Вытворчасць і вытворчасць літый-іённых акумулятараў – гэта працэс, цесна звязаны адным тэхналагічным этапам. У цэлым вытворчасць літыевых акумулятараў ўключае ў сябе працэс вытворчасці электродаў, працэс зборкі батарэі і канчатковую ўпырску вадкасці, перадзарадку, фарміраванне і працэс старэння. На гэтых трох этапах працэсу кожны працэс можна падзяліць на некалькі ключавых працэсаў, кожны крок будзе мець вялікі ўплыў на канчатковую прадукцыйнасць батарэі.

На стадыі працэсу яго можна падзяліць на пяць працэсаў: падрыхтоўка пасты, нанясенне пасты, прэсаванне валік, рэзанне і сушка. У працэсе зборкі батарэі, а таксама ў адпаведнасці з рознымі спецыфікацыямі і мадэлямі батарэі, прыблізна дзеліцца на абмотку, абалонку, зварку і іншыя працэсы. На завяршальным этапе ўпырску вадкасці, уключаючы ўпырск вадкасці, выхлапныя газы, герметызацыю, папярэдняе запаўненне, фарміраванне, старэнне і іншыя працэсы. Працэс вытворчасці электродаў з’яўляецца асноўным утрыманнем усяго вытворчасці літыевых акумулятараў, што звязана з электрахімічнымі характарыстыкамі батарэі, і якасць завісі асабліва важна.

One, the basic theory of slurry

Lithium ion battery electrode slurry is a kind of fluid, usually can be divided into Newtonian fluid and non-Newtonian fluid. Among them, non-Newtonian fluid can be divided into dilatancy plastic fluid, time dependent non-Newtonian fluid, pseudoplastic fluid and bingham plastic fluid. Newtonian fluid is a low viscosity fluid which is easy to deform under stress and the shear stress is proportional to the deformation rate. Fluid in which the shear stress at any point is a linear function of the rate of shear deformation. Many fluids in nature are Newtonian fluids. Most pure liquids such as water and alcohol, light oil, low molecular compound solutions and low-velocity flowing gases are Newtonian fluids.

Неньютанаўская вадкасць адносіцца да вадкасці, якая не задавальняе эксперыментальнаму закону глейкасці Ньютана, гэта значыць сувязь паміж напружаннем зруху і хуткасцю дэфармацыі зруху не лінейная. Неньютанаўскія вадкасці шырока сустракаюцца ў жыцці, вытворчасці і прыродзе. Палімеры, канцэнтраваныя растворы і завісі палімераў, як правіла, з’яўляюцца неньютоновскими вадкасцямі. Большасць біялагічных вадкасцяў у цяперашні час вызначаюцца як неньютоновские вадкасці. Неньютоновские вадкасці ўключаюць кроў, лімфу і кістозныя вадкасці, а таксама «паўвадкасці», такія як цытаплазма.

Электродная суспензія складаецца з розных сыравін з рознай удзельнай вагай і памерам часціц, змешваецца і диспергируется ў цвёрда-вадкай фазе. Утвараецца суспензія ўяўляе сабой неньютоновскую вадкасць. Суспензію літыевых батарэй можна падзяліць на два віды станоўчых і адмоўных завісяў, у сувязі з тым, што сістэма завісі (масляная, вадзяная) адрозніваецца, яе прырода будзе адрознівацца. Аднак для вызначэння уласцівасцяў завісі можна выкарыстоўваць наступныя параметры:

1. Глейкасць завісі

Вязкасць – гэта мера глейкасці вадкасці і выраз сілы вадкасці на з’яву ўнутранага трэння. Калі вадкасць цячэ, яна стварае ўнутранае трэнне паміж сваімі малекуламі, якое называецца глейкасцю вадкасці. Вязкасць выражаецца глейкасцю, якая выкарыстоўваецца для характарыстыкі каэфіцыента супраціўлення, звязанага з уласцівасцямі вадкасці. Глейкасць падзяляецца на дынамічную глейкасць і ўмоўную глейкасць.

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)

Ньютанаўская вадкасць адпавядае формуле Ньютана, глейкасць звязана толькі з тэмпературай, а не з хуткасцю зруху, τ прапарцыйна D.

Неньютанаўскія вадкасці не адпавядаюць формуле Ньютана τ/D=f(D). Глейкасць пры дадзеным τ/D роўная ηa, што называецца ўяўнай глейкасцю. Глейкасць няньютанаўскіх вадкасцяў залежыць не толькі ад тэмпературы, але і ад хуткасці зруху, часу і зруху разрэджвання або патаўшчэння зруху.

