-nyuton mayeləri həyatda, istehsalatda və təbiətdə geniş yayılmışdır. Polimerlərin konsentratlaşdırılmış məhlulları və polimerlərin suspenziyaları ümumiyyətlə qeyri-Nyuton mayeləridir. Əksər bioloji mayelər indi qeyri-Nyuton mayeləri kimi müəyyən edilir. Qeyri-nyuton mayelərinə qan, limfa və kist mayeləri, həmçinin sitoplazma kimi “yarı mayelər” daxildir.

Elektrod məhlulu müxtəlif xüsusi çəkisi və hissəcik ölçüsü olan müxtəlif xammallardan ibarətdir və bərk-maye fazada qarışdırılır və səpələnir. Yaranan məhlul qeyri-Nyuton mayesidir. Litium batareya məhlulu müsbət şlam və mənfi şlam iki növə bölünə bilər, şlam sisteminin (yağlı, sulu) fərqli olması səbəbindən təbiəti fərqli olacaq. Bununla belə, şlamın xüsusiyyətlərini müəyyən etmək üçün aşağıdakı parametrlərdən istifadə edilə bilər:

1. Şlamın özlülüyü

Özlülük mayenin özlülüyünün ölçüsü və onun daxili sürtünmə fenomeni üzərində maye qüvvəsinin ifadəsidir. Maye axdıqda, molekulları arasında daxili sürtünmə əmələ gətirir ki, bu da mayenin özlülüyü adlanır. Özlülük maye xassələri ilə bağlı müqavimət faktorunu xarakterizə etmək üçün istifadə olunan özlülük ilə ifadə edilir. Özlülük dinamik özlülük və şərti özlülükə bölünür.

Özlülük A maye ilə doldurulmuş bir cüt paralel boşqab, sahə A, Dr Apart kimi müəyyən edilir. İndi sürət dəyişikliyi DU yaratmaq üçün yuxarı boşqaba F itələmə tətbiq edin. Mayenin özlülüyü bu qüvvə qatını qat-qat köçürdüyünə görə, mayenin hər təbəqəsi də müvafiq olaraq hərəkət edir və sürət qradiyenti du/ Dr əmələ gətirir, kəsmə sürəti adlanır və R ‘ ilə təmsil olunur. F/A τ kimi ifadə edilən kəsmə gərginliyi adlanır. Kəsmə sürəti ilə kəsmə gərginliyi arasında əlaqə aşağıdakı kimidir:

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

Nyuton mayesi Nyuton düsturuna uyğundur, özlülük yalnız temperaturla bağlıdır, kəsilmə sürəti deyil, τ D ilə mütənasibdir.

Nyutonlu olmayan mayelər Nyutonun τ/D=f(D) düsturuna uyğun gəlmir. Verilmiş τ/D-də özlülük ηa-dır ki, bu da görünən özlülük adlanır. Qeyri-Nyuton mayelərinin özlülüyü təkcə temperaturdan deyil, həm də kəsilmə sürətindən, vaxtdan və kəsmə incəlməsindən və ya kəsilmə qalınlığından asılıdır.

2. Şlamın xassələri

Slurry qeyri-Nyuton mayesidir, bərk-maye qarışığıdır. Sonrakı örtük prosesinin tələblərinə cavab vermək üçün məlhəm aşağıdakı üç xüsusiyyətə malik olmalıdır:

① Yaxşı likvidlik. Mayeliyi şlamı qarışdırmaqla və təbii şəkildə axmasına icazə verməklə müşahidə etmək olar. Yaxşı davamlılıq, davamlı off və off yaxşı likvidlik deməkdir. Mayelik məhlulun bərk tərkibinə və özlülüyünə bağlıdır,

(2) hamarlama. Bulamacın hamarlığı örtünün düzlüyünə və bərabərliyinə təsir göstərir.

③ Reologiya. Reologiya, məhlulun axındakı deformasiya xüsusiyyətlərinə aiddir və onun xassələri dirək təbəqəsinin keyfiyyətinə təsir göstərir.

