The production and manufacture of lithium ion battery is a process closely linked by one technological step. As a whole, the production of lithium battery includes the electrode manufacturing process, battery assembly process and the final liquid injection, precharge, formation and aging process. In these three stages of the process, each process can be divided into several key processes, each step will have a great impact on the final performance of the battery.

In der Prozessstufe lässt es sich in fünf Prozesse unterteilen: Pastenvorbereitung, Pastenbeschichtung, Walzenpressen, Schneiden und Trocknen. Im Batteriemontageprozess und entsprechend den unterschiedlichen Batteriespezifikationen und -modellen grob unterteilt in Wickel-, Schalen-, Schweiß- und andere Prozesse. In der Endphase der Flüssigkeitseinspritzung, einschließlich Flüssigkeitseinspritzung, Absaugung, Abdichtung, Vorfüllung, Formation, Alterung und anderen Prozessen. Der Elektrodenherstellungsprozess ist der Kerninhalt der gesamten Lithiumbatterieherstellung, der mit der elektrochemischen Leistung der Batterie zusammenhängt, und die Qualität der Aufschlämmung ist besonders wichtig.

Erstens, die grundlegende Theorie der Gülle

Elektrodenaufschlämmung für Lithium-Ionen-Batterien ist eine Art Flüssigkeit, die normalerweise in Newtonsche Flüssigkeit und Nicht-Newtonsche Flüssigkeit unterteilt werden kann. Unter diesen kann die nicht-newtonsche Flüssigkeit in plastische Dilatanzflüssigkeit, zeitabhängige nicht-newtonsche Flüssigkeit, pseudoplastische Flüssigkeit und plastische Bingham-Flüssigkeit unterteilt werden. Newtonsches Fluid ist ein Fluid mit niedriger Viskosität, das sich unter Belastung leicht verformen lässt und dessen Scherbelastung proportional zur Verformungsgeschwindigkeit ist. Flüssigkeit, in der die Schubspannung an jedem Punkt eine lineare Funktion der Scherverformungsrate ist. Viele Flüssigkeiten in der Natur sind Newtonsche Flüssigkeiten. Die meisten reinen Flüssigkeiten wie Wasser und Alkohol, Leichtöl, Lösungen niedermolekularer Verbindungen und Gase mit niedriger Geschwindigkeit sind Newtonsche Flüssigkeiten.

Nicht-Newtonsches Fluid bezieht sich auf das Fluid, das Newtons experimentelles Viskositätsgesetz nicht erfüllt, d. h. die Beziehung zwischen Scherspannung und Scherdehnungsrate ist nicht linear. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten sind im Leben, in der Produktion und in der Natur weit verbreitet. Polymerkonzentrierte Lösungen und Suspensionen von Polymeren sind im Allgemeinen nicht-newtonsche Flüssigkeiten. Die meisten biologischen Flüssigkeiten werden heute als nicht-newtonsche Flüssigkeiten definiert. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten umfassen Blut, Lymphe und zystische Flüssigkeiten sowie „Halbflüssigkeiten“ wie Zytoplasma.

Elektrodenaufschlämmung besteht aus einer Vielzahl von Rohmaterialien mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht und Partikelgröße und wird gemischt und in einer Fest-Flüssig-Phase dispergiert. Die gebildete Aufschlämmung ist eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit. Lithiumbatterieschlamm kann in zwei Arten von positiven Schlamm und negativen Schlamm unterteilt werden, aufgrund des unterschiedlichen Schlammsystems (ölig, wasser) kann seine Natur variieren. Die folgenden Parameter können jedoch verwendet werden, um die Eigenschaften von Gülle zu bestimmen:

1. Viskosität der Aufschlämmung

Die Viskosität ist ein Maß für die Flüssigkeitsviskosität und ein Ausdruck der Flüssigkeitskraft auf ihr internes Reibungsphänomen. Wenn Flüssigkeit fließt, erzeugt sie eine innere Reibung zwischen ihren Molekülen, die als Viskosität der Flüssigkeit bezeichnet wird. Die Viskosität wird durch die Viskosität ausgedrückt, die verwendet wird, um den Widerstandsfaktor in Bezug auf die Flüssigkeitseigenschaften zu charakterisieren. Die Viskosität wird in dynamische Viskosität und bedingte Viskosität unterteilt.

