La producción y fabricación de baterías de iones de litio es un proceso estrechamente vinculado por un paso tecnológico. En general, la producción de baterías de litio incluye el proceso de fabricación de electrodos, el proceso de ensamblaje de la batería y el proceso final de inyección, precarga, formación y envejecimiento del líquido. En estas tres etapas del proceso, cada proceso se puede dividir en varios procesos clave, cada paso tendrá un gran impacto en el rendimiento final de la batería.

En la etapa de proceso, se puede subdividir en cinco procesos: preparación de pasta, recubrimiento de pasta, prensado con rodillo, corte y secado. En el proceso de ensamblaje de la batería, y de acuerdo con las diferentes especificaciones y modelos de la batería, divididos aproximadamente en bobinado, carcasa, soldadura y otros procesos. En la etapa final de inyección de líquido, que incluye inyección de líquido, escape, sellado, prellenado, formación, envejecimiento y otros procesos. El proceso de fabricación de electrodos es el contenido central de toda la fabricación de la batería de litio, que está relacionado con el rendimiento electroquímico de la batería, y la calidad de la lechada es particularmente importante.

Uno, la teoría básica de la lechada.

La lechada de electrodos de la batería de iones de litio es un tipo de fluido, generalmente se puede dividir en fluido newtoniano y fluido no newtoniano. Entre ellos, el fluido no newtoniano se puede dividir en fluido plástico de dilatación, fluido no newtoniano dependiente del tiempo, fluido pseudoplástico y fluido plástico de Bingham. El fluido newtoniano es un fluido de baja viscosidad que se deforma fácilmente bajo tensión y la tensión de corte es proporcional a la velocidad de deformación. Fluido en el que el esfuerzo cortante en cualquier punto es una función lineal de la tasa de deformación cortante. Muchos fluidos de la naturaleza son fluidos newtonianos. La mayoría de los líquidos puros como el agua y el alcohol, el aceite ligero, las soluciones de compuestos de bajo peso molecular y los gases que fluyen a baja velocidad son fluidos newtonianos.

El fluido no newtoniano se refiere al fluido que no satisface la ley experimental de viscosidad de Newton, es decir, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación cortante no es lineal. Los fluidos no newtonianos se encuentran ampliamente en la vida, la producción y la naturaleza. Las soluciones concentradas de polímeros y las suspensiones de polímeros son generalmente fluidos no newtonianos. La mayoría de los fluidos biológicos ahora se definen como fluidos no newtonianos. Los fluidos no newtonianos incluyen sangre, linfa y fluidos quísticos, así como “semifluidos” como el citoplasma.

La lechada de electrodos se compone de una variedad de materias primas con diferente gravedad específica y tamaño de partícula, y se mezcla y dispersa en fase sólido-líquido. La lechada formada es un fluido no newtoniano. La lechada de la batería de litio se puede dividir en dos tipos de lechada positiva y lechada negativa, debido al sistema de lechada (aceitosa, agua) diferente, su naturaleza variará. Sin embargo, los siguientes parámetros se pueden utilizar para determinar las propiedades de la lechada:

1. Viscosidad de la lechada

La viscosidad es una medida de la viscosidad del fluido y una expresión de la fuerza del fluido en su fenómeno de fricción interna. Cuando el líquido fluye, produce una fricción interna entre sus moléculas, lo que se denomina viscosidad del líquido. La viscosidad se expresa por viscosidad, que se utiliza para caracterizar el factor de resistencia relacionado con las propiedades del líquido. La viscosidad se divide en viscosidad dinámica y viscosidad condicional.

La viscosidad se define como un par de placas paralelas, área A, Dr Apart, llenas de A líquido. Ahora aplique un empuje F a la placa superior para producir un cambio de velocidad DU. Debido a que la viscosidad del líquido transfiere esta fuerza capa por capa, cada capa de líquido también se mueve en consecuencia, formando un gradiente de velocidad du / Dr, llamado tasa de corte, representado por R ‘. F / A se llama esfuerzo cortante, expresado como τ. La relación entre la velocidad de corte y el esfuerzo de corte es la siguiente:

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

El fluido newtoniano se ajusta a la fórmula de Newton, la viscosidad solo está relacionada con la temperatura, no con la velocidad de corte, τ es proporcional a D.

