Produktionen og fremstillingen af ​​lithium-ion-batterier er en proces, der er tæt forbundet med ét teknologisk trin. Som helhed omfatter produktionen af ​​lithiumbatterier elektrodefremstillingsprocessen, batterisamlingsprocessen og den endelige væskeinjektion, foropladning, dannelse og ældningsprocessen. I disse tre faser af processen kan hver proces opdeles i flere nøgleprocesser, hvert trin vil have stor indflydelse på batteriets endelige ydeevne.

In the process stage, it can be subdivided into five processes: paste preparation, paste coating, roller pressing, cutting and drying. In the battery assembly process, and according to the different battery specifications and models, roughly divided into winding, shell, welding and other processes. In the final stage of liquid injection, including liquid injection, exhaust, sealing, prefilling, formation, aging and other processes. The electrode manufacturing process is the core content of the whole lithium battery manufacturing, which is related to the electrochemical performance of the battery, and the quality of slurry is particularly important.

En, den grundlæggende teori om gylle

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.

Ikke-newtonsk væske henviser til den væske, der ikke opfylder Newtons eksperimentelle viskositetslov, det vil sige, at forholdet mellem forskydningsspænding og forskydningsspændingshastighed ikke er lineært. Ikke-newtonske væsker findes i vid udstrækning i livet, produktionen og naturen. Polymerkoncentrerede opløsninger og suspensioner af polymerer er generelt ikke-newtonske væsker. De fleste biologiske væsker er nu defineret som ikke-newtonske væsker. Ikke-newtonske væsker omfatter blod, lymfe og cystiske væsker, såvel som “semi-væsker”, såsom cytoplasma.

Elektrodeslam er sammensat af en række forskellige råmaterialer med forskellig vægtfylde og partikelstørrelse og blandes og dispergeres i fast-flydende fase. Den dannede opslæmning er en ikke-newtonsk væske. Lithium batteri gylle kan opdeles i positiv gylle og negativ gylle to slags, på grund af gyllesystemet (olieholdigt, vand) forskelligt, vil dets natur variere. Følgende parametre kan dog bruges til at bestemme gylles egenskaber:

1. Viskositet af gylle

Viskositet er et mål for væskens viskositet og et udtryk for væskekraft på dets indre friktionsfænomen. Når væsken flyder, producerer den indre friktion mellem sine molekyler, hvilket kaldes væskens viskositet. Viskositet udtrykkes ved viskositet, som bruges til at karakterisere modstandsfaktoren relateret til væskeegenskaber. Viskositet er opdelt i dynamisk viskositet og betinget viskositet.

Viskositet er defineret som et par parallelle plader, område A, Dr Apart, fyldt med A væske. Påfør nu et tryk F på den øvre plade for at frembringe en hastighedsændring DU. Fordi væskens viskositet overfører denne kraft lag for lag, bevæger hvert lag af væske sig også i overensstemmelse hermed og danner en hastighedsgradient du/Dr, kaldet forskydningshastighed, repræsenteret ved R ‘. F/A kaldes forskydningsspænding, udtrykt som τ. Forholdet mellem forskydningshastighed og forskydningsspænding er som følger:

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

Newtonsk væske er i overensstemmelse med Newtons formel, viskositet er kun relateret til temperatur, ikke forskydningshastighed, τ er proportional med D.

Ikke-newtonske væsker er ikke i overensstemmelse med Newtons formel τ/D=f(D). Viskositeten ved en given τ/D er ηa, hvilket kaldes tilsyneladende viskositet. Viskositeten af ​​ikke-newtonske væsker afhænger ikke kun af temperatur, men også af forskydningshastighed, tid og forskydningsfortynding eller forskydningsfortykkelse.

2. Gylleegenskaber

Gylle er en ikke-newtonsk væske, som er en fast-flydende blanding. For at opfylde kravene til den efterfølgende belægningsproces skal gylle have følgende tre egenskaber:

① God likviditet. Fluiditet kan observeres ved at omrøre gyllen og lade den flyde naturligt. God kontinuitet, kontinuerlig off and off betyder god likviditet. Fluiditet er relateret til faststofindholdet og viskositeten af ​​gyllen,

(2) nivellering. Slammets glathed påvirker belægningens fladhed og jævnhed.

③ Rheologi. Rheologi refererer til deformationsegenskaberne for gylle i flow, og dets egenskaber påvirker kvaliteten af ​​polpladen.