Die Viskosität ist definiert als ein Paar paralleler Platten, Bereich A, Dr. Apart, gefüllt mit A-Flüssigkeit. Wenden Sie nun einen Schub F auf die obere Platte an, um eine Geschwindigkeitsänderung DU zu erzeugen. Da die Viskosität der Flüssigkeit diese Kraft Schicht für Schicht überträgt, bewegt sich auch jede Flüssigkeitsschicht entsprechend und bildet einen Geschwindigkeitsgradienten du/Dr, genannt Scherrate, dargestellt durch R ‘. F/A wird Schubspannung genannt, ausgedrückt als . Der Zusammenhang zwischen Schergeschwindigkeit und Schubspannung ist wie folgt:

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

Newtonsche Flüssigkeit entspricht der Newtonschen Formel, die Viskosität hängt nur von der Temperatur ab, nicht von der Schergeschwindigkeit, τ ist proportional zu D.

Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten entsprechen nicht der Newtonschen Formel τ/D=f(D). Die Viskosität bei einem gegebenen /D ist ηa, was als scheinbare Viskosität bezeichnet wird. Die Viskosität nicht-newtonscher Flüssigkeiten hängt nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Schergeschwindigkeit, der Zeit und der Scherverdünnung oder Scherverdickung ab.

2. Schlammeigenschaften

Slurry is a non-Newtonian fluid, which is a solid-liquid mixture. In order to meet the requirements of subsequent coating process, slurry needs to have the following three characteristics:

① Gute Liquidität. Die Fließfähigkeit kann beobachtet werden, indem man die Aufschlämmung bewegt und sie natürlich fließen lässt. Gute Kontinuität, kontinuierliches Aus und Ausschalten bedeutet gute Liquidität. Die Fließfähigkeit hängt mit dem Feststoffgehalt und der Viskosität der Aufschlämmung zusammen.

(2) Nivellierung. Die Glätte der Aufschlämmung beeinflusst die Ebenheit und Gleichmäßigkeit der Beschichtung.

③ Rheologie. Die Rheologie bezieht sich auf die Verformungseigenschaften von fließendem Schlamm, und seine Eigenschaften beeinflussen die Qualität des Polblechs.

3. Aufschlämmungs-Dispersionsgrundlage

Herstellung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien, Kathodenpaste durch Klebstoff, leitfähiges Mittel, Zusammensetzung des Kathodenmaterials; Die Negativpaste besteht aus Klebstoff, Graphitpulver usw. Die Herstellung von Positiv- und Negativschlamm umfasst eine Reihe von technologischen Prozessen, wie das Mischen, Auflösen und Dispergieren zwischen Flüssigkeit und Flüssigkeit, flüssigen und festen Stoffen, und wird dabei von Temperatur-, Viskositäts- und Umgebungsänderungen begleitet. Der Misch- und Dispergierprozess der Lithium-Ionen-Batterie-Slurry kann in einen Makro-Mischprozess und einen Mikro-Dispersionsprozess unterteilt werden, die immer vom gesamten Prozess der Herstellung der Lithium-Ionen-Batterie-Slurry begleitet werden. Die Gülleaufbereitung durchläuft im Allgemeinen die folgenden Phasen:

① Trockenpulvermischen. Partikel berühren sich in Form von Punkten, Punkten, Ebenen und Linien,

② Halbtrockene Schlammknetphase. In diesem Stadium wird, nachdem das Trockenpulver gleichmäßig gemischt wurde, die Bindemittelflüssigkeit oder das Lösungsmittel zugegeben und das Rohmaterial ist nass und schlammig. Nach dem starken Rühren des Mischers wird das Material der Scherung und Reibung mechanischer Kraft ausgesetzt, und es kommt zu einer inneren Reibung zwischen den Partikeln. Unter jeder Kraft neigen die Rohmaterialteilchen dazu, stark dispergiert zu werden. Dieser Schritt hat einen sehr wichtigen Einfluss auf die Größe und Viskosität der fertigen Aufschlämmung.

