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.

Protsessi etapis saab selle jagada viieks protsessiks: pasta valmistamine, pasta katmine, rullpressimine, lõikamine ja kuivatamine. Aku kokkupanemise protsessis ja vastavalt erinevatele aku spetsifikatsioonidele ja mudelitele jagatakse need laias laastus mähis-, kesta-, keevitus- ja muudeks protsessideks. Vedeliku sissepritse viimases etapis, sealhulgas vedeliku sissepritse, väljatõmbe, tihendamise, eeltäitmise, moodustamise, vanandamise ja muude protsesside puhul. Elektroodide tootmisprotsess on kogu liitiumaku tootmise põhisisu, mis on seotud aku elektrokeemilise jõudlusega, ja eriti oluline on läga kvaliteet.

Üks, läga põhiteooria

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.

Mitte-newtoni vedelik viitab vedelikule, mis ei vasta Newtoni eksperimentaalsele viskoossuse seadusele, st nihkepinge ja nihke deformatsiooni kiiruse vaheline seos ei ole lineaarne. Mitte-newtoni vedelikke leidub elus, tootmises ja looduses laialdaselt. Polümeeridest kontsentreeritud lahused ja polümeeride suspensioonid on üldiselt mitte-Newtoni vedelikud. Enamik bioloogilisi vedelikke on nüüd määratletud kui mitte-Newtoni vedelikud. Mitte-newtoni vedelike hulka kuuluvad veri, lümf ja tsüstilised vedelikud, aga ka “poolvedelikud”, nagu tsütoplasma.

Elektroodide suspensioon koosneb erinevatest toorainetest, millel on erinev erikaal ja osakeste suurus, ning segatakse ja dispergeeritakse tahke-vedelas faasis. Moodustunud suspensioon on mitte-Newtoni vedelik. Liitiumaku läga saab jagada kahte tüüpi positiivseks lägaks ja negatiivseks lägaks, kuna lägasüsteem (õline, vesi) on erinev, on selle olemus erinev. Kuid läga omaduste määramiseks saab kasutada järgmisi parameetreid:

1. Läga viskoossus

Viskoossus on vedeliku viskoossuse mõõt ja vedeliku jõu väljendus selle sisemisel hõõrdumise nähtusel. Kui vedelik voolab, tekitab see oma molekulide vahel sisehõõrdumist, mida nimetatakse vedeliku viskoossuseks. Viskoossust väljendatakse viskoossusega, mida kasutatakse vedeliku omadustega seotud takistusteguri iseloomustamiseks. Viskoossus jaguneb dünaamiliseks viskoossuseks ja tingimuslikuks viskoossuseks.

Viskoossus on defineeritud kui paralleelsete plaatide paar, ala A, Dr Apart, täidetud vedelikuga A. Nüüd rakendage ülemisele plaadile tõukejõudu F, et tekitada kiiruse muutus DU. Kuna vedeliku viskoossus kannab seda jõudu üle kiht-kihi haaval, liigub ka iga vedelikukiht vastavalt, moodustades kiirusgradiendi du/ Dr, mida nimetatakse nihkekiiruseks, mida tähistab R’. F/A nimetatakse nihkepingeks, väljendatuna τ. Suhe nihkekiiruse ja nihkepinge vahel on järgmine:

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

Newtonian fluid conforms to Newton’s formula, viscosity is only related to temperature, not shear rate, τ is proportional to D.

Non-newtonian fluids do not conform to Newton’s formula τ/D=f(D). The viscosity at a given τ/D is ηa, which is called apparent viscosity. The viscosity of non-Newtonian liquids depends not only on temperature, but also on shear rate, time, and shear thinning or shear thickening.

2. Läga omadused

Läga on mitte-Newtoni vedelik, mis on tahke-vedeliku segu. Järgmise katmisprotsessi nõuete täitmiseks peab lägal olema kolm järgmist omadust:

① Good liquidity. Fluidity can be observed by agitating the slurry and allowing it to flow naturally. Good continuity, continuous off and off means good liquidity. Fluidity is related to the solid content and viscosity of slurry,

(2) tasandamine. Läga siledus mõjutab katte tasasust ja ühtlust.

③ Reoloogia. Reoloogia viitab läga deformatsiooniomadustele voolus ja selle omadused mõjutavad pooluslehe kvaliteeti.

