Litiumioniakun valmistus ja valmistus on prosessi, joka liittyy läheisesti yhteen tekniseen vaiheeseen. Kokonaisuutena litiumakun tuotanto sisältää elektrodien valmistusprosessin, akun kokoonpanoprosessin ja lopullisen nesteen ruiskutuksen, esilatauksen, muodostus- ja vanhentamisprosessin. Näissä kolmessa prosessin vaiheessa jokainen prosessi voidaan jakaa useisiin avainprosesseihin, jokaisella vaiheella on suuri vaikutus akun lopulliseen suorituskykyyn.

Prosessivaiheessa se voidaan jakaa viiteen prosessiin: tahnan valmistus, tahnan pinnoitus, telapuristus, leikkaus ja kuivaus. Akun kokoonpanoprosessissa ja eri akkueritelmien ja -mallien mukaan karkeasti jaettu käämitykseen, kuoreen, hitsaukseen ja muihin prosesseihin. Nesteen ruiskutuksen viimeisessä vaiheessa, mukaan lukien nesteen ruiskutus, poisto, sulkeminen, esitäyttö, muodostus, vanhentaminen ja muut prosessit. Elektrodien valmistusprosessi on koko litiumakun valmistuksen ydinsisältö, mikä liittyy akun sähkökemialliseen suorituskykyyn, ja lietteen laatu on erityisen tärkeä.

Ensimmäinen, lietteen perusteoria

Litiumioniakun elektrodiliete on eräänlainen neste, joka voidaan yleensä jakaa newtonilaiseen nesteeseen ja ei-newtonilaiseen nesteeseen. Niistä ei-newtonilainen neste voidaan jakaa laajentuvaan muovinesteeseen, ajasta riippuvaiseen ei-newtoniseen nesteeseen, pseudoplastiseen nesteeseen ja bingham-muovinesteeseen. Newton-neste on matalaviskositeettinen neste, joka on helppo muuttaa muotoaan jännityksen alaisena ja leikkausjännitys on verrannollinen muodonmuutosnopeuteen. Neste, jossa leikkausjännitys missä tahansa kohdassa on lineaarinen funktio leikkausmuodonmuutoksen nopeudesta. Monet luonnossa olevat nesteet ovat Newtonin nesteitä. Useimmat puhtaat nesteet, kuten vesi ja alkoholi, kevyt öljy, pienimolekyyliset yhdisteliuokset ja hitaalla nopeudella virtaavat kaasut ovat newtonilaisia ​​nesteitä.

Ei-newtonilainen neste tarkoittaa nestettä, joka ei täytä Newtonin kokeellista viskositeettilakia, eli leikkausjännityksen ja leikkausvenymänopeuden välinen suhde ei ole lineaarinen. Ei-newtonilaisia ​​nesteitä löytyy laajalti elämästä, tuotannosta ja luonnosta. Polymeerikonsentroidut liuokset ja polymeerisuspensiot ovat yleensä ei-newtonilaisia ​​nesteitä. Useimmat biologiset nesteet määritellään nyt ei-newtonilaisiksi nesteiksi. Ei-newtonilaisia ​​nesteitä ovat veri, imusolmukkeet ja kystiset nesteet sekä “puolinesteet”, kuten sytoplasma.

Elektrodiliete koostuu useista raaka-aineista, joilla on erilainen ominaispaino ja hiukkaskoko, ja se sekoitetaan ja dispergoidaan kiinteässä nestefaasissa. Muodostunut liete on ei-newtonilaista nestettä. Litium-akkuliete voidaan jakaa kahteen tyyppiin positiiviseen ja negatiiviseen lietteeseen, koska lietejärjestelmä (öljyinen, vesi) on erilainen, sen luonne vaihtelee. Seuraavia parametreja voidaan kuitenkin käyttää lietteen ominaisuuksien määrittämiseen:

1. Lietteen viskositeetti

Viskositeetti on nesteen viskositeetin mitta ja nestevoiman ilmaus sen sisäisessä kitkailmiössä. Kun neste virtaa, se tuottaa sisäistä kitkaa molekyyliensä välille, jota kutsutaan nesteen viskositeetiksi. Viskositeetti ilmaistaan ​​viskositeetilla, jota käytetään karakterisoimaan nesteen ominaisuuksiin liittyvää vastustekijää. Viskositeetti jaetaan dynaamiseen viskositeettiin ja ehdolliseen viskositeettiin.