③ Verdünnungs- und Dispergierstufe. Nach dem Kneten wurde Lösungsmittel langsam zugegeben, um die Viskosität der Aufschlämmung und den Feststoffgehalt einzustellen. In diesem Stadium koexistieren Dispersion und Agglomeration und erreichen schließlich Stabilität. In dieser Phase wird die Materialverteilung hauptsächlich durch mechanische Kraft, Reibungswiderstand zwischen Pulver und Flüssigkeit, Hochgeschwindigkeits-Dispersionsscherkraft und Stoßwechselwirkung zwischen Schlamm und Behälterwand beeinflusst.

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Analyse von Parametern, die die Gülleeigenschaften beeinflussen

Es ist ein wichtiger Index, um die Konsistenz der Batterie im Prozess der Batterieherstellung sicherzustellen, dass die Aufschlämmung eine gute Stabilität aufweisen sollte. Mit dem Ende der kombinierten Aufschlämmung stoppt das Mischen, Aufschlämmung treten Ablagerungen, Ausflockungen und andere Phänomene auf, was zu großen Partikeln führt, die einen größeren Einfluss auf die nachfolgende Beschichtung und andere Prozesse haben. Die wichtigsten Parameter der Slurry-Stabilität sind Fließfähigkeit, Viskosität, Feststoffgehalt und Dichte.

1. Viskosität der Aufschlämmung

Die stabile und geeignete Viskosität der Elektrodenpaste ist für den Beschichtungsprozess von Elektrodenfolien sehr wichtig. Die Viskosität ist zu hoch oder zu niedrig ist nicht förderlich für das Beschichten von Polarstücken, die Aufschlämmung mit hoher Viskosität lässt sich nicht leicht ausfällen und die Dispersion wird besser, aber die hohe Viskosität ist nicht förderlich für den Verlaufseffekt, ist nicht förderlich für das Beschichten; Eine zu niedrige Viskosität ist nicht gut, die Viskosität ist niedrig, obwohl der Aufschlämmungsfluss gut ist, aber es ist schwierig zu trocknen, die Trocknungseffizienz der Beschichtung reduzieren, Beschichtungsrisse, Aufschlämmungspartikelagglomeration, Oberflächendichtekonsistenz ist nicht gut.

Das Problem, das in unserem Produktionsprozess häufig auftritt, ist die Änderung der Viskosität, und die „Änderung“ kann hier in eine sofortige Änderung und eine statische Änderung unterteilt werden. Die vorübergehende Änderung bezieht sich auf die drastische Änderung im Viskositätstestprozess, und die statische Änderung bezieht sich auf die Viskositätsänderung nach einer bestimmten Zeit. Die Viskosität variiert von hoch zu niedrig, von hoch zu niedrig. Im Allgemeinen sind die Hauptfaktoren, die die Viskosität der Aufschlämmung beeinflussen, die Geschwindigkeit des Mischens der Aufschlämmung, die Zeitsteuerung, die Reihenfolge der Zutaten, die Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit usw. Es gibt viele Faktoren, wenn wir eine Viskositätsänderung treffen, sollte es sein, wie man sie analysiert und löst. Die Viskosität der Aufschlämmung wird im Wesentlichen durch das Bindemittel bestimmt. Stellen Sie sich vor, dass ohne das Bindemittel PVDF/CMC/SBR (Fig. 2, 3), oder wenn das Bindemittel die lebenden Stoffe nicht gut verbindet, die feste lebende Materie und das leitfähige Mittel eine nicht-newtonsche Flüssigkeit mit gleichförmiger Beschichtung bilden werden? Nicht! Um den Grund der Viskositätsänderung der Aufschlämmung zu analysieren und zu lösen, sollten wir daher von der Art des Bindemittels und dem Dispersionsgrad der Aufschlämmung ausgehen.