3. Gylledispersionsfundament

Lithium ion battery electrode manufacturing, cathode paste by adhesive, conductive agent, cathode material composition; The negative paste is composed of adhesive, graphite powder and so on. The preparation of positive and negative slurry includes a series of technological processes, such as mixing, dissolving and dispersing between liquid and liquid, liquid and solid materials, and is accompanied by changes in temperature, viscosity and environment in this process. The mixing and dispersion process of lithium ion battery slurry can be divided into macro mixing process and micro dispersion process, which are always accompanied by the whole process of lithium ion battery slurry preparation. The preparation of slurry generally goes through the following stages:

① Tørpulverblanding. Partikler kontakter hinanden i form af prikker, prikker, planer og linjer,

② Halvtørt mudderæltetrin. På dette stadium, efter at det tørre pulver er blandet jævnt, tilsættes bindemiddelvæsken eller opløsningsmidlet, og råmaterialet er vådt og mudret. Efter kraftig omrøring af blanderen udsættes materialet for forskydning og friktion af mekanisk kraft, og der vil være intern friktion mellem partiklerne. Under hver kraft har råstofpartiklerne en tendens til at være meget spredt. Dette trin har en meget vigtig effekt på størrelsen og viskositeten af ​​den færdige gylle.

③ Fortyndings- og spredningstrin. Efter æltning blev opløsningsmiddel tilsat langsomt for at justere opslæmningens viskositet og faststofindhold. På dette stadium eksisterer spredning og agglomeration side om side og når endelig stabilitet. På dette stadium er spredningen af ​​materialer hovedsageligt påvirket af mekanisk kraft, friktionsmodstand mellem pulver og væske, højhastighedsspredningsforskydningskraft og påvirkningsinteraktionen mellem gylle og beholdervæg.

Billedet

Analyse af parametre, der påvirker gylleegenskaber

It is an important index to ensure the consistency of the battery in the process of battery production that the slurry should have good stability. With the end of the combined slurry, mixing stops, slurry will appear settlement, flocculation and other phenomena, resulting in large particles, which will have a greater impact on the subsequent coating and other processes. The main parameters of slurry stability are fluidity, viscosity, solid content and density.

1. Viskositet af gylle

Den stabile og passende viskositet af elektrodepasta er meget vigtig for belægningsprocessen af ​​elektrodeplade. Viskositeten er for høj eller for lav er ikke befordrende for polær stykke belægning, gyllen med høj viskositet er ikke let at udfælde, og dispersionen vil være bedre, men den høje viskositet er ikke befordrende for udjævningseffekt, er ikke befordrende for belægning; Viskositeten for lav er ikke god, viskositeten er lav, selvom gyllestrømmen er god, men den er vanskelig at tørre, reducerer tørreeffektiviteten af ​​belægningen, belægningsrevner, gyllepartikelagglomerering, overfladedensitetens konsistens er ikke god.

Det problem, der ofte opstår i vores produktionsproces, er ændringen af ​​viskositeten, og “ændringen” kan her opdeles i øjeblikkelig ændring og statisk ændring. Forbigående ændring refererer til den drastiske ændring i viskositetstestprocessen, og statisk ændring refererer til viskositetsændringen efter en periode. Viskositeten varierer fra høj til lav, fra høj til lav. Generelt set er de vigtigste faktorer, der påvirker gylleviskositeten, hastigheden af ​​at blande gylle, tidsstyring, ingrediensrækkefølge, miljøtemperatur og fugtighed osv. Der er mange faktorer, når vi møder viskositetsændringer bør være, hvordan man analyserer og løser det? Viskositeten af ​​opslæmningen bestemmes i det væsentlige af bindemidlet. Forestil dig, at uden bindemidlet PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), eller hvis bindemidlet ikke kombinerer det levende stof godt, vil det faste levende stof og det ledende middel danne en ikke-newtonsk væske med ensartet belægning? Lad være! For at analysere og løse årsagen til ændring af gylleviskositet bør vi derfor tage udgangspunkt i arten af ​​bindemiddel og gyllespredningsgrad.

Billedet

FIG. 2. Molecular structure of PVDF

Billedet

Figure 3. Molecular formula of CMC

(1) viskositeten stiger

Forskellige gyllesystemer har forskellige viskositetsændringsregler. På nuværende tidspunkt er det almindelige gyllesystem positivt slam PVDF/NMP olieholdigt system, og negativ gylle er grafit/CMC/SBR vandigt system.