Viscosity is defined as A pair of parallel plates, area A, Dr Apart, filled with A liquid. Now apply a thrust F to the upper plate to produce a velocity change DU. Because the viscosity of the liquid transfers this force layer by layer, each layer of liquid also moves accordingly, forming a velocity gradient du/ Dr, called shear rate, represented by R ‘. F/A is called shear stress, expressed as τ. The relationship between shear rate and shear stress is as follows:

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

Newtonin neste noudattaa Newtonin kaavaa, viskositeetti liittyy vain lämpötilaan, ei leikkausnopeuteen, τ on verrannollinen D:hen.

Ei-newtonilaiset nesteet eivät ole Newtonin kaavan τ/D=f(D) mukaisia. Viskositeetti tietyllä τ/D:llä on ηa, jota kutsutaan näennäisviskositeetiksi. Ei-newtonilaisten nesteiden viskositeetti ei riipu pelkästään lämpötilasta, vaan myös leikkausnopeudesta, ajasta ja leikkausohenemisesta tai leikkauspaksumisesta.

2. Lietteen ominaisuudet

Slurry on ei-newtonilainen neste, joka on kiinteä-neste-seos. Täyttääkseen myöhemmän pinnoitusprosessin vaatimukset lietteellä on oltava seuraavat kolme ominaisuutta:

① Hyvä likviditeetti. Sujuvuus voidaan havaita sekoittamalla lietettä ja antamalla sen virrata luonnollisesti. Hyvä jatkuvuus, jatkuva sammutus ja sammutus tarkoittaa hyvää likviditeettiä. Sujuvuus liittyy lietteen kiintoainepitoisuuteen ja viskositeettiin,

(2) tasoitus. Lietteen sileys vaikuttaa pinnoitteen tasaisuuteen ja tasaisuuteen.

③ Reologia. Reologialla tarkoitetaan lietteen muodonmuutosominaisuuksia virtauksessa ja sen ominaisuudet vaikuttavat napalevyn laatuun.

3. Slurry dispersio perusta

Litiumioniakun elektrodien valmistus, katodipasta liimalla, johtava aine, katodimateriaalin koostumus; Negatiivinen tahna koostuu liimasta, grafiittijauheesta ja niin edelleen. Positiivisen ja negatiivisen lietteen valmistus sisältää joukon teknologisia prosesseja, kuten sekoittamisen, liuottamisen ja dispergoinnin nesteen ja nesteen, nestemäisten ja kiinteiden aineiden välillä, ja siihen liittyy lämpötilan, viskositeetin ja ympäristön muutoksia tässä prosessissa. Litium-ioniakkulietteen sekoitus- ja dispergointiprosessi voidaan jakaa makrosekoitusprosessiin ja mikrodispersioprosessiin, joihin liittyy aina koko litiumioniakkulietteen valmistusprosessi. Lietteen valmistus tapahtuu yleensä seuraavien vaiheiden läpi:

① Kuivajauhesekoitus. Hiukkaset koskettavat toisiaan pisteiden, pisteiden, tasojen ja viivojen muodossa,

② Puolikuiva mudan vaivausvaihe. Tässä vaiheessa, kun kuivajauhe on sekoitettu tasaisesti, sideaineneste tai liuotin lisätään ja raaka-aine on märkä ja mutainen. Sekoittimen voimakkaan sekoittamisen jälkeen materiaali joutuu mekaanisen voiman leikkaus- ja kitkavoimaan, jolloin hiukkasten välillä syntyy sisäistä kitkaa. Jokaisen voiman alaisena raaka-ainehiukkaset ovat yleensä hyvin hajallaan. Tällä vaiheella on erittäin tärkeä vaikutus valmiin lietteen kokoon ja viskositeettiin.

③ Laimennus- ja dispergointivaihe. Vaivaamisen jälkeen liuotin lisättiin hitaasti lietteen viskositeetin ja kiintoainepitoisuuden säätämiseksi. Tässä vaiheessa dispersio ja agglomeroituminen esiintyvät rinnakkain ja saavuttavat lopulta stabiilisuuden. Tässä vaiheessa materiaalien leviämiseen vaikuttavat pääasiassa mekaaninen voima, jauheen ja nesteen välinen kitkavastus, nopea dispersion leikkausvoima sekä lietteen ja säiliön seinämän välinen iskuvuorovaikutus.