3. Bulamaç dispersiya əsası

Litium-ion akkumulyator elektrodunun istehsalı, yapışdırıcı ilə katod pastası, keçirici agent, katod materialının tərkibi; Mənfi pasta yapışqan, qrafit tozu və s. Müsbət və mənfi şlamın hazırlanması maye və maye, maye və bərk materiallar arasında qarışdırma, həll etmə və dispersiya kimi bir sıra texnoloji prosesləri əhatə edir və bu prosesdə temperaturun, özlülüyün və mühitin dəyişməsi ilə müşayiət olunur. Litium ion batareyası şlamının qarışdırma və dispersiya prosesini makro qarışdırma prosesinə və mikro dispersiya prosesinə bölmək olar ki, bu da həmişə litium ion batareyası şlamının hazırlanması prosesi ilə müşayiət olunur. Şlamın hazırlanması ümumiyyətlə aşağıdakı mərhələlərdən keçir:

① Quru tozun qarışdırılması. Hissəciklər bir-biri ilə nöqtələr, nöqtələr, müstəvilər və xətlər şəklində təmasda olur,

② Yarı quru palçıq yoğurma mərhələsi. Bu mərhələdə quru toz bərabər şəkildə qarışdırıldıqdan sonra bağlayıcı maye və ya həlledici əlavə edilir və xammal yaş və palçıqlı olur. Mikserin güclü qarışdırılmasından sonra material mexaniki qüvvənin kəsilməsinə və sürtünməsinə məruz qalır və hissəciklər arasında daxili sürtünmə olacaq. Hər bir qüvvənin təsiri altında xammal hissəcikləri yüksək dərəcədə dispersiyaya meyllidir. Bu mərhələ hazır şlamın ölçüsünə və özlülüyünə çox mühüm təsir göstərir.

③ Seyreltmə və dispersiya mərhələsi. Yoğurmadan sonra məhlulun özlülüyünü və bərk tərkibini tənzimləmək üçün yavaş-yavaş həlledici əlavə edildi. Bu mərhələdə dispersiya və aqlomerasiya birlikdə mövcuddur və nəhayət sabitliyə çatır. Bu mərhələdə materialların dispersiyasına əsasən mexaniki qüvvə, toz və maye arasında sürtünmə müqaviməti, yüksək sürətli dispersiya kəsmə qüvvəsi və şlam ilə konteyner divarı arasındakı təsir qarşılıqlı təsirindən təsirlənir.

Şəkil

Şlamın xassələrinə təsir edən parametrlərin təhlili

Batareya istehsalı prosesində batareyanın ardıcıllığını təmin etmək üçün vacib bir göstəricidir ki, bulamaç yaxşı sabitliyə malik olmalıdır. Birləşdirilmiş şlamın sona çatması ilə qarışdırma dayanacaqları, məhlulda çökmə, flokulyasiya və digər hadisələr meydana çıxacaq, nəticədə böyük hissəciklər meydana gələcək və bu, sonrakı örtük və digər proseslərə daha çox təsir edəcəkdir. Bulamacın dayanıqlığının əsas parametrləri axıcılıq, özlülük, bərk tərkib və sıxlıqdır.

1. Şlamın özlülüyü

Elektrod pastasının sabit və uyğun özlülüyü elektrod təbəqəsinin örtülməsi prosesi üçün çox vacibdir. Özlülük çox yüksək və ya çox aşağıdır, qütb parça örtüyü üçün əlverişli deyil, yüksək özlülüklü şlamın çökməsi asan deyil və dispersiya daha yaxşı olacaq, lakin yüksək özlülük hamarlama effektinə kömək etmir, örtük üçün əlverişli deyil; Özlülük çox aşağı yaxşı deyil, özlülük aşağıdır, məlhəm axını yaxşı olsa da, quruması çətindir, örtüyün qurutma səmərəliliyini azaldır, örtüyün krekinqi, şlam hissəciklərinin yığılması, səth sıxlığının tutarlılığı yaxşı deyil.

