La production et la fabrication de batterie lithium-ion est un processus étroitement lié par une étape technologique. Dans l’ensemble, la production de batterie au lithium comprend le processus de fabrication des électrodes, le processus d’assemblage de la batterie et le processus final d’injection de liquide, de précharge, de formation et de vieillissement. Dans ces trois étapes du processus, chaque processus peut être divisé en plusieurs processus clés, chaque étape aura un impact important sur les performances finales de la batterie.

Au stade du processus, il peut être subdivisé en cinq processus : préparation de la pâte, enduction de la pâte, pressage au rouleau, découpe et séchage. Dans le processus d’assemblage de la batterie, et selon les différentes spécifications et modèles de batterie, grossièrement divisé en enroulement, coque, soudage et autres processus. Au stade final de l’injection de liquide, y compris l’injection de liquide, l’échappement, l’étanchéité, le pré-remplissage, la formation, le vieillissement et d’autres processus. Le processus de fabrication des électrodes est le contenu essentiel de toute la fabrication de la batterie au lithium, qui est lié aux performances électrochimiques de la batterie, et la qualité de la suspension est particulièrement importante.

Un, la théorie de base du lisier

La boue d’électrode de batterie au lithium-ion est une sorte de fluide, qui peut généralement être divisée en fluide newtonien et fluide non newtonien. Parmi eux, le fluide non newtonien peut être divisé en fluide plastique de dilatance, fluide non newtonien dépendant du temps, fluide pseudoplastique et fluide plastique bingham. Le fluide newtonien est un fluide à faible viscosité qui se déforme facilement sous contrainte et la contrainte de cisaillement est proportionnelle à la vitesse de déformation. Fluide dans lequel la contrainte de cisaillement en tout point est une fonction linéaire du taux de déformation de cisaillement. De nombreux fluides dans la nature sont des fluides newtoniens. La plupart des liquides purs tels que l’eau et l’alcool, l’huile légère, les solutions de composés à faible poids moléculaire et les gaz à faible vitesse sont des fluides newtoniens.

Le fluide non newtonien fait référence au fluide qui ne satisfait pas la loi expérimentale de la viscosité de Newton, c’est-à-dire que la relation entre la contrainte de cisaillement et le taux de déformation de cisaillement n’est pas linéaire. Les fluides non newtoniens sont largement présents dans la vie, la production et la nature. Les solutions concentrées de polymères et les suspensions de polymères sont généralement des fluides non newtoniens. La plupart des fluides biologiques sont désormais définis comme des fluides non newtoniens. Les fluides non newtoniens comprennent le sang, la lymphe et les fluides kystiques, ainsi que les « semi-fluides » tels que le cytoplasme.

La boue d’électrode est composée d’une variété de matières premières avec une densité et une taille de particule différentes, et est mélangée et dispersée en phase solide-liquide. La suspension formée est un fluide non newtonien. La suspension de batterie au lithium peut être divisée en deux types de suspension positive et de suspension négative, en raison du système de suspension (huileux, eau) différent, sa nature variera. Cependant, les paramètres suivants peuvent être utilisés pour déterminer les propriétés du lisier :

1. Viscosité du lisier

La viscosité est une mesure de la viscosité du fluide et une expression de la force du fluide sur son phénomène de frottement interne. Lorsque le liquide s’écoule, il produit une friction interne entre ses molécules, appelée viscosité du liquide. La viscosité est exprimée par la viscosité, qui est utilisée pour caractériser le facteur de résistance lié aux propriétés du liquide. La viscosité est divisée en viscosité dynamique et viscosité conditionnelle.

La viscosité est définie comme une paire de plaques parallèles, zone A, Dr Apart, remplies de liquide A. Appliquez maintenant une poussée F à la plaque supérieure pour produire un changement de vitesse DU. Parce que la viscosité du liquide transfère cette force couche par couche, chaque couche de liquide se déplace également en conséquence, formant un gradient de vitesse du/ Dr, appelé taux de cisaillement, représenté par R’. F/A est appelé contrainte de cisaillement, exprimée par τ. La relation entre le taux de cisaillement et la contrainte de cisaillement est la suivante :

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

Le fluide newtonien est conforme à la formule de Newton, la viscosité n’est liée qu’à la température, pas au taux de cisaillement, τ est proportionnel à D.

