Výroba a výroba lithium-iontové baterie je proces úzce propojený jedním technologickým krokem. Výroba lithiové baterie jako celek zahrnuje proces výroby elektrod, proces montáže baterie a konečné vstřikování kapaliny, přednabíjení, formování a proces stárnutí. V těchto třech fázích procesu lze každý proces rozdělit do několika klíčových procesů, přičemž každý krok bude mít velký vliv na konečný výkon baterie.

V procesní fázi jej lze rozdělit do pěti procesů: příprava pasty, nanášení pasty, lisování válečkem, řezání a sušení. V procesu montáže baterie a podle různých specifikací a modelů baterií se zhruba dělí na procesy vinutí, pláště, svařování a další procesy. V konečné fázi vstřikování kapaliny, včetně vstřikování kapaliny, výfuk, těsnění, předplnění, formování, stárnutí a další procesy. Proces výroby elektrod je hlavním obsahem výroby celé lithiové baterie, což souvisí s elektrochemickým výkonem baterie, a zvláště důležitá je kvalita kalu.

Jedna, základní teorie kejdy

Suspenze elektrod lithiové iontové baterie je druh tekutiny, obvykle ji lze rozdělit na newtonskou tekutinu a nenewtonskou tekutinu. Mezi nimi lze nenewtonskou tekutinu rozdělit na dilatační plastickou tekutinu, časově závislou nenewtonskou tekutinu, pseudoplastickou tekutinu a binghamskou plastickou tekutinu. Newtonská kapalina je kapalina s nízkou viskozitou, která se snadno deformuje pod napětím a smykové napětí je úměrné rychlosti deformace. Tekutina, ve které je smykové napětí v libovolném bodě lineární funkcí rychlosti smykové deformace. Mnoho tekutin v přírodě jsou newtonské tekutiny. Většina čistých kapalin, jako je voda a alkohol, lehký olej, roztoky nízkomolekulárních sloučenin a plyny proudící nízkou rychlostí, jsou newtonovské kapaliny.

Nenewtonská tekutina označuje tekutinu, která nesplňuje Newtonův experimentální zákon viskozity, to znamená, že vztah mezi smykovým napětím a rychlostí smykového přetvoření není lineární. Nenewtonské tekutiny se široce vyskytují v životě, produkci a přírodě. Polymerní koncentrované roztoky a suspenze polymerů jsou obecně nenewtonské tekutiny. Většina biologických tekutin je nyní definována jako nenewtonské tekutiny. Nenewtonské tekutiny zahrnují krev, lymfu a cystické tekutiny, stejně jako „polotekutiny“, jako je cytoplazma.

Suspenze elektrod se skládá z různých surovin s různou specifickou hmotností a velikostí částic a je míchána a dispergována v pevné a kapalné fázi. Vytvořená suspenze je nenewtonská kapalina. Kal z lithiových baterií lze rozdělit na pozitivní kal a negativní kal dva druhy, vzhledem k odlišnému systému kalu (olejový, vodní) se jeho povaha bude lišit. K určení vlastností kejdy však lze použít následující parametry:

1. Viskozita kaše

Viskozita je mírou viskozity kapaliny a vyjádřením síly kapaliny na jevu vnitřního tření. Když kapalina proudí, vytváří mezi svými molekulami vnitřní tření, které se nazývá viskozita kapaliny. Viskozita je vyjádřena viskozitou, která se používá k charakterizaci faktoru odporu souvisejícího s vlastnostmi kapaliny. Viskozita se dělí na dynamickou viskozitu a podmíněnou viskozitu.