İstehsal prosesimizdə tez-tez baş verən problem özlülüyün dəyişməsidir və buradakı “dəyişiklik” ani dəyişməyə və statik dəyişikliyə bölünə bilər. Keçici dəyişiklik özlülüyün sınaq prosesində kəskin dəyişikliyə, statik dəyişiklik isə müəyyən müddətdən sonra özlülüyün dəyişməsinə aiddir. Özlülük yüksəkdən aşağıya, yüksəkdən aşağıya doğru dəyişir. Ümumiyyətlə, məhlulun özlülüyünə təsir edən əsas amillər məhlulun qarışdırılma sürəti, vaxta nəzarət, inqrediyentlərin sırası, ətraf mühitin temperaturu və rütubəti və s. var. Bir çox amillər var, biz özlülük dəyişikliyinə cavab verəndə onu necə təhlil etmək və həll etmək lazımdır? Bulamacın özlülüyü əsasən bağlayıcı ilə müəyyən edilir. Təsəvvür edin ki, bağlayıcı PVDF/CMC/SBR olmadan (şək. 2, 3) və ya bağlayıcı canlı maddəni yaxşı birləşdirmirsə, bərk canlı maddə və keçirici maddə vahid örtüklü qeyri-Nyuton mayesini əmələ gətirəcəkmi? Etmə! Buna görə də, məhlulun özlülüyünün dəyişməsinin səbəbini təhlil etmək və həll etmək üçün bağlayıcının təbiətindən və şlamın dispersiya dərəcəsindən başlamalıyıq.

Şəkil

ŞEK. 2. PVDF-nin molekulyar strukturu

Şəkil

Şəkil 3. CMC-nin molekulyar formulası

(1) özlülük artır

Fərqli məhlul sistemləri özlülük dəyişmə qaydalarına malikdir. Hazırda əsas məhlul sistemi müsbət məhlul PVDF/NMP yağlı sistem, mənfi məhlul isə qrafit/CMC/SBR sulu sistemdir.

① Müsbət məhlulun özlülüyü müəyyən müddətdən sonra artır. Səbəblərdən biri (qısa müddətə yerləşdirmə) çamurun qarışdırma sürətinin çox sürətli olması, bağlayıcının tam həll edilməməsi və PVDF tozunun müəyyən bir müddətdən sonra tam həll edilməsi və özlülüyün artmasıdır. Ümumiyyətlə, PVDF-nin tam həll olması üçün ən azı 3 saat lazımdır, qarışdırma sürəti nə qədər sürətli olursa olsun, bu təsir edici amili dəyişdirə bilməz, sözdə “tələsik israf edir”. İkinci səbəb (uzun müddət) şlamın dayanması prosesində kolloidin sol vəziyyətindən gel vəziyyətinə keçməsidir. Bu zaman yavaş sürətlə homogenləşdirilərsə, onun özlülüyü bərpa oluna bilər. Üçüncü səbəb, kolloid və canlı material və keçirici maddə hissəcikləri arasında xüsusi bir quruluşun meydana gəlməsidir. Bu vəziyyət geri dönməzdir və şlamın özlülüyünü artırdıqdan sonra bərpa etmək mümkün deyil.

Mənfi şlamın özlülüyü artır. Mənfi şlamın özlülüyü, əsasən, bağlayıcının molekulyar strukturunun pozulması nəticəsində yaranır və molekulyar zəncir qırılmasının oksidləşməsindən sonra məhlulun özlülüyü artır. Material həddindən artıq səpələnmişsə, hissəcik ölçüsü çox azalacaq və bulamacın özlülüyü də artacaq.

(2) özlülük azalır

① Müsbət məhlulun özlülüyü azalır. Səbəblərdən biri də yapışqan kolloid xarakter dəyişməsidir. Dəyişikliyin bir çox səbəbləri var, məsələn, şlamın ötürülməsi zamanı güclü kəsmə qüvvəsi, bağlayıcı tərəfindən suyun udulmasının keyfiyyətcə dəyişməsi, qarışdırma prosesində struktur dəyişikliyi və özünün deqradasiyası. İkinci səbəb odur ki, qeyri-bərabər qarışdırma və dispersiya məhlulda bərk materialların geniş ərazidə çökməsinə gətirib çıxarır. Üçüncü səbəb, qarışdırma prosesində yapışqanın güclü kəsmə qüvvəsinə və avadanlıqların və canlı materialın sürtünməsinə məruz qalması və yüksək temperaturda xassələrinin dəyişməsi, nəticədə özlülüyünün azalmasıdır.