Les fluides non newtoniens ne sont pas conformes à la formule de Newton τ/D=f(D). La viscosité à un τ/D donné est ηa, qui est appelée viscosité apparente. La viscosité des liquides non newtoniens dépend non seulement de la température, mais aussi du taux de cisaillement, du temps et de l’amincissement ou de l’épaississement par cisaillement.

2. Propriétés du lisier

Le lisier est un fluide non newtonien, qui est un mélange solide-liquide. Afin de répondre aux exigences du processus de revêtement ultérieur, le lisier doit avoir les trois caractéristiques suivantes :

① Bonne liquidité. La fluidité peut être observée en agitant le lisier et en le laissant s’écouler naturellement. Une bonne continuité, des arrêts et des arrêts continus signifient une bonne liquidité. La fluidité est liée à la teneur en solides et à la viscosité du lisier,

(2) nivellement. La douceur de la suspension affecte la planéité et l’uniformité du revêtement.

Rhéologie. La rhéologie fait référence aux caractéristiques de déformation du lisier en écoulement, et ses propriétés affectent la qualité de la feuille polaire.

3. Fondation de dispersion de lisier

Fabrication d’électrodes de batterie au lithium-ion, pâte cathodique par adhésif, agent conducteur, composition du matériau cathodique; La pâte négative est composée d’adhésif, de poudre de graphite, etc. La préparation de boues positives et négatives comprend une série de processus technologiques, tels que le mélange, la dissolution et la dispersion entre les matériaux liquides et liquides, liquides et solides, et s’accompagne de changements de température, de viscosité et d’environnement dans ce processus. Le processus de mélange et de dispersion de la suspension de batterie lithium-ion peut être divisé en un processus de macro-mélange et un processus de micro dispersion, qui sont toujours accompagnés de l’ensemble du processus de préparation de la suspension de batterie lithium-ion. La préparation du lisier passe généralement par les étapes suivantes :

Mélange de poudre sèche. Les particules entrent en contact sous forme de points, de points, de plans et de lignes,

② Phase de pétrissage des boues semi-sèches. À ce stade, une fois la poudre sèche mélangée uniformément, le liant liquide ou solvant est ajouté et la matière première est humide et boueuse. Après la forte agitation du mélangeur, le matériau est soumis au cisaillement et au frottement de la force mécanique, et il y aura un frottement interne entre les particules. Sous chaque force, les particules de matière première ont tendance à être fortement dispersées. Cette étape a un effet très important sur la taille et la viscosité du lisier fini.

③ Étape de dilution et de dispersion. Après malaxage, le solvant a été ajouté lentement pour ajuster la viscosité de la suspension et la teneur en solides. A ce stade, dispersion et agglomération coexistent, et atteignent finalement la stabilité. À ce stade, la dispersion des matériaux est principalement affectée par la force mécanique, la résistance au frottement entre la poudre et le liquide, la force de cisaillement de dispersion à grande vitesse et l’interaction d’impact entre le lisier et la paroi du conteneur.

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Analyse des paramètres affectant les propriétés du lisier

C’est un indice important pour assurer la cohérence de la batterie dans le processus de production de la batterie que la suspension doit avoir une bonne stabilité. Avec la fin de la suspension combinée, le mélange s’arrête, la suspension apparaîtra un tassement, une floculation et d’autres phénomènes, résultant en de grosses particules, qui auront un impact plus important sur le revêtement ultérieur et d’autres processus. Les principaux paramètres de stabilité du lisier sont la fluidité, la viscosité, la teneur en solides et la densité.