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FEIGE. 2. Molekülstruktur von PVDF

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Abbildung 3. Molekülformel von CMC

(1) die Viskosität steigt

Unterschiedliche Aufschlämmungssysteme haben unterschiedliche Viskositätsänderungsregeln. Gegenwärtig ist das Hauptstrom-Aufschlämmungssystem ein öliges PVDF/NMP-Aufschlämmungssystem mit positiver Aufschlämmung, und ein wässriges System aus Graphit/CMC/SBR ist die negative Aufschlämmung.

① Die Viskosität der positiven Aufschlämmung nimmt nach einiger Zeit zu. Ein Grund (Aufbringung in kurzer Zeit) ist, dass die Mischgeschwindigkeit der Aufschlämmung zu hoch ist, das Bindemittel nicht vollständig aufgelöst wird und das PVDF-Pulver nach einer gewissen Zeit vollständig aufgelöst wird und die Viskosität zunimmt. Generell braucht PVDF mindestens 3 Stunden um sich vollständig aufzulösen, egal wie schnell die Rührgeschwindigkeit diesen Einflussfaktor nicht ändern kann, die sogenannte „Eile macht Abfall“. Der zweite Grund (lange Zeit) besteht darin, dass das Kolloid beim Stehen der Aufschlämmung vom Solzustand in den Gelzustand übergeht. Wenn es zu diesem Zeitpunkt mit geringer Geschwindigkeit homogenisiert wird, kann seine Viskosität wiederhergestellt werden. Der dritte Grund ist, dass sich zwischen Kolloid und lebendem Material und Leitmittelpartikeln eine spezielle Struktur ausbildet. Dieser Zustand ist irreversibel und die Viskosität der Aufschlämmung kann nach Erhöhung nicht wiederhergestellt werden.

Die Viskosität der negativen Aufschlämmung nimmt zu. Die Viskosität der negativen Aufschlämmung wird hauptsächlich durch die Zerstörung der Molekülstruktur des Bindemittels verursacht, und die Viskosität der Aufschlämmung wird nach der Oxidation des Molekülkettenbruchs erhöht. Wenn das Material zu stark dispergiert wird, wird die Partikelgröße stark reduziert und die Viskosität der Aufschlämmung wird ebenfalls erhöht.

(2) die Viskosität wird reduziert

① Die Viskosität der positiven Aufschlämmung nimmt ab. Einer der Gründe dafür ist, dass das adhäsive Kolloid seinen Charakter ändert. Es gibt viele Gründe für die Änderung, wie zum Beispiel starke Scherkräfte während des Slurry-Transfers, qualitative Änderung der Wasseraufnahme durch Bindemittel, Gefügeveränderung und Abbau von sich selbst beim Mischprozess. Der zweite Grund ist, dass das ungleichmäßige Rühren und Dispergieren zu einer großflächigen Ablagerung von Feststoffen in der Aufschlämmung führt. Der dritte Grund besteht darin, dass der Klebstoff während des Rührvorgangs starken Scherkräften und Reibung von Ausrüstung und lebendem Material ausgesetzt ist und sich seine Eigenschaften bei hoher Temperatur ändern, was zu einer Abnahme der Viskosität führt.

Die Viskosität der negativen Aufschlämmung nimmt ab. Einer der Gründe ist, dass in CMC Verunreinigungen eingemischt sind. Die meisten Verunreinigungen in CMC sind unlösliche Polymerharze. Wenn CMC mit Calcium und Magnesium mischbar ist, wird seine Viskosität verringert. Der zweite Grund ist Natriumhydroxymethylcellulose, die hauptsächlich die Kombination von C/O ist. Die Haftfestigkeit ist sehr schwach und wird durch Scherkräfte leicht zerstört. Bei zu hoher Rührgeschwindigkeit oder zu langer Rührzeit kann die Struktur von CMC zerstört werden. CMC spielt eine verdickende und stabilisierende Rolle in der negativen Aufschlämmung und spielt eine wichtige Rolle bei der Dispergierung von Rohstoffen. Sobald seine Struktur zerstört ist, führt es unweigerlich zu einer Absetzung der Aufschlämmung und einer Verringerung der Viskosität. Der dritte Grund ist die Zerstörung des SBR-Bindemittels. In der eigentlichen Produktion werden CMC und SBR normalerweise ausgewählt, um zusammenzuarbeiten, und ihre Rollen sind unterschiedlich. SBR spielt hauptsächlich die Rolle des Bindemittels, neigt jedoch bei längerem Rühren zur Demulgierung, was zu einem Versagen der Bindung und einer Verringerung der Viskosität der Aufschlämmung führt.