Mənfi şlamın özlülüyü azalır. Səbəblərdən biri CMC-də qarışıqların olmasıdır. CMC-dəki çirklərin əksəriyyəti həll olunmayan polimer qatranıdır. CMC kalsium və maqnezium ilə qarışdıqda, onun özlülüyü azalacaq. İkinci səbəb, əsasən C/O birləşməsindən ibarət olan natrium hidroksimetil selülozdur. Bağlama gücü çox zəifdir və kəsmə qüvvəsi ilə asanlıqla məhv edilir. Qarışdırma sürəti çox sürətli olduqda və ya qarışdırma müddəti çox uzun olduqda, CMC-nin strukturu məhv ola bilər. CMC mənfi şlamda qalınlaşdırıcı və sabitləşdirici rol oynayır və xammalın dispersiyasında mühüm rol oynayır. Onun strukturu məhv edildikdən sonra o, qaçılmaz olaraq şlamın çökməsinə və özlülüyün azalmasına səbəb olacaqdır. Üçüncü səbəb SBR bağlayıcısının məhv edilməsidir. Faktiki istehsalda CMC və SBR adətən birlikdə işləmək üçün seçilir və onların rolları fərqlidir. SBR əsasən bağlayıcı rolunu oynayır, lakin uzunmüddətli qarışdırma altında demulsiyaya meyllidir, nəticədə bağın pozulması və məhlulun özlülüyünün azalması baş verir.

(3) Xüsusi hallar (jelly formalı vaxtında yüksək və aşağı)

Müsbət pastanın hazırlanması prosesində pasta bəzən jeleyə çevrilir. Bunun iki əsas səbəbi var: birincisi, su. Canlı maddələrin rütubətin udulmasının və qarışdırma prosesində rütubətə nəzarətin yaxşı olmadığını nəzərə alsaq, xammalın rütubəti və ya qarışdırma mühitinin rütubəti yüksək olur, nəticədə suyun PVDF tərəfindən jeleyə udulması baş verir. İkincisi, məhlulun və ya materialın pH dəyəri. PH dəyəri nə qədər yüksəkdirsə, rütubətə nəzarət daha ciddidir, xüsusən də NCA və NCM811 kimi yüksək nikel materiallarının qarışdırılması.

Şlamın özlülüyü dalğalanır, bunun səbəblərindən biri test prosesində məhlulun tam stabilləşməməsi və məhlulun özlülüyünə temperaturun böyük təsir göstərməsi ola bilər. Xüsusilə yüksək sürətlə dağıldıqdan sonra, şlamın daxili temperaturunda müəyyən bir temperatur gradienti var və müxtəlif nümunələrin viskozitesi eyni deyil. İkinci səbəb şlamın, canlı materialın, bağlayıcının zəif dispersiyasıdır, keçirici maddə yaxşı dispersiya deyil, şlamın axıcılığı yaxşı deyil, təbii şlamın özlülüyü yüksək və ya aşağıdır.

2. Şlamın ölçüsü

Bulamac birləşdirildikdən sonra onun hissəcik ölçüsünü ölçmək lazımdır və hissəcik ölçüsünü ölçmə üsulu adətən kazıyıcı üsuldur. Parçacıq ölçüsü məhlulun keyfiyyətini xarakterizə etmək üçün vacib bir parametrdir. Hissəcik ölçüsü örtük prosesinə, yuvarlanma prosesinə və batareyanın işinə mühüm təsir göstərir. Teorik olaraq, məhlulun ölçüsü nə qədər kiçik olsa, bir o qədər yaxşıdır. Hissəcik ölçüsü çox böyük olduqda, şlamın dayanıqlığı təsirlənəcək, çökmə, şlamın tutarlılığı zəifdir. Ekstruziya örtük prosesində bloklama materialı olacaq, çuxurdan sonra dirək quruyacaq və nəticədə dirək keyfiyyəti ilə bağlı problemlər yaranacaq. Aşağıdakı yuvarlanma prosesində, pis örtük sahəsindəki qeyri-bərabər gərginliyə görə, dirəklərin qırılmasına və yerli mikro çatlara səbəb olmaq asandır, bu da velosiped performansına, nisbət performansına və batareyanın təhlükəsizlik performansına böyük zərər verəcəkdir.

Müsbət və mənfi aktiv maddələr, yapışdırıcılar, keçirici maddələr və digər əsas materiallar müxtəlif hissəcik ölçüləri və sıxlıqlarına malikdir. Qarışdırma prosesində qarışdırma, ekstruziya, sürtünmə, yığılma və digər müxtəlif əlaqə rejimləri olacaq. Xammalın tədricən qarışdırılması, həlledici ilə islanması, böyük materialın parçalanması və tədricən sabitliyə meyllənməsi mərhələlərində materialın qeyri-bərabər qarışması, yapışqanın zəif həll edilməsi, incə hissəciklərin ciddi yığılması, yapışdırıcı xüsusiyyətlərin dəyişməsi və digər şərtlər baş verəcəkdir. böyük hissəciklərin əmələ gəlməsinə səbəb olur.