Kuva

Lietteen ominaisuuksiin vaikuttavien parametrien analyysi

Tärkeä indeksi akun johdonmukaisuuden varmistamiseksi akun valmistusprosessissa on, että lietteen tulee olla hyvä stabiilisuus. Yhdistetyn lietteen loppuessa sekoitus pysähtyy, lietteeseen tulee laskeutumista, flokkulaatiota ja muita ilmiöitä, mikä johtaa suuriin hiukkasiin, joilla on suurempi vaikutus myöhempään pinnoitukseen ja muihin prosesseihin. Lietteen stabiilisuuden pääparametrit ovat juoksevuus, viskositeetti, kiintoainepitoisuus ja tiheys.

1. Lietteen viskositeetti

Elektrodipastan vakaa ja sopiva viskositeetti on erittäin tärkeä elektrodilevyn päällystysprosessille. Liian korkea tai liian alhainen viskositeetti ei edistä polaarisen kappaleen pinnoittamista, suuren viskositeetin omaavaa lietettä ei ole helppo saostaa ja dispersio on parempi, mutta korkea viskositeetti ei edistä tasoitusvaikutusta, ei edistä pinnoitusta; Liian alhainen viskositeetti ei ole hyvä, viskositeetti on alhainen, vaikka lietteen virtaus on hyvä, mutta sitä on vaikea kuivua, heikentää pinnoitteen kuivumistehokkuutta, pinnoitteen halkeilua, lietehiukkasten agglomeraatiota, pintatiheyden konsistenssi ei ole hyvä.

Tuotantoprosessissamme usein esiintyvä ongelma on viskositeetin muutos, ja tässä “muutos” voidaan jakaa hetkelliseen muutokseen ja staattiseen muutokseen. Ohimenevä muutos viittaa viskositeetin testausprosessin dramaattiseen muutokseen, ja staattinen muutos viittaa viskositeetin muutoksiin tietyn ajan kuluttua. Viskositeetti vaihtelee korkeasta matalaan, korkeasta matalaan. Yleisesti ottaen tärkeimmät lietteen viskositeettiin vaikuttavat tekijät ovat lietteen sekoitusnopeus, ajanhallinta, ainesosien järjestys, ympäristön lämpötila ja kosteus jne. On monia tekijöitä, kun kohtaamme viskositeetin muutoksen pitäisi olla kuinka analysoida ja ratkaista se? Lietteen viskositeetin määrää olennaisesti sideaine. Kuvittele, että ilman sideainetta PVDF/CMC/SBR (KUVA 2, 3) tai jos sideaine ei yhdistä elävää ainetta hyvin, muodostavatko kiinteä elävä aine ja johtava aine ei-newtonilaisen nesteen, jolla on tasainen pinnoite? Älä! Siksi lietteen viskositeetin muutoksen syyn analysoimiseksi ja ratkaisemiseksi on lähdettävä sideaineen ja lietteen dispersioasteen luonteesta.

Kuva

KUVA. 2. PVDF:n molekyylirakenne

Kuva

Kuva 3. CMC:n molekyylikaava

(1) viskositeetti kasvaa

Eri lietejärjestelmillä on erilaiset viskositeetin muutossäännöt. Tällä hetkellä päävirran lietejärjestelmä on positiivinen liete PVDF/NMP öljyinen järjestelmä ja negatiivinen liete on grafiitti/CMC/SBR vesipitoinen järjestelmä.

① Positiivisen lietteen viskositeetti kasvaa tietyn ajan kuluttua. Yksi syy (lyhytaikainen sijoitus) on se, että lietteen sekoitusnopeus on liian nopea, sideaine ei ole täysin liuennut ja PVDF-jauhe on täysin liuennut tietyn ajan kuluttua ja viskositeetti kasvaa. Yleisesti ottaen PVDF tarvitsee vähintään 3 tuntia ollakseen täysin liuennut, vaikka sekoitusnopeus ei voi muuttaa tätä vaikuttavaa tekijää kuinka nopeasti tahansa, niin sanottu “kiire tekee hukkaa”. Toinen syy (pitkä aika) on se, että lietteen seisoessa kolloidi muuttuu soolitilasta geelitilaan. Tällä hetkellä, jos se homogenoidaan hitaalla nopeudella, sen viskositeetti voidaan palauttaa. Kolmas syy on se, että kolloidin ja elävän materiaalin sekä johtavan aineen hiukkasten välille muodostuu erityinen rakenne. Tämä tila on peruuttamaton, eikä lietteen viskositeettia voida palauttaa lisäämisen jälkeen.