Viskozita je definována jako dvojice rovnoběžných desek, oblast A, Dr Apart, naplněná kapalinou A. Nyní aplikujte tah F na horní desku, abyste vytvořili změnu rychlosti DU. Protože viskozita kapaliny přenáší tuto sílu vrstvu po vrstvě, každá vrstva kapaliny se také pohybuje odpovídajícím způsobem a vytváří gradient rychlosti du/Dr, nazývaný smyková rychlost, reprezentovaný R’. F/A se nazývá smykové napětí, vyjádřené jako τ. Vztah mezi smykovou rychlostí a smykovým napětím je následující:

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

Newtonovská kapalina odpovídá Newtonovu vzorci, viskozita souvisí pouze s teplotou, nikoli smykovou rychlostí, τ je úměrné D.

Nenewtonské tekutiny nevyhovují Newtonově vzorci τ/D=f(D). Viskozita při daném τ/D je ηa, která se nazývá zdánlivá viskozita. Viskozita nenewtonských kapalin závisí nejen na teplotě, ale také na smykové rychlosti, čase a smykovém ztenčování nebo smykovém zahušťování.

2. Vlastnosti kaše

Kaše je nenewtonská kapalina, což je směs pevná látka-kapalina. Aby byly splněny požadavky následného procesu nanášení, musí mít kaše následující tři vlastnosti:

① Dobrá likvidita. Tekutost lze pozorovat mícháním kaše a jejím ponecháním přirozeně téci. Dobrá kontinuita, nepřetržité vypnutí a vypnutí znamená dobrou likviditu. Tekutost souvisí s obsahem pevných látek a viskozitou kejdy,

(2) vyrovnání. Hladkost kaše ovlivňuje rovinnost a rovnoměrnost nátěru.

③ Reologie. Reologie se týká deformačních charakteristik kejdy v toku a její vlastnosti ovlivňují kvalitu pólového plechu.

3. Základ disperze kaše

Výroba elektrod lithium-iontových baterií, katodová pasta pomocí lepidla, vodivé činidlo, složení materiálu katody; Negativní pasta se skládá z lepidla, grafitového prášku a tak dále. Příprava pozitivní a negativní suspenze zahrnuje řadu technologických procesů, jako je míchání, rozpouštění a dispergování mezi kapalinou a kapalinou, kapalnými a pevnými materiály, a je provázena změnami teploty, viskozity a prostředí v tomto procesu. Proces míchání a disperze suspenze lithium-iontových baterií lze rozdělit na proces makro míchání a proces mikrodisperze, které jsou vždy doprovázeny celým procesem přípravy suspenze lithium-iontových baterií. Příprava kaše obecně prochází následujícími fázemi:

① Míchání suchého prášku. Částice se navzájem dotýkají ve formě teček, teček, rovin a čar,

② Fáze hnětení polosuchého bahna. V této fázi, po rovnoměrném promíchání suchého prášku, se přidá pojivová kapalina nebo rozpouštědlo a surovina je mokrá a blátivá. Po silném promíchání míchačky je materiál vystaven smyku a tření mechanické síly a mezi částicemi dojde k vnitřnímu tření. Pod každou silou mají částice suroviny tendenci být vysoce rozptýleny. Tato fáze má velmi důležitý vliv na velikost a viskozitu hotové kaše.

③ Fáze ředění a disperze. Po hnětení se pomalu přidalo rozpouštědlo, aby se upravila viskozita suspenze a obsah pevných látek. V této fázi koexistuje disperze a aglomerace a nakonec dosáhne stability. V této fázi je disperze materiálů ovlivněna především mechanickou silou, třecím odporem mezi práškem a kapalinou, vysokorychlostní disperzní smykovou silou a nárazovou interakcí mezi kalem a stěnou nádoby.

Obrázek

Analýza parametrů ovlivňujících vlastnosti kejdy

Důležitým ukazatelem pro zajištění konzistence baterie v procesu výroby baterie je, že kejda by měla mít dobrou stabilitu. S koncem kombinované kaše, míchání se zastaví, kaše se objeví usazování, vločkování a další jevy, což má za následek velké částice, které budou mít větší vliv na následné potahování a další procesy. Hlavní parametry stability suspenze jsou tekutost, viskozita, obsah pevných látek a hustota.