2. Уласцівасці завісі

Суспензія ўяўляе сабой неньютоновскую вадкасць, якая ўяўляе сабой сумесь цвёрдай вадкасці. Для таго, каб адпавядаць патрабаванням наступнага працэсу нанясення пакрыцця, суспензія павінна мець наступныя тры характарыстыкі:

① Добрая ліквіднасць. Цякучасць можна назіраць, перамешваючы суспензію і дазваляючы ёй цячы натуральным чынам. Добрая бесперапыннасць, бесперапыннае выключэнне і выключэнне азначае добрую ліквіднасць. Цякучасць звязана з утрыманнем цвёрдых рэчываў і глейкасцю завісі,

(2) выраўноўванне. Гладкасць завісі ўплывае на роўнасць і роўнасць пакрыцця.

③ Рэалогія. Рэалогія адносіцца да характарыстыках дэфармацыі завісі ў патоку, і яе ўласцівасці ўплываюць на якасць полюснага ліста.

3. Шламавы дысперсійны падмурак

Вытворчасць электродаў літый-іённага акумулятара, катоднай пасты з дапамогай клею, токаправоднага агента, складу матэрыялу катода; Адмоўная паста складаецца з клею, графітавага парашка і гэтак далей. Прыгатаванне станоўчых і адмоўных завісяў ўключае шэраг тэхналагічных працэсаў, такіх як змешванне, растварэнне і диспергирование паміж вадкімі і вадкімі, вадкімі і цвёрдымі матэрыяламі, і суправаджаецца змяненнем тэмпературы, глейкасці і асяроддзя ў гэтым працэсе. Працэс змешвання і дысперсіі завісі літый-іённага акумулятара можна падзяліць на працэс макра-змешвання і працэс мікра-дысперсіі, якія заўсёды суправаджаюцца ўсім працэсам падрыхтоўкі завісі для літый-іённых акумулятараў. Падрыхтоўка завісі звычайна праходзіць праз наступныя этапы:

① Змешванне сухога парашка. Часціцы кантактуюць адзін з адным у выглядзе кропак, кропак, плоскасцяў і ліній,

② Стадыя замешвання паўсухой гразі. На гэтым этапе пасля раўнамернага змешвання сухога парашка дадаецца звязальная вадкасць або растваральнік, а сыравіну становіцца вільготным і каламутным. Пасля моцнага мяшання змяшальніка матэрыял падвяргаецца зруху і трэнню механічнай сілы, і паміж часціцамі будзе ўнутранае трэнне. Пад кожнай сілай часціцы сыравіны, як правіла, моцна рассейваюцца. Гэты этап вельмі важна ўплывае на памер і глейкасць гатовай завісі.

③ Стадыя развядзення і дысперсіі. Пасля замешвання павольна дадавалі растваральнік, каб адрэгуляваць глейкасць суспензіі і ўтрыманне цвёрдых рэчываў. На гэтым этапе дысперсія і агламерацыя суіснуюць і, нарэшце, дасягаюць стабільнасці. На гэтым этапе на дысперсію матэрыялаў у асноўным уплываюць механічная сіла, супраціў трэння паміж парашком і вадкасцю, высакахуткасная сіла зруху дысперсіі і ўдарнае ўзаемадзеянне паміж завіссю і сценкай ёмістасці.

Карцінка

Аналіз параметраў, якія ўплываюць на ўласцівасці завісі

Важным паказчыкам для забеспячэння кансістэнцыі батарэі ў працэсе вытворчасці батарэі з’яўляецца тое, што суспензія павінна мець добрую стабільнасць. З заканчэннем сумеснай завісі змешванне спыняецца, з’явяцца асадкі, флокуляция і іншыя з’явы, у выніку чаго ўтвараюцца буйныя часціцы, якія будуць аказваць большы ўплыў на наступнае пакрыццё і іншыя працэсы. Асноўнымі параметрамі ўстойлівасці завісі з’яўляюцца цякучасць, глейкасць, утрыманне цвёрдых рэчываў і шчыльнасць.

1. Глейкасць завісі

Стабільная і адпаведная глейкасць электродной пасты вельмі важная для працэсу нанясення пакрыцця электроднага ліста. Глейкасць занадта высокая або занадта нізкая не спрыяе палярнаму пакрыццю кавалак, суспензія з высокай глейкасцю нялёгка выпадае ў асадак, і дысперсія будзе лепш, але высокая глейкасць не спрыяе выраўноўванню эфекту, не спрыяе пакрыццю; Занадта нізкая глейкасць – гэта не добра, глейкасць нізкая, хоць паток завісі добры, але цяжка высушыць, зніжае эфектыўнасць сушкі пакрыцця, расколін пакрыцця, агламерацыі часціц завісі, кансістэнцыя павярхоўнай шчыльнасці не добрая.