Los fluidos no newtonianos no se ajustan a la fórmula de Newton τ / D = f (D). La viscosidad a un τ / D dado es ηa, que se denomina viscosidad aparente. La viscosidad de los líquidos no newtonianos depende no solo de la temperatura, sino también de la velocidad de cizallamiento, el tiempo y el adelgazamiento o espesamiento por cizallamiento.

2. Propiedades de la lechada

La lechada es un fluido no newtoniano, que es una mezcla sólido-líquido. Para cumplir con los requisitos del proceso de recubrimiento posterior, la lechada debe tener las siguientes tres características:

① Buena liquidez. La fluidez se puede observar agitando la lechada y dejándola fluir naturalmente. Buena continuidad, apagados y apagados continuos significa buena liquidez. La fluidez está relacionada con el contenido de sólidos y la viscosidad de la lechada,

(2) nivelación. La suavidad de la lechada afecta la planitud y uniformidad del recubrimiento.

③ Reología. La reología se refiere a las características de deformación de la lechada en flujo y sus propiedades afectan la calidad de la lámina polar.

3. Slurry dispersion foundation

Fabricación de electrodos de batería de iones de litio, pasta de cátodo por adhesivo, agente conductor, composición de material de cátodo; La pasta negativa se compone de adhesivo, polvo de grafito, etc. La preparación de purines positivos y negativos incluye una serie de procesos tecnológicos, como mezclar, disolver y dispersar entre líquidos y líquidos, materiales líquidos y sólidos, y va acompañada de cambios de temperatura, viscosidad y ambiente en este proceso. El proceso de mezcla y dispersión de la suspensión de la batería de iones de litio se puede dividir en un proceso de macro mezcla y un proceso de micro dispersión, que siempre van acompañados de todo el proceso de preparación de la suspensión de la batería de iones de litio. La preparación de purines generalmente pasa por las siguientes etapas:

① Dry powder mixing. Particles contact each other in the form of dots, dots, planes, and lines,

② Etapa de amasado de lodo semiseco. En esta etapa, después de que el polvo seco se mezcla uniformemente, se agrega el líquido aglutinante o el solvente y la materia prima está húmeda y fangosa. Después de la fuerte agitación del mezclador, el material se somete al cizallamiento y fricción de la fuerza mecánica, y habrá fricción interna entre las partículas. Bajo cada fuerza, las partículas de materia prima tienden a estar muy dispersas. Esta etapa tiene un efecto muy importante sobre el tamaño y la viscosidad de la lechada terminada.

③ Etapa de dilución y dispersión. Después de amasar, se añadió lentamente disolvente para ajustar la viscosidad de la suspensión y el contenido de sólidos. En esta etapa coexisten la dispersión y la aglomeración, para finalmente alcanzar la estabilidad. En esta etapa, la dispersión de materiales se ve afectada principalmente por la fuerza mecánica, la resistencia a la fricción entre el polvo y el líquido, la fuerza cortante de dispersión a alta velocidad y la interacción de impacto entre la lechada y la pared del contenedor.

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Análisis de parámetros que afectan las propiedades de la lechada.

Es un índice importante para asegurar la consistencia de la batería en el proceso de producción de la batería que la lechada debe tener una buena estabilidad. Con el final de la lechada combinada, el mezclado se detiene, aparecerá la lechada de sedimentación, floculación y otros fenómenos, dando como resultado partículas de gran tamaño, que tendrán un mayor impacto en el posterior recubrimiento y otros procesos. Los principales parámetros de estabilidad de la lechada son la fluidez, la viscosidad, el contenido de sólidos y la densidad.