① Viskositeten af ​​positiv gylle stiger efter en periode. En årsag (korttidsplacering) er, at gylleblandingshastigheden er for høj, bindemidlet er ikke helt opløst, og PVDF-pulveret er fuldt opløst efter et stykke tid, og viskositeten stiger. Generelt har PVDF brug for mindst 3 timer for at opløses fuldstændigt, uanset hvor hurtigt omrøringshastigheden ikke kan ændre denne påvirkningsfaktor, den såkaldte “hast gør spild”. Den anden grund (lang tid) er, at i processen med at gylle står, skifter kolloidet fra soltilstand til geltilstand. På dette tidspunkt, hvis det homogeniseres ved en langsom hastighed, kan dets viskositet genoprettes. Den tredje grund er, at der dannes en særlig struktur mellem kolloidt og levende materiale og ledende middelpartikler. Denne tilstand er irreversibel, og gyllens viskositet kan ikke genoprettes efter stigning.

Viskositeten af ​​den negative opslæmning stiger. Viskositeten af ​​den negative opslæmning er hovedsageligt forårsaget af ødelæggelsen af ​​bindemidlets molekylære struktur, og opslæmningens viskositet øges efter oxidationen af ​​den molekylære kædefraktur. Hvis materialet er overdrevent dispergeret, vil partikelstørrelsen blive stærkt reduceret, og opslæmningens viskositet vil også blive forøget.

(2) the viscosity is reduced

① Viskositeten af ​​positiv gylle falder. En af grundene til, at klæbende kolloid ændrer karakter. Der er mange årsager til ændringen, såsom stærk forskydningskraft under gylleoverførsel, kvalitativ ændring af vandabsorption af bindemiddel, strukturel ændring og nedbrydning af sig selv under blandingsprocessen. Den anden årsag er, at den ujævne omrøring og dispergering fører til det store areal afsætning af faste materialer i gyllen. Den tredje grund er, at klæbemidlet under omrøring udsættes for stærk forskydningskraft og friktion af udstyr og levende materiale og ændringer i egenskaber ved høj temperatur, hvilket resulterer i et fald i viskositeten.

The viscosity of the negative slurry decreases. One of the reasons is that there are impurities mixed in CMC. Most of the impurities in CMC are insoluble polymer resin. When CMC is miscible with calcium and magnesium, its viscosity will be reduced. The second reason is sodium hydroxymethyl cellulose, which is mainly the combination of C/O. The bond strength is very weak and easily destroyed by shear force. When the stirring speed is too fast or the stirring time is too long, the structure of CMC may be destroyed. CMC plays a thickening and stabilizing role in the negative slurry, and plays an important role in the dispersion of raw materials. Once its structure is destroyed, it will inevitably cause slurry settlement and viscosity reduction. The third reason is the destruction of SBR binder. In the actual production, CMC and SBR are usually selected to work together, and their roles are different. SBR mainly plays the role of binder, but it is prone to demulsification under long-term stirring, resulting in bond failure and viscosity reduction of slurry.

(3) Særlige omstændigheder (geléformet rettidig høj og lav)

I processen med at forberede positiv pasta bliver pastaen nogle gange til gelé. Der er to hovedårsager til dette: For det første vand. I betragtning af, at fugtoptagelsen af ​​levende stoffer og fugtkontrol i blandingsprocessen ikke er god, er fugtoptagelsen af ​​råmaterialer eller fugtigheden i blandingsmiljøet høj, hvilket resulterer i, at PVDF absorberer vand til gelé. For det andet pH-værdien af ​​gylle eller materiale. Jo højere pH-værdien er, er kontrollen af ​​fugt mere streng, især blanding af materialer med højt nikkelindhold såsom NCA og NCM811.

The viscosity of slurry fluctuates, one of the reasons may be that the slurry is not completely stabilized in the testing process, and the viscosity of slurry is greatly affected by temperature. Especially after being dispersed at high speed, there is a certain temperature gradient in the internal temperature of the slurry, and the viscosity of different samples is not the same. The second reason is poor dispersion of slurry, live material, binder, conductive agent is not good dispersion, slurry is not good fluidity, natural slurry viscosity is high or low.

2. Size of slurry

Efter at gyllen er kombineret, er det nødvendigt at måle dens partikelstørrelse, og metoden til partikelstørrelsesmåling er normalt skrabermetoden. Partikelstørrelse er en vigtig parameter for at karakterisere gyllekvaliteten. Partikelstørrelsen har en vigtig indflydelse på belægningsprocessen, valseprocessen og batteriets ydeevne. Teoretisk set, jo mindre gyllestørrelsen er, jo bedre. Når partikelstørrelsen er for stor, vil gyllens stabilitet blive påvirket, sedimentering, gyllens konsistens er dårlig. I processen med ekstruderingsbelægning vil der være blokerende materiale, stangtørt efter grubetæring, hvilket resulterer i problemer med stangkvaliteten. I den følgende rulleproces er det på grund af den ujævne spænding i det dårlige belægningsområde let at forårsage stangbrud og lokale mikrorevner, hvilket vil forårsage stor skade på batteriets cykelydelse, forholdsydelse og sikkerhedsydelse.

