Производството и производството на литиево-йонна батерия е процес, тясно свързан с една технологична стъпка. Като цяло производството на литиева батерия включва процеса на производство на електроди, процеса на сглобяване на батерията и окончателното инжектиране на течност, предварително зареждане, образуване и процес на стареене. В тези три етапа на процеса всеки процес може да бъде разделен на няколко ключови процеса, всяка стъпка ще има голямо влияние върху крайната производителност на батерията.

В етапа на процеса той може да бъде разделен на пет процеса: подготовка на паста, покритие с паста, ролково пресоване, рязане и сушене. В процеса на сглобяване на батерията и според различните спецификации и модели на батерията, грубо разделени на навиване, обвивка, заваряване и други процеси. В последния етап на впръскване на течност, включително инжектиране на течност, изпускане, запечатване, предварително пълнене, образуване, стареене и други процеси. Процесът на производство на електроди е основното съдържание на цялото производство на литиева батерия, което е свързано с електрохимичните характеристики на батерията, а качеството на суспензията е особено важно.

Първо, основната теория за суспензията

Суспензията от електрода на литиево-йонната батерия е вид течност, обикновено може да бъде разделена на нютонова течност и ненютонова течност. Сред тях, не-нютонова течност може да се раздели на дилатационна пластмасова течност, зависима от времето ненютонова течност, псевдопластична течност и пластмасова течност Bingham. Нютоновата течност е течност с нисък вискозитет, която лесно се деформира при напрежение и напрежението на срязване е пропорционално на скоростта на деформация. Флуид, в който напрежението на срязване във всяка точка е линейна функция от скоростта на деформация на срязване. Много течности в природата са нютонови течности. Повечето чисти течности като вода и алкохол, леко масло, разтвори на нискомолекулни съединения и нискоскоростни течащи газове са нютонови течности.

Ненютонова течност се отнася до течността, която не отговаря на експерименталния закон за вискозитета на Нютон, тоест връзката между напрежението на срязване и скоростта на деформация на срязване не е линейна. Ненютонови течности се срещат широко в живота, производството и природата. Полимерните концентрирани разтвори и суспензии на полимери обикновено са ненютонови течности. Повечето биологични течности сега се определят като ненютонови течности. Ненютоновите течности включват кръв, лимфа и кистозни течности, както и „полутечности“ като цитоплазмата.

Електродната суспензия се състои от различни суровини с различно специфично тегло и размер на частиците и се смесва и диспергира в твърдо-течна фаза. Образуваната каша е ненютонова течност. Суспензията за литиеви батерии може да бъде разделена на два вида положителна каша и отрицателна суспензия, поради различната система на суспензията (маслена, вода), нейната природа ще варира. Въпреки това, следните параметри могат да се използват за определяне на свойствата на суспензията:

1. Вискозитет на суспензията

Вискозитетът е мярка за вискозитет на флуида и израз на силата на флуида върху нейното вътрешно триене. Когато течността тече, тя произвежда вътрешно триене между нейните молекули, което се нарича вискозитет на течността. Вискозитетът се изразява чрез вискозитет, който се използва за характеризиране на коефициента на съпротивление, свързан със свойствата на течността. Вискозитетът се разделя на динамичен вискозитет и условен вискозитет.

Вискозитетът се определя като двойка успоредни плочи, площ A, Dr Apart, пълни с A течност. Сега приложете тяга F към горната плоча, за да произведете промяна на скоростта DU. Тъй като вискозитетът на течността пренася тази сила слой по слой, всеки слой течност също се движи съответно, образувайки градиент на скоростта du/Dr, наречен скорост на срязване, представен с R’. F/A се нарича напрежение на срязване, изразено като τ. Връзката между скоростта на срязване и напрежението на срязване е както следва:

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

Нютоновата течност отговаря на формулата на Нютон, вискозитетът е свързан само с температурата, а не със скоростта на срязване, τ е пропорционално на D.

Ненютонови течности не отговарят на формулата на Нютон τ/D=f(D). Вискозитетът при даден τ/D е ηa, което се нарича привиден вискозитет. Вискозитетът на ненютонови течности зависи не само от температурата, но и от скоростта на срязване, времето и изтъняването или удебеляването на срязване.

2. Свойства на кашата

Суспензията е ненютонова течност, която е твърдо-течна смес. За да отговори на изискванията на последващия процес на нанасяне на покритие, суспензията трябва да има следните три характеристики:

① Добра ликвидност. Течността може да се наблюдава чрез разбъркване на суспензията и оставяне да тече естествено. Добрата непрекъснатост, непрекъснатото изключване и изключване означава добра ликвидност. Течността е свързана с твърдото съдържание и вискозитета на суспензията,

(2) изравняване. Гладкостта на суспензията влияе върху гладкостта и равномерността на покритието.