1. Viscosidad de la lechada

La viscosidad estable y apropiada de la pasta de electrodos es muy importante para el proceso de recubrimiento de la hoja de electrodos. La viscosidad es demasiado alta o demasiado baja no favorece el revestimiento de la pieza polar, la suspensión con alta viscosidad no es fácil de precipitar y la dispersión será mejor, pero la alta viscosidad no favorece el efecto de nivelación, no favorece el revestimiento; La viscosidad demasiado baja no es buena, la viscosidad es baja, aunque el flujo de la lechada es buena, pero es difícil de secar, reduce la eficiencia de secado del revestimiento, el agrietamiento del revestimiento, la aglomeración de partículas de la lechada, la consistencia de la densidad de la superficie no es buena.

El problema que ocurre a menudo en nuestro proceso de producción es el cambio de viscosidad, y el “cambio” aquí se puede dividir en cambio instantáneo y cambio estático. El cambio transitorio se refiere al cambio drástico en el proceso de prueba de viscosidad y el cambio estático se refiere al cambio de viscosidad después de un período de tiempo. La viscosidad varía de alta a baja, de alta a baja. En términos generales, los principales factores que afectan la viscosidad de la lechada son la velocidad de mezcla de la lechada, el control del tiempo, el orden de los ingredientes, la temperatura y humedad ambiental, etc. Hay muchos factores, cuando nos encontramos con un cambio de viscosidad debería ser ¿cómo analizarlo y resolverlo? La viscosidad de la suspensión está determinada esencialmente por el aglutinante. Imagínese que sin el aglutinante PVDF / CMC / SBR (FIG. 2, 3), o si el aglutinante no combina bien la materia viva, ¿la materia viva sólida y el agente conductor formarán un fluido no newtoniano con recubrimiento uniforme? ¡No lo hagas! Por lo tanto, para analizar y resolver el motivo del cambio de viscosidad de la suspensión, debemos partir de la naturaleza del aglutinante y del grado de dispersión de la suspensión.

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HIGO. 2. Estructura molecular de PVDF

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Figura 3. Fórmula molecular de CMC

(1) la viscosidad aumenta

Different slurry systems have different viscosity change rules. At present, the mainstream slurry system is positive slurry PVDF/NMP oily system, and negative slurry is graphite /CMC/SBR aqueous system.

① La viscosidad de la lechada positiva aumenta después de un período de tiempo. Una razón (colocación por poco tiempo) es que la velocidad de mezcla de la suspensión es demasiado rápida, el aglutinante no se disuelve completamente y el polvo de PVDF se disuelve completamente después de un período de tiempo y la viscosidad aumenta. En términos generales, el PVDF necesita al menos 3 horas para disolverse por completo, no importa qué tan rápido la velocidad de agitación no pueda cambiar este factor de influencia, la llamada “prisa genera desperdicio”. La segunda razón (mucho tiempo) es que en el proceso de reposo de la suspensión, el coloide cambia del estado de sol al estado de gel. En este momento, si se homogeneiza a baja velocidad, se puede restaurar su viscosidad. La tercera razón es que se forma una estructura especial entre el coloide y el material vivo y las partículas del agente conductor. Este estado es irreversible y la viscosidad de la suspensión no se puede restaurar después de aumentar.

La viscosidad de la lechada negativa aumenta. La viscosidad de la suspensión negativa se debe principalmente a la destrucción de la estructura molecular del aglutinante, y la viscosidad de la suspensión se incrementa después de la oxidación de la fractura de la cadena molecular. Si el material se dispersa excesivamente, el tamaño de partícula se reducirá en gran medida y también aumentará la viscosidad de la suspensión.