(3) Besondere Umstände (geleeförmiges rechtzeitiges Hoch und Tief)

Bei der Herstellung von Positivpaste verwandelt sich die Paste manchmal in Gelee. Dafür gibt es zwei Hauptgründe: erstens Wasser. Da die Feuchtigkeitsaufnahme von lebenden Substanzen und die Feuchtigkeitsregulierung im Mischprozess nicht gut sind, ist die Feuchtigkeitsaufnahme der Rohstoffe oder die Feuchtigkeit der Mischumgebung hoch, was zu einer Wasseraufnahme von PVDF zu Gelee führt. Zweitens der pH-Wert der Aufschlämmung oder des Materials. Je höher der pH-Wert ist, desto strenger ist die Feuchtigkeitskontrolle, insbesondere das Mischen von hochnickelhaltigen Materialien wie NCA und NCM811.

Die Viskosität der Aufschlämmung schwankt, einer der Gründe kann darin liegen, dass die Aufschlämmung im Testverfahren nicht vollständig stabilisiert wird und die Viskosität der Aufschlämmung stark von der Temperatur beeinflusst wird. Insbesondere nach dem Dispergieren mit hoher Geschwindigkeit gibt es einen gewissen Temperaturgradienten bei der Innentemperatur der Aufschlämmung, und die Viskosität verschiedener Proben ist nicht gleich. Der zweite Grund ist eine schlechte Dispersion der Aufschlämmung, lebendes Material, Bindemittel, leitfähiges Mittel ist keine gute Dispersion, Aufschlämmung hat keine gute Fließfähigkeit, die natürliche Viskosität der Aufschlämmung ist hoch oder niedrig.

2. Güllegröße

Nachdem die Aufschlämmung kombiniert wurde, ist es notwendig, ihre Partikelgröße zu messen, und das Verfahren zur Partikelgrößenmessung ist normalerweise das Schaberverfahren. Die Partikelgröße ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung der Slurry-Qualität. Die Partikelgröße hat einen wichtigen Einfluss auf den Beschichtungsprozess, Walzprozess und die Batterieleistung. Theoretisch gilt, je kleiner die Aufschlämmungsgröße ist, desto besser. Wenn die Partikelgröße zu groß ist, wird die Stabilität der Aufschlämmung beeinträchtigt, die Sedimentation und die Konsistenz der Aufschlämmung ist schlecht. Bei der Extrusionsbeschichtung bildet sich Blockmaterial, das nach dem Lochfraß poltrocken ist, was zu Problemen mit der Polqualität führt. Im folgenden Walzprozess kommt es aufgrund der ungleichmäßigen Belastung im Bereich der schlechten Beschichtung leicht zu Polbrüchen und lokalen Mikrorissen, die der Zyklenleistung, Verhältnisleistung und Sicherheitsleistung der Batterie großen Schaden zufügen.

Positive und negative Wirkstoffe, Klebstoffe, Leitmittel und andere Hauptmaterialien haben unterschiedliche Partikelgrößen und -dichten. Beim Rühren gibt es Mischen, Extrudieren, Reibung, Agglomeration und andere verschiedene Kontaktmodi. In den Phasen, in denen Rohstoffe allmählich gemischt, durch Lösungsmittel benetzt werden, große Materialien brechen und allmählich zur Stabilität neigen, kommt es zu einer ungleichmäßigen Materialmischung, einer schlechten Klebstoffauflösung, einer starken Agglomeration feiner Partikel, Veränderungen der Klebstoffeigenschaften und anderen Bedingungen, die zur Bildung großer Partikel führen.