Negatiivisen lietteen viskositeetti kasvaa. Negatiivisen lietteen viskositeetti johtuu pääasiassa sideaineen molekyylirakenteen tuhoutumisesta, ja lietteen viskositeetti kasvaa molekyyliketjun murtuman hapettumisen jälkeen. Jos materiaalia dispergoituu liikaa, hiukkaskoko pienenee huomattavasti ja lietteen viskositeetti myös kasvaa.

(2) viskositeetti pienenee

① Positiivisen lietteen viskositeetti laskee. Yksi syistä liimakolloidi muuttaa luonnetta. Muutoksille on monia syitä, kuten voimakas leikkausvoima lietteen siirron aikana, laadullinen muutos sideaineen veden imeytymisessä, rakennemuutos ja itsensä hajoaminen sekoitusprosessissa. Toinen syy on se, että epätasainen sekoitus ja dispergointi johtaa kiinteiden aineiden suureen pinta-alaan laskeutumiseen lietteeseen. Kolmas syy on se, että liima altistuu sekoituksen aikana voimakkaalle leikkausvoimalle ja laitteiden ja elävän materiaalin kitkalle sekä ominaisuuksien muutoksille korkeassa lämpötilassa, mikä johtaa viskositeetin laskuun.

Negatiivisen lietteen viskositeetti pienenee. Yksi syy on se, että CMC:ssä on epäpuhtauksia. Suurin osa CMC:n epäpuhtauksista on liukenematonta polymeerihartsia. Kun CMC sekoittuu kalsiumin ja magnesiumin kanssa, sen viskositeetti pienenee. Toinen syy on natriumhydroksimetyyliselluloosa, joka on pääasiassa C/O:n yhdistelmä. Sidoslujuus on erittäin heikko ja se tuhoutuu helposti leikkausvoiman vaikutuksesta. Kun sekoitusnopeus on liian nopea tai sekoitusaika liian pitkä, CMC:n rakenne voi tuhoutua. CMC:llä on sakeuttaja ja stabiloiva rooli negatiivisessa lietteessä ja tärkeä rooli raaka-aineiden dispergoinnissa. Kun sen rakenne on tuhoutunut, se aiheuttaa väistämättä lietteen laskeutumista ja viskositeetin laskua. Kolmas syy on SBR-sideaineen tuhoutuminen. Varsinaisessa tuotannossa CMC ja SBR valitaan yleensä toimimaan yhdessä, ja niiden roolit ovat erilaiset. SBR toimii pääasiassa sideaineena, mutta se on altis demulsifikaatiolle pitkäaikaisessa sekoittamisessa, mikä johtaa sidosten rikkoutumiseen ja lietteen viskositeetin laskuun.

(3) Erikoisolosuhteet (hyytelömäinen oikea-aikainen korkea ja matala)

Positiivista tahnaa valmistettaessa tahna joskus muuttuu hyytelöksi. Tähän on kaksi tärkeintä syytä: ensinnäkin vesi. Ottaen huomioon, että elävien aineiden kosteuden imeytyminen ja kosteuden hallinta sekoitusprosessissa eivät ole hyviä, raaka-aineiden kosteuden imeytyminen tai sekoitusympäristön kosteus on korkea, mikä johtaa veden imeytymiseen PVDF:llä hyytelöön. Toiseksi lietteen tai materiaalin pH-arvo. Mitä korkeampi pH-arvo on, sitä tiukempaa kosteuden hallinta on, erityisesti runsaasti nikkeliä sisältävien materiaalien, kuten NCA ja NCM811, sekoittaminen.

Lietteen viskositeetti vaihtelee, yksi syy voi olla se, että liete ei ole täysin stabiloitunut testausprosessissa ja lietteen viskositeettiin vaikuttaa suuresti lämpötila. Varsinkin suurella nopeudella dispergoinnin jälkeen lietteen sisälämpötilassa on tietty lämpötilagradientti, eikä eri näytteiden viskositeetti ole sama. Toinen syy on lietteen, elävän materiaalin, sideaineen, johtavan aineen huono dispersio, lietteen huono juoksevuus, lietteen luonnollinen viskositeetti on korkea tai matala.

2. Lietteen koko

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.