3. Läga dispersioonvundament

Liitiumioonaku elektroodide tootmine, katoodpasta liimiga, juhtiv aine, katoodmaterjali koostis; Negatiivne pasta koosneb liimist, grafiidipulbrist ja nii edasi. Positiivse ja negatiivse lobri valmistamine hõlmab mitmeid tehnoloogilisi protsesse, nagu segamine, lahustamine ja dispergeerimine vedelate ja vedelate, vedelate ja tahkete materjalide vahel ning sellega kaasnevad selles protsessis temperatuuri, viskoossuse ja keskkonna muutused. Liitiumioonaku läga segamis- ja dispergeerimisprotsessi võib jagada makrosegamis- ja mikrodispersiooniprotsessiks, millega kaasneb alati kogu liitiumioonaku läga valmistamise protsess. Läga valmistamine läbib tavaliselt järgmised etapid:

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

② Poolkuiv muda sõtkumise etapp. Selles etapis, pärast kuivpulbri ühtlast segamist, lisatakse sideaine vedelik või lahusti ning tooraine on märg ja mudane. Pärast segisti tugevat segamist mõjub materjal mehaanilise jõu nihkele ja hõõrdumisele ning osakeste vahel tekib sisehõõrdumine. Iga jõu mõjul kipuvad tooraineosakesed olema tugevalt hajutatud. Sellel etapil on väga oluline mõju valmis lobri suurusele ja viskoossusele.

③ Lahjendamise ja dispergeerimise etapp. Pärast sõtkumist lisati aeglaselt lahustit, et reguleerida lobri viskoossust ja tahke aine sisaldust. Selles etapis eksisteerivad hajumine ja aglomeratsioon koos ning saavutavad lõpuks stabiilsuse. Selles etapis mõjutab materjalide hajutamist peamiselt mehaaniline jõud, pulbri ja vedeliku vaheline hõõrdetakistus, kiire dispersiooni nihkejõud ning läga ja mahuti seina vaheline kokkupõrge.

Pilt

Analysis of parameters affecting slurry properties

Aku järjepidevuse tagamiseks patareide valmistamise protsessis on oluline näitaja, et läga peaks olema hea stabiilsusega. Kombineeritud lobri lõppedes segamine peatub, läga settimine, flokulatsioon ja muud nähtused, mille tulemuseks on suured osakesed, millel on suurem mõju järgnevale katmisele ja muudele protsessidele. Läga stabiilsuse peamised parameetrid on voolavus, viskoossus, tahke aine sisaldus ja tihedus.

1. Läga viskoossus

Elektroodipasta stabiilne ja sobiv viskoossus on elektroodilehe katmisprotsessi jaoks väga oluline. Liiga kõrge või liiga madal viskoossus ei soodusta polaarset katmist, suure viskoossusega suspensiooni ei ole lihtne sadestuda ja dispersioon on parem, kuid kõrge viskoossus ei soodusta tasandusefekti, ei soodusta katmist; Liiga madal viskoossus ei ole hea, viskoossus on madal, kuigi läga vool on hea, kuid seda on raske kuivatada, vähendab katte kuivatamise efektiivsust, katte pragunemist, lägaosakeste aglomeratsiooni, pinnatiheduse konsistents ei ole hea.

Meie tootmisprotsessis sageli esinev probleem on viskoossuse muutumine ja siinkohal võib “muutuse” jagada hetkeliseks muutuseks ja staatiliseks muutuseks. Mööduv muutus viitab viskoossuse testimise protsessi drastilisele muutusele ja staatiline muutus viitab viskoossuse muutusele teatud aja möödudes. Viskoossus varieerub kõrgest madalani, kõrgest madalani. Üldiselt on põhilisteks läga viskoossust mõjutavateks teguriteks läga segamise kiirus, ajakontroll, koostisosade järjekord, keskkonna temperatuur ja niiskus jne. On palju tegureid, mille puhul viskoossuse muutus peaks olema, kuidas seda analüüsida ja lahendada? Pulbri viskoossuse määrab põhiliselt sideaine. Kujutage ette, et ilma sideaineta PVDF/CMC/SBR (joonis 2, 3) või kui sideaine ei ühenda elusainet hästi, siis kas tahke elusaine ja juhtiv aine moodustavad ühtlase kattega mitte-Newtoni vedeliku? Ära tee! Seetõttu tuleks läga viskoossuse muutumise põhjuse analüüsimisel ja lahendamisel lähtuda sideaine olemusest ja läga dispersiooniastmest.

