लिथियम आयन बैटरी का उत्पादन और निर्माण एक प्रक्रिया है जो एक तकनीकी कदम से निकटता से जुड़ी हुई है। समग्र रूप से, लिथियम बैटरी के उत्पादन में इलेक्ट्रोड निर्माण प्रक्रिया, बैटरी असेंबली प्रक्रिया और अंतिम तरल इंजेक्शन, प्रीचार्ज, गठन और उम्र बढ़ने की प्रक्रिया शामिल है। प्रक्रिया के इन तीन चरणों में, प्रत्येक प्रक्रिया को कई प्रमुख प्रक्रियाओं में विभाजित किया जा सकता है, प्रत्येक चरण का बैटरी के अंतिम प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव पड़ेगा।

In the process stage, it can be subdivided into five processes: paste preparation, paste coating, roller pressing, cutting and drying. In the battery assembly process, and according to the different battery specifications and models, roughly divided into winding, shell, welding and other processes. In the final stage of liquid injection, including liquid injection, exhaust, sealing, prefilling, formation, aging and other processes. The electrode manufacturing process is the core content of the whole lithium battery manufacturing, which is related to the electrochemical performance of the battery, and the quality of slurry is particularly important.

एक, घोल का मूल सिद्धांत

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.

Non-newtonian fluid refers to the fluid that does not satisfy Newton’s experimental law of viscosity, that is, the relationship between shear stress and shear strain rate is not linear. Non-newtonian fluids are widely found in life, production and nature. Polymers concentrated solutions and suspensions of polymers are generally non-Newtonian fluids. Most biological fluids are now defined as non-Newtonian fluids. Non-newtonian fluids include blood, lymph, and cystic fluids, as well as “semi-fluids” such as cytoplasm.

Electrode slurry is composed of a variety of raw materials with different specific gravity and particle size, and is mixed and dispersed in solid-liquid phase. The slurry formed is a non-Newtonian fluid. Lithium battery slurry can be divided into positive slurry and negative slurry two kinds, due to the slurry system (oily, water) different, its nature will vary. However, the following parameters can be used to determine the properties of slurry:

1. Viscosity of slurry

श्यानता द्रव श्यानता का एक माप है और इसके आंतरिक घर्षण परिघटना पर द्रव बल की अभिव्यक्ति है। जब तरल प्रवाहित होता है, तो यह अपने अणुओं के बीच आंतरिक घर्षण पैदा करता है, जिसे तरल की चिपचिपाहट कहा जाता है। चिपचिपापन चिपचिपाहट द्वारा व्यक्त किया जाता है, जिसका उपयोग तरल गुणों से संबंधित प्रतिरोध कारक को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। चिपचिपाहट को गतिशील चिपचिपाहट और सशर्त चिपचिपाहट में विभाजित किया गया है।

चिपचिपापन को समानांतर प्लेटों की एक जोड़ी के रूप में परिभाषित किया गया है, क्षेत्र ए, डॉ इसके अलावा, ए तरल से भरा हुआ है। अब एक वेग परिवर्तन DU उत्पन्न करने के लिए ऊपरी प्लेट पर एक थ्रस्ट F लागू करें। चूंकि तरल की चिपचिपाहट इस बल परत को परत दर परत स्थानांतरित करती है, तरल की प्रत्येक परत भी उसी के अनुसार चलती है, जिससे एक वेग ढाल ड्यू / डॉ बनता है, जिसे कतरनी दर कहा जाता है, जिसे आर ‘द्वारा दर्शाया जाता है। F/A को अपरूपण प्रतिबल कहा जाता है, जिसे के रूप में व्यक्त किया जाता है। अपरूपण दर और अपरूपण प्रतिबल के बीच संबंध इस प्रकार है:

(एफ/ए) = एटा (डु/डॉ)

न्यूटनियन द्रव न्यूटन के सूत्र के अनुरूप है, चिपचिपाहट केवल तापमान से संबंधित है, कतरनी दर से नहीं, डी के समानुपाती है।

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. Slurry properties

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 अच्छी तरलता। तरलता को घोल को उत्तेजित करके और इसे स्वाभाविक रूप से बहने की अनुमति देकर देखा जा सकता है। अच्छी निरंतरता, निरंतर बंद और बंद का अर्थ है अच्छी तरलता। तरलता ठोस सामग्री और घोल की चिपचिपाहट से संबंधित है,

(2) समतल करना। घोल की चिकनाई कोटिंग की समतलता और समरूपता को प्रभावित करती है।

③ Rheology. Rheology refers to the deformation characteristics of slurry in flow, and its properties affect the quality of pole sheet.