(2) la viscosidad se reduce

① La viscosidad de la lechada positiva disminuye. Una de las razones, el coloide adhesivo cambia de carácter. Hay muchas razones para el cambio, como una fuerte fuerza de cizallamiento durante la transferencia de la lechada, el cambio cualitativo de la absorción de agua por el aglutinante, el cambio estructural y la degradación de sí mismo en el proceso de mezclado. La segunda razón es que la agitación y la dispersión desiguales conducen a la sedimentación de grandes áreas de materiales sólidos en la suspensión. La tercera razón es que en el proceso de agitación, el adhesivo se somete a una fuerte fuerza de cizallamiento y fricción del equipo y el material vivo, y cambios en las propiedades a alta temperatura, lo que resulta en una disminución de la viscosidad.

La viscosidad de la lechada negativa disminuye. Una de las razones es que hay impurezas mezcladas en CMC. La mayoría de las impurezas en CMC son resinas poliméricas insolubles. Cuando la CMC es miscible con calcio y magnesio, su viscosidad se reducirá. La segunda razón es la hidroximetilcelulosa de sodio, que es principalmente la combinación de C / O. La fuerza de unión es muy débil y se destruye fácilmente por la fuerza de corte. Cuando la velocidad de agitación es demasiado rápida o el tiempo de agitación es demasiado largo, la estructura de CMC puede destruirse. La CMC juega un papel espesante y estabilizador en la lechada negativa y juega un papel importante en la dispersión de materias primas. Una vez que se destruye su estructura, inevitablemente provocará la sedimentación de la lechada y la reducción de la viscosidad. La tercera razón es la destrucción del aglutinante SBR. En la producción real, CMC y SBR generalmente se seleccionan para trabajar juntos y sus roles son diferentes. El SBR juega principalmente el papel de aglutinante, pero es propenso a la demulsificación bajo agitación prolongada, lo que resulta en fallas de unión y reducción de la viscosidad de la lechada.

(3) Circunstancias especiales (altas y bajas oportunas en forma de gelatina)

En el proceso de preparación de la pasta positiva, la pasta a veces se convierte en gelatina. Hay dos razones principales para esto: primero, el agua. Teniendo en cuenta que la absorción de humedad de las sustancias vivas y el control de la humedad en el proceso de mezcla no son buenos, la absorción de humedad de las materias primas o la humedad del ambiente de mezcla es alta, lo que resulta en la absorción de agua por PVDF en gelatina. En segundo lugar, el valor de pH de la lechada o el material. Cuanto más alto es el valor de pH, el control de la humedad es más estricto, especialmente la mezcla de materiales con alto contenido de níquel como NCA y NCM811.

La viscosidad de la lechada fluctúa, una de las razones puede ser que la lechada no se estabilice completamente en el proceso de prueba y la viscosidad de la lechada se ve muy afectada por la temperatura. Especialmente después de dispersarse a alta velocidad, existe un cierto gradiente de temperatura en la temperatura interna de la suspensión y la viscosidad de diferentes muestras no es la misma. La segunda razón es la mala dispersión de la lechada, material vivo, aglutinante, el agente conductor no es una buena dispersión, la lechada no tiene buena fluidez, la viscosidad natural de la lechada es alta o baja.

2. Tamaño de la lechada

Una vez combinada la lechada, es necesario medir su tamaño de partícula, y el método de medición del tamaño de partícula suele ser el método de raspado. El tamaño de las partículas es un parámetro importante para caracterizar la calidad de la lechada. El tamaño de las partículas tiene una influencia importante en el proceso de recubrimiento, el proceso de laminación y el rendimiento de la batería. En teoría, cuanto menor sea el tamaño de la suspensión, mejor. Cuando el tamaño de partícula es demasiado grande, la estabilidad de la suspensión se verá afectada, la sedimentación y la consistencia de la suspensión es deficiente. En el proceso de recubrimiento por extrusión, habrá material de bloqueo, poste seco después de la picadura, lo que resultará en problemas de calidad de poste. En el siguiente proceso de laminación, debido a la tensión desigual en el área de revestimiento defectuoso, es fácil causar la rotura del poste y microgrietas locales, que causarán un gran daño al rendimiento del ciclo, el rendimiento de la relación y el rendimiento de seguridad de la batería.