Праблема, якая часта сустракаецца ў нашым вытворчым працэсе, – гэта змяненне глейкасці, і “змена” тут можна падзяліць на імгненнае змяненне і статычнае змяненне. Пераходнае змяненне адносіцца да рэзкага змены ў працэсе тэставання глейкасці, а статычнае змяненне адносіцца да змены глейкасці праз пэўны перыяд часу. Глейкасць вар’іруецца ад высокай да нізкай, ад высокай да нізкай. Наогул кажучы, асноўныя фактары, якія ўплываюць на глейкасць завісі, – гэта хуткасць змешвання завісі, кантроль часу, парадак інгрэдыентаў, тэмпература і вільготнасць навакольнага асяроддзя і г.д. Ёсць шмат фактараў, калі мы сустракаемся з змяненнем глейкасці, як гэта аналізаваць і вырашаць? Глейкасць завісі па сутнасці вызначаецца злучным рэчывам. Уявіце сабе, што без злучнага PVDF/CMC/SBR (мал. 2, 3), або калі злучнае не спалучае добра жывое рэчыва, ці будуць цвёрдае жывое рэчыва і які праводзіць агент ўтвараць неньютоновскую вадкасць з аднастайным пакрыццём? Не трэба! Такім чынам, каб прааналізаваць і вырашыць прычыну змены глейкасці завісі, мы павінны зыходзіць з прыроды злучнага і ступені дысперснасці завісі.

Карцінка

РІС. 2. Малекулярная структура ПВДФ

Карцінка

Figure 3. Molecular formula of CMC

(1) глейкасць павялічваецца

Розныя сістэмы завісі маюць розныя правілы змены глейкасці. У цяперашні час асноўнай сістэмай завісі з’яўляецца станоўчы шлам PVDF / NMP масляністая сістэма, а адмоўная суспензія – гэта графіт / CMC / SBR водная сістэма.

① Глейкасць пазітыўнай завісі павялічваецца праз некаторы час. Адна з прычын (кароткі час размяшчэння) заключаецца ў тым, што хуткасць змешвання завісі занадта высокая, злучнае рэчыва не цалкам раствараецца, і парашок PVDF цалкам раствараецца праз некаторы час, і глейкасць павялічваецца. Наогул кажучы, PVDF патрабуецца не менш за 3 гадзіны для поўнага растварэння, незалежна ад таго, наколькі хутка хуткасць мяшання не можа змяніць гэты фактар ​​уплыву, так званая «спешка робіць адходы». Другая прычына (доўгі час) заключаецца ў тым, што ў працэсе стаяння суспензіі калоід пераходзіць з зольнага стану ў стан геля. У гэты час, калі яго гамагенізуюць на павольнай хуткасці, яго глейкасць можна аднавіць. Трэцяя прычына заключаецца ў тым, што паміж калоідным і жывым матэрыялам і часціцамі праводзяць агента ўтвараецца асаблівая структура. Гэты стан незваротны, і глейкасць завісі не можа быць адноўлена пасля павелічэння.

Глейкасць адмоўнай завісі павялічваецца. Глейкасць адмоўнай завісі ў асноўным выклікана разбурэннем малекулярнай структуры злучнага, а глейкасць завісі павялічваецца пасля акіслення разрыву малекулярнай ланцуга. Калі матэрыял празмерна рассеяны, памер часціц будзе значна паменшаны, а таксама павялічыцца глейкасць завісі.

(2) the viscosity is reduced

① Глейкасць пазітыўнай завісі памяншаецца. Адной з прычын адгезійныя калоідныя змены характару. Ёсць шмат прычын для змены, такіх як моцная сіла зруху падчас пераносу завісі, якаснае змяненне паглынання вады злучным рэчывам, структурныя змены і дэградацыя самога сябе ў працэсе змешвання. Другая прычына заключаецца ў тым, што нераўнамернае перамешванне і распыленне прыводзіць да асядання цвёрдых матэрыялаў на вялікай плошчы ў завісі. Трэцяя прычына заключаецца ў тым, што ў працэсе мяшання клей падвяргаецца моцнаму зруху і трэнню абсталявання і жывога матэрыялу, а таксама змяняе ўласцівасці пры высокай тэмпературы, што прыводзіць да памяншэння глейкасці.