Pilt

joonisel fig. 2. PVDF molekulaarstruktuur

Pilt

Joonis 3. CMC molekulaarvalem

(1) viskoossus suureneb

Erinevatel lägasüsteemidel on erinevad viskoossuse muutmise reeglid. Praegu on põhiline lägasüsteem PVDF/NMP õline positiivne lägasüsteem ja negatiivne suspensioon on grafiidi/CMC/SBR vesisüsteem.

① Positiivse läga viskoossus suureneb teatud aja möödudes. Üks põhjus (lühiajaline paigutus) on see, et läga segamise kiirus on liiga kiire, sideaine ei ole täielikult lahustunud ja PVDF-i pulber on teatud aja pärast täielikult lahustunud ning viskoossus suureneb. Üldiselt vajab PVDF täielikuks lahustumiseks vähemalt 3 tundi, hoolimata sellest, kui kiiresti segamiskiirus seda mõjutegurit muuta ei suuda, nn kiirustamine ajab raisku. Teine põhjus (pikk aega) seisneb selles, et läga seismise käigus muutub kolloid soololekust geeli olekusse. Sel ajal, kui seda homogeniseeritakse aeglasel kiirusel, saab selle viskoossuse taastada. Kolmas põhjus on see, et kolloidsete ja elusmaterjalide ning juhtivate aineosakeste vahele tekib eriline struktuur. See olek on pöördumatu ja läga viskoossust ei saa pärast suurendamist taastada.

The viscosity of the negative slurry increases. The viscosity of the negative slurry is mainly caused by the destruction of the molecular structure of the binder, and the viscosity of the slurry is increased after the oxidation of the molecular chain fracture. If the material is excessively dispersed, the particle size will be greatly reduced, and the viscosity of the slurry will also be increased.

(2) the viscosity is reduced

① Positiivse läga viskoossus väheneb. Üks põhjusi on liimkolloidi iseloomu muutused. Muutusel on palju põhjuseid, nagu tugev nihkejõud läga ülekandmisel, sideaine veeimavuse kvalitatiivne muutus, struktuurimuutused ja enda lagunemine segamisprotsessis. Teine põhjus on see, et ebaühtlane segamine ja hajutamine põhjustab tahkete ainete ulatuslikku settimist lägas. Kolmas põhjus seisneb selles, et liimile avaldab segamise käigus seadmete ja elusmaterjali tugev nihkejõud ja hõõrdumine ning omaduste muutused kõrgel temperatuuril, mille tulemusel viskoossus väheneb.

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) Special circumstances (jelly-shaped timely high and low)

In the process of preparing positive paste, the paste sometimes turns into jelly. There are two main reasons for this: first, water. Considering that the moisture absorption of living substances and the moisture control in the mixing process are not good, the moisture absorption of raw materials or the humidity of the mixing environment is high, resulting in the absorption of water by PVDF into jelly. Second, the pH value of slurry or material. The higher the pH value is, the control of moisture is more strict, especially the mixing of high nickel materials such as NCA and NCM811.

Läga viskoossus kõigub, üks põhjusi võib olla see, et läga ei stabiliseeru testimise käigus täielikult ning läga viskoossust mõjutab suuresti temperatuur. Eriti pärast suurel kiirusel hajutamist on läga sisetemperatuuril teatud temperatuurigradient ja erinevate proovide viskoossus ei ole sama. Teiseks põhjuseks on lobri, elusmaterjali, sideaine, elektrit juhtiva aine halb dispersioon, suspensioon ei ole hea voolavusega, läga looduslik viskoossus on kõrge või madal.

2. Size of slurry

After the slurry is combined, it is necessary to measure its particle size, and the method of particle size measurement is usually scraper method. Particle size is an important parameter to characterize the slurry quality. Particle size has an important influence on the coating process, rolling process and battery performance. Theoretically, the smaller the slurry size is, the better. When the particle size is too large, the stability of slurry will be affected, sedimentation, slurry consistency is poor. In the process of extrusion coating, there will be blocking material, pole dry after the pitting, resulting in pole quality problems. In the following rolling process, due to the uneven stress in the bad coating area, it is easy to cause pole breakage and local micro-cracks, which will cause great harm to the cycling performance, ratio performance and safety performance of the battery.