1. Viscosité du lisier

La viscosité stable et appropriée de la pâte d’électrode est très importante pour le processus de revêtement de la feuille d’électrode. La viscosité est trop élevée ou trop faible n’est pas propice au revêtement de pièces polaires, la suspension à haute viscosité n’est pas facile à précipiter et la dispersion sera meilleure, mais la viscosité élevée n’est pas propice à l’effet de nivellement, n’est pas propice au revêtement ; La viscosité trop faible n’est pas bonne, la viscosité est faible, bien que l’écoulement de la suspension soit bon, mais il est difficile à sécher, réduit l’efficacité de séchage du revêtement, la fissuration du revêtement, l’agglomération des particules de suspension, la consistance de la densité de surface n’est pas bonne.

Le problème qui se pose souvent dans notre processus de production est le changement de viscosité, et le « changement » ici peut être divisé en changement instantané et changement statique. Le changement transitoire fait référence au changement drastique dans le processus de test de viscosité, et le changement statique fait référence au changement de viscosité après une période de temps. La viscosité varie de haute à basse, de haute à basse. De manière générale, les principaux facteurs affectant la viscosité de la suspension sont la vitesse de mélange de la suspension, le contrôle du temps, l’ordre des ingrédients, la température et l’humidité de l’environnement, etc. Il existe de nombreux facteurs, lorsque nous rencontrons un changement de viscosité, comment l’analyser et le résoudre ? La viscosité du lisier est essentiellement déterminée par le liant. Imaginons que sans le liant PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), ou si le liant associe mal la matière vivante, la matière vivante solide et l’agent conducteur formeront-ils un fluide non newtonien à revêtement uniforme ? Non ! Par conséquent, pour analyser et résoudre la raison du changement de viscosité de la suspension, nous devons partir de la nature du liant et du degré de dispersion de la suspension.

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FIGUE. 2. Structure moléculaire du PVDF

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Figure 3. Formule moléculaire de la CMC

(1) la viscosité augmente

Différents systèmes de suspension ont des règles de changement de viscosité différentes. À l’heure actuelle, le système de suspension principal est un système huileux à suspension positive PVDF/NMP, et la suspension négative est un système aqueux de graphite/CMC/SBR.

① La viscosité du lisier positif augmente après un certain temps. L’une des raisons (placement de courte durée) est que la vitesse de mélange de la suspension est trop rapide, le liant n’est pas complètement dissous et la poudre de PVDF est complètement dissoute après un certain temps et la viscosité augmente. D’une manière générale, le PVDF a besoin d’au moins 3 heures pour se dissoudre complètement, quelle que soit la vitesse à laquelle la vitesse d’agitation ne peut pas changer ce facteur d’influence, le soi-disant « la hâte fait du gaspillage ». La deuxième raison (longue durée) est que dans le processus de suspension du lisier, le colloïde passe de l’état sol à l’état gel. A ce moment, s’il est homogénéisé à faible vitesse, sa viscosité peut être restaurée. La troisième raison est qu’une structure spéciale se forme entre le colloïde et le matériau vivant et les particules d’agent conducteur. Cet état est irréversible et la viscosité de la suspension ne peut pas être restaurée après augmentation.

La viscosité de la suspension négative augmente. La viscosité de la suspension négative est principalement causée par la destruction de la structure moléculaire du liant, et la viscosité de la suspension est augmentée après l’oxydation de la rupture de la chaîne moléculaire. Si le matériau est excessivement dispersé, la taille des particules sera considérablement réduite et la viscosité de la suspension sera également augmentée.

(2) la viscosité est réduite

① La viscosité du lisier positif diminue. L’une des raisons, le colloïde adhésif change de caractère. Il existe de nombreuses raisons à ce changement, telles qu’une forte force de cisaillement lors du transfert de la suspension, un changement qualitatif de l’absorption d’eau par le liant, un changement structurel et une dégradation de lui-même lors du processus de mélange. La deuxième raison est que l’agitation et la dispersion inégales conduisent à la sédimentation sur une grande surface de matériaux solides dans la suspension. La troisième raison est que lors du processus d’agitation, l’adhésif est soumis à une forte force de cisaillement et à un frottement de l’équipement et des matériaux vivants, ainsi qu’à des changements de propriétés à haute température, entraînant une diminution de la viscosité.