Глейкасць адмоўнай завісі памяншаецца. Адна з прычын заключаецца ў тым, што ў КМЦ змешваюцца прымешкі. Большасць прымешак у КМЦ – гэта нерастваральная палімерная смала. Калі КМЦ змешваецца з кальцыем і магніем, яго глейкасць будзе зніжана. Другая прычына – гідраксіметилцэлюлоза натрыю, якая ў асноўным з’яўляецца камбінацыяй C/O. Трываласць злучэння вельмі слабая і лёгка руйнуецца сілай зруху. Калі хуткасць мяшання занадта высокая або час мяшання занадта доўгі, структура CMC можа быць разбурана. КМЦ гуляе загушчальную і стабілізуе ролю ў адмоўнай завісі, і гуляе важную ролю ў дысперсіі сыравіны. Пасля таго, як яго структура будзе разбурана, гэта непазбежна прывядзе да асядання завісі і зніжэння глейкасці. Трэцяя прычына — разбурэнне злучнага SBR. У рэальным вытворчасці, CMC і SBR звычайна выбіраюцца для сумеснай працы, і іх ролі розныя. SBR галоўным чынам гуляе ролю злучнага, але ён схільны да деэмульгирования пры працяглым мяшанні, што прыводзіць да разрыву сувязі і зніжэння глейкасці завісі.

(3) Асаблівыя абставіны (жэлепадобны своечасовы высокі і нізкі)

У працэсе падрыхтоўкі пазітыўнай пасты паста часам ператвараецца ў жэле. На гэта ёсць дзве асноўныя прычыны: па-першае, вада. Улічваючы, што вільгацепаглынанне жывых рэчываў і кантроль вільгаці ў працэсе змешвання не з’яўляюцца добрымі, вільгацепаглынанне сыравіны або вільготнасць асяроддзя змешвання высокая, што прыводзіць да паглынання вады ПВДФ у жэле. Па-другое, значэнне pH завісі або матэрыялу. Чым вышэй значэнне pH, тым больш строгі кантроль вільгаці, асабліва пры змешванні матэрыялаў з высокім утрыманнем нікелю, такіх як NCA і NCM811.

Глейкасць завісі вагаецца, адна з прычын можа заключацца ў тым, што суспензія не цалкам стабілізуецца ў працэсе выпрабаванняў, і на глейкасць завісі моцна ўплывае тэмпература. Асабліва пасля распылення на высокай хуткасці існуе пэўны градыент тэмпературы ўнутранай тэмпературы завісі, і глейкасць розных узораў не аднолькавая. Другая прычына – дрэнная дысперснасць завісі, жывога матэрыялу, злучнага, токаправоднага агента, дрэннага дысперсіі, завісі дрэнная цякучасць, натуральная глейкасць завісі высокая або нізкая.

2. Памер кашыцы

Пасля аб’яднання завісі неабходна вымераць яе памер часціц, а метадам вымярэння памеру часціц звычайна з’яўляецца скрабковы метад. Памер часціц з’яўляецца важным параметрам для характарыстыкі якасці завісі. Памер часціц мае важны ўплыў на працэс нанясення пакрыцця, працэс пракаткі і прадукцыйнасць батарэі. Тэарэтычна, чым менш памер завісі, тым лепш. Калі памер часціц занадта вялікі, гэта парушаецца стабільнасць завісі, асадак, кансістэнцыя завісі дрэнная. У працэсе экструзійнага нанясення пакрыцця будзе блакіруючы матэрыял, полюс высахне пасля качкі, што прывядзе да праблем з якасцю слупа. У наступным працэсе пракаткі з-за нераўнамернага напружання ў вобласці дрэннага пакрыцця лёгка прывесці да паломкі полюса і лакальных мікратрэшчыны, што нанясе вялікую шкоду прадукцыйнасці веласіпеднага руху, прадукцыйнасці каэфіцыента і бяспекі батарэі.

Станоўчыя і адмоўныя актыўныя рэчывы, клеі, токаправодныя рэчывы і іншыя асноўныя матэрыялы маюць розныя памеры часціц і шчыльнасць. У працэсе мяшання будзе адбывацца змешванне, экструзія, трэнне, агламерацыя і іншыя розныя рэжымы кантакту. На стадыях паступовага змешвання сыравіны, змочвання растваральнікам, разбурэння вялікага матэрыялу і паступовай тэндэнцыі да стабільнасці, будзе нераўнамернае змешванне матэрыялу, дрэннае растварэнне клею, сур’ёзнае агламерацыі дробных часціц, змены адгезійных уласцівасцяў і іншыя ўмовы, якія будуць прыводзяць да адукацыі буйных часціц.