Hissəciklərin görünməsinə nəyin səbəb olduğunu anladıqdan sonra bu problemləri müvafiq dərmanlarla həll etməliyik. Materialların quru tozun qarışdırılmasına gəldikdə, mən şəxsən düşünürəm ki, qarışdırıcı sürəti quru tozun qarışdırılma dərəcəsinə az təsir edir, lakin quru tozun qarışdırılmasının vahidliyini təmin etmək üçün kifayət qədər vaxt lazımdır. İndi bəzi istehsalçılar toz yapışdırıcını, bəziləri isə maye məhlullu yaxşı yapışdırıcı seçir, iki fərqli yapışdırıcı fərqli prosesi müəyyən edir, toz yapışdırıcının istifadəsi həll etmək üçün daha uzun vaxt tələb edir, əks halda gec şişlik, rebound, özlülük dəyişikliyi və s. görünür. incə hissəciklər arasında yığılma qaçılmazdır, lakin biz materiallar arasında kifayət qədər sürtünmənin olmasını təmin etməliyik ki, yığılma hissəcikləri ekstruziya, əzmə, qarışdırma üçün əlverişli görünsün. Bu, bizdən şlamın müxtəlif mərhələlərində bərk tərkibə nəzarət etməyi tələb edir, çox aşağı bərk məzmun hissəciklər arasında sürtünmə dispersiyasına təsir edəcəkdir.

3. Şlamın bərk tərkibi

Bulamacın bərk tərkibi məhlulun sabitliyi ilə sıx bağlıdır, eyni proses və formula, məhlulun bərk tərkibi nə qədər yüksəkdirsə, özlülük bir o qədər çox olur və əksinə. Müəyyən bir diapazonda, özlülük nə qədər yüksək olarsa, şlamın dayanıqlığı da bir o qədər yüksəkdir. Batareyanı dizayn edərkən, ümumiyyətlə, nüvənin qalınlığını batareyanın tutumundan elektrod təbəqəsinin dizaynına qədər çıxarırıq, buna görə də elektrod təbəqəsinin dizaynı yalnız səth sıxlığı, canlı maddə sıxlığı, qalınlığı ilə bağlıdır. və digər parametrlər. Elektrod təbəqəsinin parametrləri örtücü və rulon presləri ilə tənzimlənir və şlamın bərk tərkibi ona birbaşa təsir göstərmir. Beləliklə, şlamın qatı tərkibinin səviyyəsi azdırmı?

(1) Qatı tərkib qarışdırma səmərəliliyinin və örtük səmərəliliyinin artırılmasına müəyyən təsir göstərir. Qatı tərkibi nə qədər yüksək olsa, qarışdırma müddəti nə qədər qısa olarsa, həlledici istehlakı bir o qədər az olarsa, örtüyü qurutma səmərəliliyi bir o qədər yüksək olar, vaxta qənaət edilir.

(2) Möhkəm tərkib avadanlıq üçün müəyyən tələblərə malikdir. Yüksək bərk tərkibli məlhəm avadanlıq üçün daha yüksək itkiyə malikdir, çünki bərk tərkib nə qədər yüksək olsa, avadanlığın aşınması bir o qədər ciddi olur.

(3) The slurry with high solid content is more stable. The stability test results of some slurry (as shown in the figure below) show that the TSI(instability index) of 1.05 in conventional stirring is higher than that of 0.75 in high-viscosity stirring process, so the slurry stability obtained by high-viscosity stirring process is better than that obtained by conventional stirring process. But the slurry with high solid content will also affect its fluidity, which is very challenging for the equipment and technicians of the coating process.

Şəkil

(4) Yüksək bərk tərkibli məhlul örtüklər arasındakı qalınlığı azalda və batareyanın daxili müqavimətini azalda bilər.

4. Pulpa sıxlığı

Ölçü sıxlığı ölçüsün tutarlılığını əks etdirən mühüm parametrdir. Ölçünün dispersiya effekti müxtəlif mövqelərdə ölçüsün sıxlığını sınamaqla yoxlanıla bilər. Bu təkrarlanmayacaq, yuxarıdakı xülasə vasitəsilə, mən yaxşı bir elektrod pastası hazırlayacağımıza inanıram.