1. Viskozita kaše

Stabilní a vhodná viskozita elektrodové pasty je velmi důležitá pro proces potahování elektrodového listu. Viskozita je příliš vysoká nebo příliš nízká nevede k potahování polárních kusů, kaše s vysokou viskozitou se nesráží a disperze bude lepší, ale vysoká viskozita nepřispívá k vyrovnávacímu efektu, nepřispívá k potahování; Příliš nízká viskozita není dobrá, viskozita je nízká, i když tok suspenze je dobrý, ale je obtížné ji vysušit, snížit účinnost sušení povlaku, praskání povlaku, aglomeraci částic suspenze, konzistence hustoty povrchu není dobrá.

Problémem, který se často vyskytuje v našem výrobním procesu, je změna viskozity a „změnu“ zde lze rozdělit na okamžitou změnu a statickou změnu. Přechodná změna se týká drastické změny v procesu testování viskozity a statická změna se týká změny viskozity po určité době. Viskozita se mění od vysoké k nízké, od vysoké k nízké. Obecně řečeno, hlavními faktory ovlivňujícími viskozitu kejdy jsou rychlost míchání kejdy, časová kontrola, pořadí přísad, teplota a vlhkost prostředí atd. Existuje mnoho faktorů, kdy se setkáme se změnou viskozity, jak ji analyzovat a vyřešit? Viskozita kaše je v podstatě určena pojivem. Představte si, že bez pojiva PVDF/CMC/SBR (OBR. 2, 3), nebo pokud pojivo dobře nespojí živou hmotu, vytvoří pevná živá hmota a vodivé činidlo nenewtonskou kapalinu s rovnoměrným povlakem? ne! Proto, abychom analyzovali a vyřešili příčinu změny viskozity kaše, měli bychom vycházet z povahy pojiva a stupně disperze kaše.

Obrázek

Obr. 2. Molekulární struktura PVDF

Obrázek

Obrázek 3. Molekulární vzorec CMC

(1) viskozita se zvyšuje

Různé suspenzní systémy mají různá pravidla změny viskozity. V současnosti je hlavním suspenzním systémem pozitivní suspenzní olejový systém PVDF/NMP a negativní suspenzí je vodný systém grafit/CMC/SBR.

① Viskozita pozitivní kaše se po určité době zvýší. Jedním z důvodů (krátké umístění) je, že rychlost míchání suspenze je příliš vysoká, pojivo není zcela rozpuštěno a prášek PVDF je po určité době zcela rozpuštěn a viskozita se zvyšuje. Obecně řečeno, PVDF potřebuje k úplnému rozpuštění alespoň 3 hodiny, bez ohledu na to, jak rychle rychlost míchání nemůže změnit tento ovlivňující faktor, tzv. „haste make waste“. Druhý důvod (dlouhý čas) je ten, že v procesu stání kaše se koloid mění ze stavu sol do stavu gelu. V tomto okamžiku, pokud je homogenizován při nízké rychlosti, může být obnovena jeho viskozita. Třetím důvodem je, že mezi koloidním a živým materiálem a částicemi vodivé látky vzniká zvláštní struktura. Tento stav je nevratný a po zvýšení nelze viskozitu suspenze obnovit.

Viskozita negativní suspenze se zvyšuje. Viskozita negativní kaše je způsobena především destrukcí molekulární struktury pojiva a viskozita kaše se zvyšuje po oxidaci zlomu molekulového řetězce. Pokud je materiál nadměrně dispergován, velikost částic se značně zmenší a viskozita suspenze se také zvýší.