Пасля таго, як мы зразумеем, што выклікае з’яўленне часціц, нам трэба вырашыць гэтыя праблемы з дапамогай адпаведных прэпаратаў. Што тычыцца змешвання матэрыялаў з сухім парашком, я асабіста лічу, што хуткасць змяшальніка мала ўплывае на ступень змешвання сухога парашка, але ім патрабуецца дастаткова часу, каб забяспечыць аднастайнасць змешвання сухога парашка. Зараз некаторыя вытворцы выбіраюць парашкападобны клей, а некаторыя выбіраюць вадкі раствор, добры клей, два розных клею вызначаюць розныя працэсы, выкарыстанне парашкападобнага клею патрабуе больш часу для растварэння, інакш у канцы з’явіцца набраканне, адскок, змяненне глейкасці і г.д. агламерацыя паміж дробнымі часціцамі непазбежная, але мы павінны пераканацца, што паміж матэрыяламі існуе дастаткова трэння, каб часціцы агламерацыі з’яўляліся экструзіі, драбнення, што спрыяла змешванню. Гэта патрабуе ад нас кантраляваць утрыманне цвёрдых рэчываў на розных стадыях завісі, занадта нізкае ўтрыманне цвёрдых рэчываў паўплывае на дысперсію трэння паміж часціцамі.

3. Цвёрдае ўтрыманне завісі

Утрыманне цвёрдага раствора цесна звязана са стабільнасцю завісі, той жа працэс і формула, чым вышэй утрыманне цвёрдых рэчываў у завісі, тым больш глейкасць, і наадварот. У пэўным дыяпазоне, чым вышэй глейкасць, тым вышэй стабільнасць завісі. Калі мы распрацоўваем батарэю, мы звычайна выводзім таўшчыню ядра ад ёмістасці батарэі да канструкцыі ліста электродаў, таму канструкцыя электроднага ліста звязана толькі з павярхоўнай шчыльнасцю, шчыльнасцю жывога рэчыва, таўшчынёй і іншыя параметры. Параметры электродного ліста рэгулююцца з дапамогай нанясальніка і вальцевого прэса, і цвёрдае ўтрыманне завісі не аказвае на яго прамога ўплыву. Такім чынам, ці мала значэнне мае ўзровень цвёрдай завісі?

(1) Змест цвёрдых рэчываў аказвае пэўны ўплыў на павышэнне эфектыўнасці перамешвання і эфектыўнасці нанясення пакрыцця. Чым вышэй утрыманне цвёрдых рэчываў, тым менш час перамешвання, тым менш расход растваральнікаў, тым вышэй эфектыўнасць высыхання пакрыцця, эканомія час.

(2) Цвёрдае ўтрыманне мае пэўныя патрабаванні да абсталявання. Завіс з высокім утрыманнем цвёрдых рэчываў мае больш высокія страты для абсталявання, таму што чым вышэй утрыманне цвёрдых рэчываў, тым больш сур’ёзны знос абсталявання.

(3) Суспензія з высокім утрыманнем цвёрдых рэчываў больш стабільная. Вынікі выпрабаванняў на стабільнасць некаторых завісяў (як паказана на малюнку ніжэй) паказваюць, што TSI (індэкс нестабільнасці) 1.05 пры звычайным мяшанні вышэй, чым 0.75 у працэсе мяшання з высокай глейкасцю, таму стабільнасць завісі, атрыманая пры высокай глейкасці працэс перамешвання лепш, чым пры звычайным працэсе мяшання. Але суспензія з высокім утрыманнем цвёрдых рэчываў таксама паўплывае на яе цякучасць, што вельмі складана для абсталявання і тэхнікаў працэсу нанясення пакрыцця.

Карцінка

(4) Суспензія з высокім утрыманнем цвёрдых рэчываў можа паменшыць таўшчыню паміж пакрыццямі і знізіць унутраны супраціў батарэі.

4. Шчыльнасць пульпы

Шчыльнасць памеру з’яўляецца важным параметрам для адлюстравання кансістэнцыі памеру. Эфект дысперсіі памеру можна праверыць, правяраючы шчыльнасць памеру ў розных пазіцыях. У гэтым не будзе паўтарацца, праз прыведзенае вышэй рэзюмэ, я лічу, што мы рыхтуем добрую электродную пасту.