La viscosité de la suspension négative diminue. L’une des raisons est qu’il y a des impuretés mélangées dans le CMC. La plupart des impuretés présentes dans la CMC sont des résines polymères insolubles. Lorsque la CMC est miscible au calcium et au magnésium, sa viscosité sera réduite. La deuxième raison est l’hydroxyméthylcellulose sodique, qui est principalement la combinaison de C/O. La force de liaison est très faible et facilement détruite par la force de cisaillement. Lorsque la vitesse d’agitation est trop rapide ou que le temps d’agitation est trop long, la structure de la CMC peut être détruite. La CMC joue un rôle épaississant et stabilisant dans le lisier négatif, et joue un rôle important dans la dispersion des matières premières. Une fois sa structure détruite, il provoquera inévitablement un tassement du lisier et une réduction de la viscosité. La troisième raison est la destruction du liant SBR. Dans la production proprement dite, CMC et SBR sont généralement sélectionnés pour travailler ensemble, et leurs rôles sont différents. Le SBR joue principalement le rôle de liant, mais il est sujet à une désémulsification sous agitation à long terme, ce qui entraîne une défaillance de la liaison et une réduction de la viscosité de la suspension.

(3) Circonstances spéciales (haut et bas opportuns en forme de gelée)

Dans le processus de préparation de la pâte positive, la pâte se transforme parfois en gelée. Il y a deux raisons principales à cela : d’abord, l’eau. Étant donné que l’absorption d’humidité des substances vivantes et le contrôle de l’humidité dans le processus de mélange ne sont pas bons, l’absorption d’humidité des matières premières ou l’humidité de l’environnement de mélange est élevée, ce qui entraîne l’absorption d’eau par le PVDF dans la gelée. Deuxièmement, la valeur du pH du lisier ou du matériau. Plus la valeur du pH est élevée, plus le contrôle de l’humidité est strict, en particulier le mélange de matériaux à haute teneur en nickel tels que le NCA et le NCM811.

La viscosité de la suspension fluctue, l’une des raisons peut être que la suspension n’est pas complètement stabilisée dans le processus de test, et la viscosité de la suspension est fortement affectée par la température. Surtout après avoir été dispersé à grande vitesse, il existe un certain gradient de température dans la température interne de la suspension et la viscosité des différents échantillons n’est pas la même. La deuxième raison est la mauvaise dispersion de la suspension, le matériau vivant, le liant, l’agent conducteur n’est pas une bonne dispersion, la suspension n’est pas d’une bonne fluidité, la viscosité naturelle de la suspension est élevée ou faible.

2. Taille du lisier

Une fois la suspension combinée, il est nécessaire de mesurer sa taille de particule et la méthode de mesure de la taille des particules est généralement la méthode du grattoir. La taille des particules est un paramètre important pour caractériser la qualité du lisier. La taille des particules a une influence importante sur le processus de revêtement, le processus de laminage et les performances de la batterie. Théoriquement, plus la taille de la suspension est petite, mieux c’est. Lorsque la taille des particules est trop grande, la stabilité de la suspension sera affectée, la sédimentation, la consistance de la suspension est mauvaise. Dans le processus de revêtement par extrusion, il y aura du matériau de blocage, le pôle sec après la piqûre, ce qui entraînera des problèmes de qualité du pôle. Dans le processus de laminage suivant, en raison de la contrainte inégale dans la zone de mauvais revêtement, il est facile de provoquer une rupture des pôles et des microfissures locales, ce qui nuira grandement aux performances de cyclisme, aux performances de rapport et aux performances de sécurité de la batterie.