Positive og negative aktive stoffer, klæbemidler, ledende midler og andre hovedmaterialer har forskellige partikelstørrelser og tætheder. I processen med omrøring vil der være blanding, ekstrudering, friktion, agglomeration og andre forskellige kontakttilstande. I de stadier, hvor råmaterialer gradvist blandes, fugtes af opløsningsmiddel, store materialer går i stykker og gradvist har tendens til stabilitet, vil der være ujævn materialeblanding, dårlig klæbemiddelopløsning, alvorlig agglomeration af fine partikler, ændringer i klæbemiddelegenskaber og andre forhold, som vil føre til dannelse af store partikler.

Når vi først har forstået, hvad der får partiklerne til at dukke op, skal vi løse disse problemer med passende lægemidler. Hvad angår tørpulverblanding af materialer, tror jeg personligt, at blandehastigheden har ringe indflydelse på graden af ​​tørpulverblanding, men de har brug for nok tid til at sikre ensartetheden af ​​tørpulverblandingen. Nu vælger nogle producenter pulverformigt klæbemiddel, og nogle vælger flydende opløsning god klæbemiddel, to forskellige klæbemidler bestemmer den forskellige proces, brugen af ​​pulverformigt klæbemiddel har brug for længere tid om at opløses, ellers vil der i det sene fremkomme hævelse, rebound, viskositetsændring osv. agglomerering mellem fine partikler er uundgåelig, men vi bør sikre, at der er tilstrækkelig friktion mellem materialer til at gøre det muligt for agglomerationspartiklerne at virke ekstruderede, knusende, befordrende for blanding. Dette kræver, at vi kontrollerer faststofindholdet i forskellige stadier af gyllen, for lavt faststofindhold vil påvirke friktionsspredningen mellem partikler.

3. Faststofindhold i gylle

Faststofindholdet i gylle er tæt forbundet med gyllens stabilitet, samme proces og formel, jo højere faststofindhold i gylle, jo større viskositet og omvendt. I et bestemt område, jo højere viskositet, jo højere stabilitet af gylle. Når vi designer batteriet, udleder vi generelt tykkelsen af ​​kernekernen fra batteriets kapacitet til designet af elektrodepladen, så designet af elektrodepladen er kun relateret til overfladedensiteten, tætheden af ​​levende stof, tykkelsen og andre parametre. Parametrene for elektrodepladen justeres med coater og rullepresse, og det faste indhold af gylle har ingen direkte indflydelse på det. Så betyder niveauet af faststofindholdet i gylle lidt?

(1) Faststofindhold har en vis indflydelse på forbedring af omrøringseffektiviteten og belægningseffektiviteten. Jo højere faststofindhold, jo kortere omrøringstid, jo mindre forbrug af opløsningsmiddel, jo højere er belægningens tørreeffektivitet, hvilket sparer tid.

(2) Faststofindholdet har visse krav til udstyr. Gylle med højt faststofindhold har et større tab for udstyr, fordi jo højere faststofindhold, jo mere alvorligt slid på udstyret.

(3) Opslæmningen med højt faststofindhold er mere stabil. Stabilitetstestresultaterne for noget gylle (som vist i figuren nedenfor) viser, at TSI (ustabilitetsindeks) på 1.05 ved konventionel omrøring er højere end 0.75 ved højviskositets-omrøring, så gyllestabiliteten opnået ved højviskositet omrøringsprocessen er bedre end den, der opnås ved konventionel omrøringsproces. Men gyllen med højt faststofindhold vil også påvirke dens flydendehed, hvilket er meget udfordrende for udstyr og teknikere i belægningsprocessen.

Billedet

(4) The slurry with high solid content can reduce the thickness between the coatings and reduce the internal resistance of the battery.

4. Pulp density

Størrelsens tæthed er en vigtig parameter for at afspejle størrelsens konsistens. Spredningseffekten af ​​størrelse kan verificeres ved at teste størrelsens tæthed ved forskellige positioner. I dette vil ikke blive gentaget, gennem ovenstående resumé, tror jeg, at vi forbereder en god elektrodepasta.