Positive and negative active substances, adhesives, conductive agents and other main materials have different particle sizes and densities. In the process of stirring, there will be mixing, extrusion, friction, agglomeration and other different contact modes. In the stages of raw materials being gradually mixed, wetted by solvent, large material breaking and gradually tending to stability, there will be uneven material mixing, poor adhesive dissolution, serious agglomeration of fine particles, changes in adhesive properties and other conditions, which will lead to the generation of large particles.

Kun ymmärrämme, mikä aiheuttaa hiukkasten ilmestymisen, meidän on ratkaistava nämä ongelmat sopivilla lääkkeillä. Mitä tulee materiaalien kuivajauhesekoitukseen, olen henkilökohtaisesti sitä mieltä, että sekoittimen nopeudella ei ole juurikaan vaikutusta kuivajauheen sekoitusasteeseen, mutta ne tarvitsevat riittävästi aikaa varmistaakseen kuivajauheen sekoituksen tasaisuuden. Nyt jotkut valmistajat valitsevat jauhemaisen liiman ja jotkut valitsevat nestemäisen liuoksen hyvän liiman, kaksi erilaista liimaa määräävät eri prosessin, jauhemaisen liiman käyttö vaatii pidemmän ajan liukenemiseen, muuten myöhään ilmaantuu turvotusta, reboundia, viskositeetin muutosta jne. agglomeroituminen hienojen hiukkasten välillä on väistämätöntä, mutta meidän tulee varmistaa, että materiaalien välillä on tarpeeksi kitkaa, jotta agglomeraatiohiukkaset näyttävät puristuvilta, murskautuvilta, mikä edistää sekoittumista. Tämä edellyttää kiintoainepitoisuuden kontrollointia lietteen eri vaiheissa, liian alhainen kiintoainepitoisuus vaikuttaa hiukkasten väliseen kitkadispersioon.

3. Lietteen kiintoainepitoisuus

Lietteen kiintoainepitoisuus liittyy läheisesti lietteen stabiilisuuteen, sama prosessi ja kaava, mitä suurempi lietteen kiintoainepitoisuus, sitä suurempi viskositeetti ja päinvastoin. Tietyllä alueella, mitä korkeampi viskositeetti on, sitä korkeampi on lietteen stabiilisuus. Kun suunnittelemme akkua, päätämme yleensä ytimen paksuuden akun kapasiteetista elektrodilevyn suunnitteluun, joten elektrodilevyn suunnittelu liittyy vain pintatiheyteen, elävän aineen tiheyteen, paksuuteen. ja muut parametrit. Elektrodilevyn parametreja säädetään päällystimellä ja telapuristimella, eikä lietteen kiintoainepitoisuudella ole suoraa vaikutusta siihen. Eli onko lietteen kiintoainepitoisuudella vähän väliä?

(1) Kiintoainepitoisuudella on tietty vaikutus sekoitustehokkuuden ja pinnoitustehokkuuden parantamiseen. Mitä korkeampi kiintoainepitoisuus, sitä lyhyempi sekoitusaika, mitä vähemmän liuotinta kulutetaan, sitä suurempi on pinnoitteen kuivumisteho, mikä säästää aikaa.

(2) Kiintoainepitoisuudella on tiettyjä vaatimuksia laitteille. Korkean kiintoainepitoisuuden omaavalla lietteellä on suurempi häviö laitteille, koska mitä suurempi kiintoainepitoisuus on, sitä vakavampaa on laitteiden kuluminen.

(3) Suuri kiintoainepitoisuus sisältävä liete on vakaampi. Joidenkin lietteiden stabiilisuustestitulokset (kuten alla olevassa kuvassa) osoittavat, että TSI (epästabiilisuusindeksi) 1.05 tavanomaisessa sekoitusprosessissa on korkeampi kuin 0.75 korkeaviskoosisessa sekoitusprosessissa, joten lietteen stabiilisuus saadaan korkean viskositeetin avulla. sekoitusprosessi on parempi kuin tavanomaisella sekoitusprosessilla saatu. Mutta korkean kiintoainepitoisuuden omaava liete vaikuttaa myös sen juoksevuuteen, mikä on erittäin haastavaa pinnoitusprosessin laitteille ja teknikoille.

Kuva

(4) Suuri kiintoainepitoisuus sisältävä liete voi vähentää pinnoitteiden välistä paksuutta ja vähentää akun sisäistä vastusta.

4. Massan tiheys

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.