③ Реология. Реологията се отнася до характеристиките на деформация на суспензията в поток и нейните свойства влияят върху качеството на полюсния лист.

3. Суспензия дисперсионна основа

Производство на електроди за литиево-йонна батерия, катодна паста чрез лепило, проводим агент, състав на катодния материал; Отрицателната паста е съставена от лепило, графитен прах и така нататък. Приготвянето на положителна и отрицателна суспензия включва серия от технологични процеси, като смесване, разтваряне и диспергиране между течни и течни, течни и твърди материали и е придружено от промени в температурата, вискозитета и околната среда в този процес. Процесът на смесване и диспергиране на суспензията за литиево-йонна батерия може да бъде разделен на процес на макро смесване и процес на микро дисперсия, които винаги са придружени от целия процес на приготвяне на суспензия за литиево-йонна батерия. Приготвянето на суспензията обикновено преминава през следните етапи:

① Смесване на сух прах. Частиците контактуват помежду си под формата на точки, точки, равнини и линии,

② Етап на месене на полусуха кал. На този етап, след като сухият прах се смеси равномерно, се добавя свързваща течност или разтворител и суровината е мокра и кална. След силното разбъркване на смесителя материалът се подлага на срязване и триене на механична сила и ще има вътрешно триене между частиците. При всяка сила частиците на суровия материал са склонни да бъдат силно разпръснати. Този етап има много важен ефект върху размера и вискозитета на готовата каша.

③ Етап на разреждане и дисперсия. След омесване, разтворителят се добавя бавно за регулиране на вискозитета на суспензията и съдържанието на твърдо вещество. На този етап дисперсията и агломерацията съжителстват и накрая достигат стабилност. На този етап дисперсията на материалите се влияе главно от механична сила, съпротивление на триене между прах и течност, високоскоростна дисперсионна сила на срязване и ударно взаимодействие между суспензията и стената на контейнера.

Картината

Анализ на параметрите, влияещи върху свойствата на суспензията

Важен показател за осигуряване на последователност на батерията в процеса на производство на батерията е, че кашата трябва да има добра стабилност. С края на комбинираната суспензия смесването спира, ще се появят утаявания, флокулация и други явления, което води до големи частици, които ще имат по-голямо влияние върху последващото покритие и други процеси. Основните параметри за стабилност на суспензията са течливост, вискозитет, съдържание на твърдо вещество и плътност.

1. Вискозитет на суспензията

Стабилният и подходящ вискозитет на електродната паста е много важен за процеса на покритие на електродния лист. Вискозитетът е твърде висок или твърде нисък не е благоприятен за полярно покритие на парчета, суспензията с висок вискозитет не се утаява лесно и дисперсията ще бъде по-добра, но високият вискозитет не благоприятства ефекта на изравняване, не е благоприятен за покритие; Твърде ниският вискозитет не е добър, вискозитетът е нисък, въпреки че потокът на суспензията е добър, но е трудно да се изсуши, намалява ефективността на сушене на покритието, напукването на покритието, агломерацията на частиците на суспензията, консистенцията на повърхностната плътност не е добра.

Проблемът, който често се среща в нашия производствен процес, е промяната на вискозитета и „промяната“ тук може да бъде разделена на мигновена промяна и статична промяна. Преходната промяна се отнася до драстичната промяна в процеса на тестване на вискозитета, а статичната промяна се отнася до промяната на вискозитета след определен период от време. Вискозитетът варира от висок към нисък, от висок до нисък. Най-общо казано, основните фактори, влияещи върху вискозитета на суспензията, са скоростта на смесване на суспензията, контролът на времето, реда на съставките, температурата и влажността на околната среда и т.н. Има много фактори, когато срещнем промяната на вискозитета, трябва да бъде как да го анализираме и решим? Вискозитетът на суспензията се определя основно от свързващото вещество. Представете си, че без свързващото вещество PVDF/CMC/SBR (фиг. 2, 3) или ако свързващото вещество не комбинира добре живата материя, дали твърдата жива материя и проводящият агент ще образуват ненютонов флуид с равномерно покритие? Недей! Следователно, за да анализираме и разрешим причината за промяна на вискозитета на суспензията, трябва да започнем от естеството на свързващото вещество и степента на дисперсия на суспензията.

Картината

ФИГ. 2. Молекулна структура на PVDF

Картината

Фигура 3. Молекулна формула на CMC

(1) вискозитетът се увеличава

Различните системи за суспензия имат различни правила за промяна на вискозитета. Понастоящем основната суспензия е положителна PVDF/NMP маслена система, а отрицателната суспензия е графитна /CMC/SBR водна система.