Positiivsed ja negatiivsed toimeained, liimid, juhtivad ained ja muud põhimaterjalid on erineva osakeste suuruse ja tihedusega. Segamise käigus toimub segamine, ekstrusioon, hõõrdumine, aglomeratsioon ja muud erinevad kontaktrežiimid. Toorainete järkjärgulise segamise, lahustiga niisutamise, suure materjali purunemise ja järkjärgulise stabiilsuse saavutamise etapis toimub materjalide ebaühtlane segunemine, liimi halb lahustumine, peente osakeste tõsine aglomeratsioon, muutused kleepuvusomadustes ja muudes tingimustes, mis põhjustada suurte osakeste teket.

Kui oleme aru saanud, mis põhjustab osakeste ilmumist, peame nende probleemidega tegelema sobivate ravimitega. Materjalide kuivpulbrisegamise osas arvan isiklikult, et mikseri kiirus ei mõjuta kuivpulbri segamise astet vähe, kuid need vajavad piisavalt aega, et tagada kuivpulbri segamise ühtlus. Nüüd valivad mõned tootjad pulbrilise liimi ja mõned valivad vedela lahusega hea liimi, kaks erinevat liimi määravad erineva protsessi, pulbrilise liimi kasutamine vajab lahustumiseks pikemat aega, vastasel juhul ilmnevad hiljaks turse, tagasilöögid, viskoossuse muutused jne. aglomeratsioon peenosakeste vahel on vältimatu, kuid me peaksime tagama, et materjalide vahel oleks piisavalt hõõrdumist, et aglomeratsiooniosakesed saaksid tunduda ekstrudeerituna, purustatuna, soodustades segunemist. See eeldab tahke aine sisalduse kontrollimist läga eri etappides, liiga madal tahke aine sisaldus mõjutab hõõrdumise dispersiooni osakeste vahel.

3. Läga tahke sisaldus

Läga tahke aine sisaldus on tihedalt seotud läga stabiilsusega, sama protsess ja valem, mida suurem on läga tahke aine sisaldus, seda suurem on viskoossus ja vastupidi. Teatud vahemikus, mida kõrgem on viskoossus, seda suurem on läga stabiilsus. Aku projekteerimisel tuletame südamiku paksuse üldiselt aku mahutavuse ja elektroodilehe kujunduse põhjal, nii et elektroodi lehe kujundus on seotud ainult pinnatiheduse, elusaine tiheduse ja paksusega. ja muud parameetrid. Elektroodilehe parameetreid reguleeritakse katte- ja rullpressiga ning läga tahke sisaldus ei mõjuta seda otseselt. Niisiis, kas läga tahke sisaldus on vähe oluline?

(1) Tahke aine sisaldus mõjutab segamise ja katmise tõhususe parandamist. Mida suurem on tahke aine sisaldus, seda lühem on segamisaeg, seda väiksem on lahustikulu, seda suurem on katte kuivatamise efektiivsus, säästes aega.

(2) Tahkeainesisaldusel on seadmetele teatud nõuded. Kõrge tahke sisaldusega lägal on seadmetele suurem kadu, sest mida suurem on tahke aine sisaldus, seda tõsisem on seadmete kulumine.

(3) Kõrge tahke ainesisaldusega läga on stabiilsem. Mõne läga stabiilsuskatse tulemused (nagu on näidatud alloleval joonisel) näitavad, et KTK (ebastabiilsuse indeks) 1.05 tavapärasel segamisel on kõrgem kui 0.75 kõrge viskoossusega segamisprotsessis, seega on lobri stabiilsus kõrge viskoossusega segamisprotsess on parem kui tavapärase segamisprotsessiga saavutatav. Kuid suure tahke ainesisaldusega läga mõjutab ka selle voolavust, mis on pindamisprotsessi seadmetele ja tehnikutele väga keeruline.

Pilt

(4) Kõrge tahke ainesisaldusega läga võib vähendada katete vahelist paksust ja vähendada aku sisemist takistust.

4. Tselluloosi tihedus

Suuruse tihedus on oluline parameeter suuruse järjepidevuse kajastamiseks. Suuruse dispersiooniefekti saab kontrollida, katsetades suuruse tihedust erinevates kohtades. Seda ei korrata, ülaltoodud kokkuvõtte kaudu usun, et valmistame ette hea elektroodipasta.