Las sustancias activas positivas y negativas, los adhesivos, los agentes conductores y otros materiales principales tienen diferentes tamaños y densidades de partículas. En el proceso de agitación, habrá mezcla, extrusión, fricción, aglomeración y otros modos de contacto diferentes. En las etapas en las que las materias primas se mezclan gradualmente, se humedecen con solvente, el material grande se rompe y tiende gradualmente a la estabilidad, habrá una mezcla desigual del material, una mala disolución del adhesivo, una aglomeración grave de partículas finas, cambios en las propiedades adhesivas y otras condiciones, que harán conducir a la generación de partículas grandes.

Una vez que entendemos qué causa la aparición de las partículas, debemos abordar estos problemas con los medicamentos adecuados. En cuanto a la mezcla de materiales en polvo seco, personalmente creo que la velocidad del mezclador tiene poca influencia en el grado de mezcla de polvo seco, pero necesitan suficiente tiempo para garantizar la uniformidad de la mezcla de polvo seco. Ahora algunos fabricantes eligen adhesivo en polvo y otros eligen una solución líquida con buen adhesivo, dos adhesivos diferentes determinan el proceso diferente, el uso de adhesivo en polvo necesita más tiempo para disolverse, de lo contrario, al final aparecerá hinchazón, rebote, cambio de viscosidad, etc. La aglomeración entre partículas finas es inevitable, pero debemos asegurarnos de que haya suficiente fricción entre los materiales para permitir que las partículas de aglomeración aparezcan extrusión, trituración, propicias para la mezcla. Esto requiere que controlemos el contenido de sólidos en diferentes etapas de la lechada, un contenido de sólidos demasiado bajo afectará la dispersión por fricción entre las partículas.

3. Contenido sólido de la lechada

El contenido de sólidos de la lechada está estrechamente relacionado con la estabilidad de la lechada, el mismo proceso y fórmula, cuanto mayor es el contenido de sólidos de la lechada, mayor es la viscosidad y viceversa. En un cierto rango, cuanto mayor es la viscosidad, mayor es la estabilidad de la lechada. Cuando diseñamos la batería, generalmente deducimos el grosor del núcleo a partir de la capacidad de la batería hasta el diseño de la hoja del electrodo, por lo que el diseño de la hoja del electrodo solo está relacionado con la densidad de la superficie, la densidad de la materia viva, el grosor y otros parámetros. Los parámetros de la hoja del electrodo se ajustan mediante un revestidor y una prensa de rodillo, y el contenido sólido de la lechada no tiene influencia directa sobre él. Entonces, ¿importa poco el nivel de contenido sólido de la lechada?

(1) Solid content has a certain influence on improving the stirring efficiency and coating efficiency. The higher the solid content, the shorter the stirring time, the less solvent consumption, the higher the coating drying efficiency, saving time.

(2) El contenido sólido tiene ciertos requisitos para el equipo. La lechada con alto contenido de sólidos tiene una mayor pérdida para el equipo, porque cuanto mayor es el contenido de sólidos, más grave es el desgaste del equipo.

(3) La lechada con alto contenido de sólidos es más estable. Los resultados de la prueba de estabilidad de alguna lechada (como se muestra en la figura siguiente) muestran que el TSI (índice de inestabilidad) de 1.05 en agitación convencional es mayor que el de 0.75 en el proceso de agitación de alta viscosidad, por lo que la estabilidad de la lechada obtenida por alta viscosidad El proceso de agitación es mejor que el obtenido mediante el proceso de agitación convencional. Pero la lechada con alto contenido de sólidos también afectará su fluidez, lo cual es un gran desafío para los equipos y técnicos del proceso de recubrimiento.

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(4) La lechada con alto contenido de sólidos puede reducir el espesor entre los revestimientos y reducir la resistencia interna de la batería.

4. Pulp density

The density of size is an important parameter to reflect the consistency of size. The dispersion effect of size can be verified by testing the density of size at different positions. In this will not be repeated, through the above summary, I believe that we prepare a good electrode paste.