(2) viskozita se sníží

① Viskozita pozitivní kaše klesá. Jedním z důvodů je změna charakteru adhezivního koloidu. Důvodů pro změnu je mnoho, např. velká smyková síla při přemísťování kejdy, kvalitativní změna absorpce vody pojivem, strukturální změna a degradace sebe sama v procesu míchání. Druhým důvodem je, že nerovnoměrné míchání a dispergování vede k velkoplošnému usazování pevných látek v kaši. Třetím důvodem je, že v procesu míchání je lepidlo vystaveno silné smykové síle a tření zařízení a živého materiálu a změnám vlastností při vysoké teplotě, což vede ke snížení viskozity.

Viskozita negativní suspenze klesá. Jedním z důvodů je, že v CMC jsou přimíchány nečistoty. Většina nečistot v CMC jsou nerozpustné polymerní pryskyřice. Když je CMC mísitelný s vápníkem a hořčíkem, jeho viskozita se sníží. Druhým důvodem je sodná sůl hydroxymethylcelulózy, což je především kombinace C/O. Pevnost spoje je velmi slabá a snadno se rozruší střižnou silou. Pokud je rychlost míchání příliš vysoká nebo doba míchání příliš dlouhá, může dojít ke zničení struktury CMC. CMC hraje zahušťovací a stabilizační roli v negativní kaši a hraje důležitou roli při rozptylování surovin. Jakmile je jeho struktura zničena, nevyhnutelně to způsobí usazování kalu a snížení viskozity. Třetím důvodem je zničení pojiva SBR. Ve skutečné výrobě jsou CMC a SBR obvykle vybrány tak, aby spolupracovaly, a jejich role jsou různé. SBR plní hlavně roli pojiva, ale při dlouhodobém míchání je náchylný k deemulgaci, což má za následek porušení vazby a snížení viskozity kejdy.

(3) Zvláštní okolnosti (rosolovité včasné vysoké a nízké)

V procesu přípravy pozitivní pasty se pasta někdy změní na želé. Jsou pro to dva hlavní důvody: za prvé, voda. Vzhledem k tomu, že absorpce vlhkosti živými látkami a kontrola vlhkosti v procesu míchání nejsou dobré, je absorpce vlhkosti surovin nebo vlhkost prostředí míchání vysoká, což vede k absorpci vody PVDF do želé. Za druhé, hodnota pH kejdy nebo materiálu. Čím vyšší je hodnota pH, tím je kontrola vlhkosti přísnější, zejména při míchání materiálů s vysokým obsahem niklu, jako jsou NCA a NCM811.

Viskozita kejdy kolísá, jedním z důvodů může být to, že kejda není během testovacího procesu zcela stabilizovaná a viskozita kejdy je značně ovlivněna teplotou. Zejména po dispergování vysokou rychlostí existuje určitý teplotní gradient ve vnitřní teplotě suspenze a viskozita různých vzorků není stejná. Druhým důvodem je špatná disperze kejdy, živého materiálu, pojiva, vodivé látky není dobrá disperze, kejdy není dobrá tekutost, přirozená viskozita kejdy je vysoká nebo nízká.

2. Velikost kejdy

Po smíchání kaše je nutné změřit její velikost částic a metodou měření velikosti částic je obvykle škrabková metoda. Velikost částic je důležitým parametrem pro charakterizaci kvality suspenze. Velikost částic má důležitý vliv na proces povlakování, válcování a výkon baterie. Teoreticky, čím menší je velikost kaše, tím lépe. Když je velikost částic příliš velká, bude ovlivněna stabilita kejdy, sedimentace, konzistence kejdy je špatná. V procesu vytlačování povlaku bude blokující materiál, pól suchý po důlkování, což má za následek problémy s kvalitou pólů. V následujícím procesu válcování, kvůli nerovnoměrnému namáhání v oblasti špatného povlaku, je snadné způsobit zlomení pólu a místní mikrotrhliny, které způsobí velké poškození jízdního výkonu, poměru výkonu a bezpečnosti baterie.