① Вискозитетът на положителната каша се увеличава след определен период от време. Една от причините (поставяне за кратко време) е, че скоростта на смесване на суспензията е твърде висока, свързващото вещество не е напълно разтворено и PVDF прахът се разтваря напълно след определен период от време и вискозитетът се увеличава. Най-общо казано, PVDF се нуждае от най-малко 3 часа, за да се разтвори напълно, без значение колко бърза скорост на разбъркване не може да промени този влияещ фактор, така наречената „бързаност прави отпадъци“. Втората причина (дълго време) е, че в процеса на престоя на суспензията колоида преминава от золово състояние в гелово състояние. По това време, ако се хомогенизира на бавна скорост, вискозитетът му може да бъде възстановен. Третата причина е, че се образува специална структура между колоиден и жив материал и частици на проводящия агент. Това състояние е необратимо и вискозитетът на суспензията не може да бъде възстановен след увеличаване.

Вискозитетът на отрицателната каша се увеличава. Вискозитетът на отрицателната суспензия се причинява главно от разрушаването на молекулярната структура на свързващото вещество, а вискозитетът на суспензията се увеличава след окисляването на фрактурата на молекулярната верига. Ако материалът е прекомерно диспергиран, размерът на частиците ще бъде значително намален, а вискозитетът на суспензията също ще се увеличи.

(2) вискозитетът е намален

① The viscosity of positive slurry decreases. One of the reasons, adhesive colloid changes in character. There are many reasons for the change, such as strong shear force during slurry transfer, qualitative change of water absorption by binder, structural change and degradation of itself in the process of mixing. The second reason is that the uneven stirring and dispersion leads to the large area settlement of solid materials in the slurry. The third reason is that in the process of stirring, the adhesive is subjected to strong shear force and friction of equipment and living material, and changes in properties at high temperature, resulting in a decrease in viscosity.

Вискозитетът на отрицателната каша намалява. Една от причините е, че в CMC има смесени примеси. Повечето от примесите в CMC са неразтворима полимерна смола. Когато CMC се смесва с калций и магнезий, вискозитетът му ще бъде намален. Втората причина е натриева хидроксиметил целулоза, която е предимно комбинация от C/O. Силата на свързване е много слаба и лесно се разрушава от сила на срязване. Когато скоростта на разбъркване е твърде висока или времето за разбъркване е твърде дълго, структурата на CMC може да бъде разрушена. CMC играе сгъстяваща и стабилизираща роля в отрицателната суспензия и играе важна роля в дисперсията на суровините. След като структурата му бъде разрушена, това неизбежно ще доведе до утаяване на суспензията и намаляване на вискозитета. Третата причина е разрушаването на SBR свързващото вещество. В реалното производство CMC и SBR обикновено се избират да работят заедно и техните роли са различни. SBR играе главно ролята на свързващо вещество, но е склонен към деемулгиране при продължително разбъркване, което води до нарушаване на връзката и намаляване на вискозитета на суспензията.

(3) Специални обстоятелства (желеобразно своевременно високо и ниско)

В процеса на приготвяне на позитивна паста пастата понякога се превръща в желе. Има две основни причини за това: първо, водата. Като се има предвид, че абсорбцията на влага от живите вещества и контрола на влагата в процеса на смесване не са добри, абсорбцията на влага на суровините или влажността на средата на смесване е висока, което води до абсорбция на вода от PVDF в желе. Второ, pH стойността на суспензията или материала. Колкото по-висока е стойността на pH, контролът на влагата е по-стриктен, особено при смесването на материали с високо съдържание на никел като NCA и NCM811.

Вискозитетът на суспензията варира, една от причините може да е, че суспензията не е напълно стабилизирана в процеса на тестване, а вискозитетът на суспензията се влияе силно от температурата. Особено след диспергиране с висока скорост, има определен температурен градиент във вътрешната температура на суспензията и вискозитетът на различните проби не е еднакъв. Втората причина е лоша дисперсия на суспензия, жив материал, свързващо вещество, проводящият агент не е добра дисперсия, суспензията не е добра течливост, естественият вискозитет на суспензията е висок или нисък.