Les substances actives positives et négatives, les adhésifs, les agents conducteurs et d’autres matériaux principaux ont des tailles de particules et des densités différentes. Dans le processus d’agitation, il y aura mélange, extrusion, friction, agglomération et autres modes de contact différents. Dans les étapes où les matières premières sont progressivement mélangées, mouillées par un solvant, de gros matériaux se cassant et tendant progressivement à la stabilité, il y aura un mélange de matériaux inégal, une mauvaise dissolution de l’adhésif, une agglomération sérieuse de fines particules, des changements dans les propriétés adhésives et d’autres conditions, qui conduire à la génération de grosses particules.

Une fois que nous comprenons ce qui provoque l’apparition des particules, nous devons résoudre ces problèmes avec des médicaments appropriés. En ce qui concerne le mélange de poudre sèche des matériaux, je pense personnellement que la vitesse du mélangeur a peu d’influence sur le degré de mélange de poudre sèche, mais ils ont besoin de suffisamment de temps pour assurer l’uniformité du mélange de poudre sèche. Maintenant, certains fabricants choisissent un adhésif en poudre et certains choisissent un bon adhésif en solution liquide, deux adhésifs différents déterminent le processus différent, l’utilisation d’adhésif en poudre a besoin de plus de temps pour se dissoudre, sinon à la fin apparaîtra un gonflement, un rebond, un changement de viscosité, etc. l’agglomération entre fines particules est inévitable, mais il faut s’assurer qu’il y a suffisamment de friction entre les matériaux pour permettre aux particules d’agglomération d’apparaître extrusion, concassage, propices au mélange. Cela nous oblige à contrôler la teneur en solides dans les différentes étapes de la suspension, une teneur en solides trop faible affectera la dispersion de friction entre les particules.

3. Contenu solide de lisier

La teneur en solides de la suspension est étroitement liée à la stabilité de la suspension, le même processus et la même formule, plus la teneur en solides de la suspension est élevée, plus la viscosité est élevée, et vice versa. Dans une certaine plage, plus la viscosité est élevée, plus la stabilité de la suspension est élevée. Lorsque nous concevons la batterie, nous déduisons généralement l’épaisseur du noyau-noyau de la capacité de la batterie à la conception de la feuille d’électrode, de sorte que la conception de la feuille d’électrode n’est liée qu’à la densité de surface, la densité de matière vivante, l’épaisseur et d’autres paramètres. Les paramètres de la feuille d’électrode sont ajustés par la coucheuse et la presse à rouleaux, et la teneur en solides de la suspension n’a aucune influence directe sur elle. Alors, le niveau de teneur en solides du lisier importe-t-il peu ?

(1) La teneur en solides a une certaine influence sur l’amélioration de l’efficacité de l’agitation et de l’efficacité du revêtement. Plus la teneur en solides est élevée, plus le temps d’agitation est court, moins la consommation de solvant est importante, plus l’efficacité de séchage du revêtement est élevée, ce qui permet de gagner du temps.

(2) Le contenu solide a certaines exigences pour l’équipement. Le lisier à haute teneur en solides a une perte plus élevée pour l’équipement, car plus la teneur en solides est élevée, plus l’usure de l’équipement est importante.

(3) La suspension à haute teneur en solides est plus stable. Les résultats des tests de stabilité de certaines boues (comme indiqué dans la figure ci-dessous) montrent que le TSI (indice d’instabilité) de 1.05 dans l’agitation conventionnelle est supérieur à celui de 0.75 dans le processus d’agitation à haute viscosité, de sorte que la stabilité de la boue obtenue par haute viscosité le procédé d’agitation est meilleur que celui obtenu par le procédé d’agitation conventionnel. Mais la suspension à haute teneur en solides affectera également sa fluidité, ce qui est très difficile pour l’équipement et les techniciens du processus de revêtement.

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(4) La suspension à haute teneur en solides peut réduire l’épaisseur entre les revêtements et réduire la résistance interne de la batterie.

4. Densité de la pulpe

La densité de la taille est un paramètre important pour refléter la cohérence de la taille. L’effet de dispersion de la taille peut être vérifié en testant la densité de la taille à différentes positions. En cela ne sera pas répété, à travers le résumé ci-dessus, je pense que nous préparons une bonne pâte d’électrode.