Pozitivní a negativní aktivní látky, lepidla, vodivá činidla a další hlavní materiály mají různé velikosti částic a hustoty. V procesu míchání bude probíhat míchání, vytlačování, tření, aglomerace a další různé kontaktní režimy. Ve fázích postupného míchání surovin, smáčení rozpouštědlem, velkého lámání materiálu a postupné tendence ke stabilitě bude docházet k nerovnoměrnému promíchání materiálu, špatnému rozpouštění lepidla, vážnému shlukování jemných částic, změnám lepicích vlastností a dalším podmínkám, které budou vést ke vzniku velkých částic.

Jakmile pochopíme, co způsobuje, že se částice objevují, musíme tyto problémy řešit vhodnými léky. Pokud jde o suché práškové míchání materiálů, osobně si myslím, že rychlost míchadla má malý vliv na stupeň míchání suchého prášku, ale potřebují dostatek času k zajištění rovnoměrnosti míchání suchého prášku. Nyní někteří výrobci volí práškové lepidlo a někteří volí tekutý roztok dobré lepidlo, dvě různá lepidla určují jiný proces, použití práškového lepidla potřebuje delší dobu k rozpuštění, jinak se později objeví bobtnání, odskok, změna viskozity atd. aglomerace mezi jemnými částicemi je nevyhnutelná, ale měli bychom zajistit dostatečné tření mezi materiály, které umožní, aby částice aglomerace vypadaly jako vytlačování, drcení, což napomáhá míšení. To vyžaduje, abychom kontrolovali obsah pevných látek v různých fázích suspenze, příliš nízký obsah pevných látek ovlivní rozptyl tření mezi částicemi.

3. Obsah sušiny v kaši

Obsah pevných látek v kejdě úzce souvisí se stabilitou kejdy, stejný proces a vzorec, čím vyšší je obsah pevných látek v kejdě, tím vyšší je viskozita a naopak. V určitém rozmezí platí, že čím vyšší je viskozita, tím vyšší je stabilita suspenze. Když navrhujeme baterii, obecně odvozujeme tloušťku jádra-jádra z kapacity baterie na konstrukci elektrodového listu, takže konstrukce elektrodového listu souvisí pouze s povrchovou hustotou, hustotou živé hmoty, tloušťkou a další parametry. Parametry elektrodového plechu se upravují potahovacím a válečkovým lisem a obsah pevných látek v kaši na to nemá přímý vliv. Takže nezáleží na obsahu pevných látek v kejdě málo?

(1) Obsah pevných látek má určitý vliv na zlepšení účinnosti míchání a účinnosti potahování. Čím vyšší je obsah pevných látek, tím kratší je doba míchání, tím menší je spotřeba rozpouštědla, tím vyšší je účinnost sušení nátěru, což šetří čas.

(2) Obsah pevných látek má určité požadavky na zařízení. Kejda s vysokým obsahem pevných látek má vyšší ztráty na zařízení, protože čím vyšší je obsah pevných látek, tím vážnější je opotřebení zařízení.

(3) Suspenze s vysokým obsahem pevných látek je stabilnější. Výsledky testu stability určité kaše (jak je znázorněno na obrázku níže) ukazují, že TSI (index nestability) 1.05 při konvenčním míchání je vyšší než 0.75 při procesu míchání s vysokou viskozitou, takže stabilita kaše získaná při vysoké viskozitě proces míchání je lepší než ten, který se získá běžným procesem míchání. Kaše s vysokým obsahem pevných látek však také ovlivní její tekutost, což je velmi náročné pro zařízení a techniky procesu potahování.

Obrázek

(4) Kaše s vysokým obsahem pevných látek může snížit tloušťku mezi povlaky a snížit vnitřní odpor baterie.

4. Hustota buničiny

Hustota velikosti je důležitým parametrem, který odráží konzistenci velikosti. Disperzní účinek velikosti lze ověřit testováním hustoty velikosti v různých polohách. V tomto se nebude opakovat, prostřednictvím výše uvedeného shrnutí věřím, že připravíme dobrou elektrodovou pastu.