2. Размер на кашата

След като суспензията се комбинира, е необходимо да се измери нейния размер на частиците, а методът за измерване на размера на частиците обикновено е метод на скрепер. Размерът на частиците е важен параметър за характеризиране на качеството на суспензията. Размерът на частиците има важно влияние върху процеса на нанасяне на покритие, процеса на валцуване и производителността на батерията. Теоретично, колкото по-малък е размерът на кашата, толкова по-добре. Когато размерът на частиците е твърде голям, стабилността на суспензията ще бъде засегната, утаяването, консистенцията на кашата е лоша. В процеса на екструзионно покритие ще има блокиращ материал, който ще изсъхне след издълбаването, което ще доведе до проблеми с качеството на стълбовете. В следващия процес на валцуване, поради неравномерното напрежение в зоната на лошото покритие, е лесно да се предизвика счупване на полюса и локални микропукнатини, което ще доведе до голяма вреда на производителността на колоездене, производителността на съотношението и безопасността на батерията.

Положителните и отрицателните активни вещества, лепила, проводими агенти и други основни материали имат различен размер на частиците и плътност. В процеса на разбъркване ще има смесване, екструдиране, триене, агломерация и други различни режими на контакт. На етапите на постепенно смесване на суровините, намокряне от разтворител, разрушаване на голям материал и постепенно тенденция към стабилност, ще има неравномерно смесване на материала, лошо разтваряне на лепилото, сериозно агломериране на фини частици, промени в адхезивните свойства и други условия, които ще водят до генериране на големи частици.

След като разберем какво причинява появата на частиците, трябва да се справим с тези проблеми с подходящи лекарства. Що се отнася до смесването на сух прах на материали, аз лично смятам, че скоростта на миксера има малко влияние върху степента на смесване на сух прах, но те се нуждаят от достатъчно време, за да осигурят равномерност на смесване на сух прах. Сега някои производители избират прахообразно лепило, а някои избират добро лепило в течен разтвор, две различни лепила определят различния процес, използването на прахообразно лепило се нуждае от по-дълго време за разтваряне, в противен случай в края ще се появи подуване, отскок, промяна на вискозитета и т.н. агломерирането между фините частици е неизбежно, но трябва да гарантираме, че има достатъчно триене между материалите, за да позволим на агломерационните частици да изглеждат екструдирани, смачкващи, благоприятни за смесване. Това изисква от нас да контролираме съдържанието на твърдо вещество в различни етапи на суспензията, твърде ниското съдържание на твърдо вещество ще повлияе на дисперсията на триене между частиците.

3. Твърдо съдържание на каша

Твърдото съдържание на суспензията е тясно свързано със стабилността на суспензията, същият процес и формула, колкото по-високо е твърдото съдържание на суспензията, толкова по-голям е вискозитетът и обратно. В определен диапазон, колкото по-висок е вискозитетът, толкова по-висока е стабилността на суспензията. Когато проектираме батерията, обикновено извеждаме дебелината на сърцевината на ядрото от капацитета на батерията до дизайна на електродния лист, така че дизайнът на електродния лист е свързан само с повърхностната плътност, плътността на живата материя, дебелината и други параметри. Параметрите на електродния лист се регулират чрез нанасяне и валцова преса, като твърдото съдържание на суспензията няма пряко влияние върху него. И така, има ли малко значение нивото на твърдо съдържание на кашата?

(1) Съдържанието на твърдо вещество има известно влияние върху подобряването на ефективността на разбъркване и ефективността на покритието. Колкото по-високо е съдържанието на твърдо вещество, толкова по-кратко е времето за разбъркване, толкова по-малка е консумацията на разтворител, толкова по-висока е ефективността на сушене на покритието, спестявайки време.

(2) Твърдото съдържание има определени изисквания към оборудването. Суспензията с високо съдържание на твърдо вещество има по-високи загуби за оборудването, тъй като колкото по-високо е съдържанието на твърдо вещество, толкова по-сериозно е износването на оборудването.

(3) Суспензията с високо съдържание на твърдо вещество е по-стабилна. Резултатите от теста за стабилност на някои суспензии (както е показано на фигурата по-долу) показват, че TSI (индекс на нестабилност) от 1.05 при конвенционално разбъркване е по-висок от този от 0.75 при високовискозитен процес на разбъркване, така че стабилността на суспензията, получена при висок вискозитет процесът на разбъркване е по-добър от този, получен при конвенционалния процес на разбъркване. Но суспензията с високо съдържание на твърдо вещество също ще повлияе на нейната течливост, което е много предизвикателство за оборудването и техниците в процеса на нанасяне на покритие.

Картината

(4) Суспензията с високо съдържание на твърдо вещество може да намали дебелината между покритията и да намали вътрешното съпротивление на батерията.

4. Плътност на пулпата

Плътността на размера е важен параметър, който отразява консистенцията на размера. Ефектът на дисперсията на размера може да бъде проверен чрез тестване на плътността на размера в различни позиции. В това няма да се повтаря, чрез горното резюме вярвам, че приготвяме добра електродна паста.