Sobald wir verstehen, was die Partikel verursacht, müssen wir diese Probleme mit geeigneten Medikamenten angehen. Was das Trockenpulvermischen von Materialien angeht, denke ich persönlich, dass die Mischergeschwindigkeit wenig Einfluss auf den Grad der Trockenpulvermischung hat, aber sie brauchen genug Zeit, um die Gleichmäßigkeit der Trockenpulvermischung zu gewährleisten. Jetzt entscheiden sich einige Hersteller für pulverförmigen Klebstoff und andere für flüssige Lösung guten Klebstoff, zwei verschiedene Klebstoffe bestimmen den unterschiedlichen Prozess, die Verwendung von pulverförmigen Klebstoffen benötigt eine längere Zeit zum Auflösen, da sonst im Laufe der Zeit Quellung, Rückprall, Viskositätsänderung usw. auftreten Agglomeration zwischen feinen Partikeln ist unvermeidlich, aber wir sollten sicherstellen, dass genügend Reibung zwischen den Materialien vorhanden ist, damit die Agglomerationspartikel extrudiert, zerkleinert und mischfördernd erscheinen. Dies erfordert, dass wir den Feststoffgehalt in verschiedenen Stufen der Aufschlämmung kontrollieren. Ein zu niedriger Feststoffgehalt beeinflusst die Reibungsverteilung zwischen den Partikeln.

3. Feststoffgehalt der Gülle

Der Feststoffgehalt der Aufschlämmung hängt eng mit der Stabilität der Aufschlämmung zusammen, das gleiche Verfahren und die gleiche Formel, je höher der Feststoffgehalt der Aufschlämmung, desto höher die Viskosität und umgekehrt. In einem bestimmten Bereich ist die Stabilität der Aufschlämmung umso höher, je höher die Viskosität ist. Wenn wir die Batterie entwerfen, leiten wir im Allgemeinen die Dicke des Kern-Kerns von der Kapazität der Batterie auf das Design des Elektrodenblatts ab, so dass das Design des Elektrodenblatts nur von der Oberflächendichte, der Dichte der lebenden Materie und der Dicke abhängt und andere Parameter. Die Parameter des Elektrodenblechs werden durch Beschichter und Walzenpresse eingestellt, und der Feststoffgehalt der Aufschlämmung hat keinen direkten Einfluss darauf. Spielt der Feststoffgehalt der Gülle also eine geringe Rolle?

(1) Der Feststoffgehalt hat einen gewissen Einfluss auf die Verbesserung der Rühreffizienz und der Beschichtungseffizienz. Je höher der Feststoffgehalt, desto kürzer die Rührzeit, desto geringer der Lösungsmittelverbrauch, desto höher die Trocknungseffizienz der Beschichtung, was Zeit spart.

(2) Der Feststoffgehalt stellt bestimmte Anforderungen an die Ausrüstung. Schlämme mit hohem Feststoffgehalt haben einen höheren Verlust an Ausrüstung, denn je höher der Feststoffgehalt, desto stärker der Verschleiß der Ausrüstung.

(3) Die Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt ist stabiler. Die Stabilitätstestergebnisse einiger Aufschlämmungen (wie in der Abbildung unten gezeigt) zeigen, dass der TSI (Instabilitätsindex) von 1.05 beim herkömmlichen Rühren höher ist als der von 0.75 beim hochviskosen Rührprozess, so dass die Stabilität der Aufschlämmung durch hochviskose Rührverfahren ist besser als das durch herkömmliche Rührverfahren erhaltene. Die Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt beeinflusst jedoch auch ihre Fließfähigkeit, was für die Ausrüstung und Techniker des Beschichtungsprozesses eine große Herausforderung darstellt.

Das Bild

(4) Die Aufschlämmung mit hohem Feststoffgehalt kann die Dicke zwischen den Beschichtungen verringern und den Innenwiderstand der Batterie verringern.

4. Zellstoffdichte

Die Größendichte ist ein wichtiger Parameter, um die Konsistenz der Größe widerzuspiegeln. Der Streueffekt der Schlichte kann durch Testen der Schlichtedichte an verschiedenen Stellen überprüft werden. Dies wird nicht wiederholt, durch die obige Zusammenfassung glaube ich, dass wir eine gute Elektrodenpaste herstellen.