3. Slurry dispersion foundation

लिथियम आयन बैटरी इलेक्ट्रोड निर्माण, चिपकने वाला, प्रवाहकीय एजेंट, कैथोड सामग्री संरचना द्वारा कैथोड पेस्ट; नकारात्मक पेस्ट चिपकने वाला, ग्रेफाइट पाउडर आदि से बना है। सकारात्मक और नकारात्मक घोल की तैयारी में तकनीकी प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है, जैसे कि तरल और तरल, तरल और ठोस पदार्थों के बीच मिश्रण, घुलना और फैलाव, और इस प्रक्रिया में तापमान, चिपचिपाहट और पर्यावरण में परिवर्तन के साथ होता है। लिथियम आयन बैटरी घोल की मिश्रण और फैलाव प्रक्रिया को मैक्रो मिक्सिंग प्रक्रिया और सूक्ष्म फैलाव प्रक्रिया में विभाजित किया जा सकता है, जो हमेशा लिथियम आयन बैटरी घोल तैयार करने की पूरी प्रक्रिया के साथ होती है। घोल की तैयारी आम तौर पर निम्नलिखित चरणों से गुजरती है:

सूखा पाउडर मिलाना। कण एक दूसरे से बिंदु, बिंदु, तल और रेखाओं के रूप में संपर्क करते हैं,

② Semi-dry mud kneading stage. At this stage, after the dry powder is mixed evenly, the binder liquid or solvent is added, and the raw material is wet and muddy. After the strong stirring of the mixer, the material is subjected to the shear and friction of mechanical force, and there will be internal friction between the particles. Under each force, the raw material particles tend to be highly dispersed. This stage has a very important effect on the size and viscosity of the finished slurry.

③ Dilution and dispersion stage. After kneading, solvent was added slowly to adjust slurry viscosity and solid content. At this stage, dispersion and agglomeration coexist, and finally reach stability. At this stage, the dispersion of materials is mainly affected by mechanical force, frictional resistance between powder and liquid, high-speed dispersion shear force, and the impact interaction between slurry and container wall.

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गारा गुणों को प्रभावित करने वाले मापदंडों का विश्लेषण

बैटरी उत्पादन की प्रक्रिया में बैटरी की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए यह एक महत्वपूर्ण सूचकांक है कि घोल में अच्छी स्थिरता होनी चाहिए। संयुक्त घोल के अंत के साथ, मिश्रण बंद हो जाता है, घोल निपटान, फ्लोक्यूलेशन और अन्य घटनाएं दिखाई देगी, जिसके परिणामस्वरूप बड़े कण होंगे, जिसका बाद के कोटिंग और अन्य प्रक्रियाओं पर अधिक प्रभाव पड़ेगा। घोल स्थिरता के मुख्य पैरामीटर तरलता, चिपचिपाहट, ठोस सामग्री और घनत्व हैं।

1. Viscosity of slurry

The stable and appropriate viscosity of electrode paste is very important to the coating process of electrode sheet. The viscosity is too high or too low is not conducive to polar piece coating, the slurry with high viscosity is not easy to precipitate and the dispersion will be better, but the high viscosity is not conducive to leveling effect, is not conducive to coating; Viscosity too low is not good, viscosity is low, although the slurry flow is good, but it is difficult to dry, reduce the drying efficiency of coating, coating cracking, slurry particle agglomeration, surface density consistency is not good.

The problem that often occurs in our production process is the change of viscosity, and the “change” here can be divided into instantaneous change and static change. Transient change refers to the drastic change in the viscosity testing process, and static change refers to the viscosity change after a period of time. The viscosity varies from high to low, from high to low. Generally speaking, the main factors affecting slurry viscosity are the speed of mixing slurry, time control, ingredients order, environmental temperature and humidity, etc. There are many factors, when we meet viscosity change should be how to analyze and solve it? The viscosity of slurry is essentially determined by the binder. Imagine that without the binder PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), or if the binder does not combine the live matter well, will the solid live matter and the conductive agent form a non-Newtonian fluid with uniform coating? Don’t! Therefore, to analyze and solve the reason of slurry viscosity change, we should start from the nature of binder and slurry dispersion degree.

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अंजीर। 2. पीवीडीएफ की आण्विक संरचना

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चित्रा 3. सीएमसी का आणविक सूत्र

(1) चिपचिपाहट बढ़ जाती है

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.

सकारात्मक घोल की चिपचिपाहट कुछ समय बाद बढ़ जाती है। एक कारण (कम समय की नियुक्ति) यह है कि घोल मिश्रण की गति बहुत तेज है, बांधने की मशीन पूरी तरह से भंग नहीं होती है, और पीवीडीएफ पाउडर समय की अवधि के बाद पूरी तरह से भंग हो जाता है, और चिपचिपाहट बढ़ जाती है। सामान्यतया, पीवीडीएफ को पूरी तरह से घुलने के लिए कम से कम 3 घंटे की आवश्यकता होती है, चाहे कितनी भी तेज गति से इस प्रभावकारी कारक को नहीं बदला जा सकता है, तथाकथित “जल्दबाजी बेकार है”। दूसरा कारण (लंबा समय) यह है कि घोल के खड़े होने की प्रक्रिया में कोलाइड सोल अवस्था से जेल अवस्था में बदल जाता है। इस समय, यदि इसे धीमी गति से समरूप किया जाता है, तो इसकी चिपचिपाहट को बहाल किया जा सकता है। तीसरा कारण यह है कि कोलाइड और सजीव पदार्थ और प्रवाहकीय एजेंट कणों के बीच एक विशेष संरचना का निर्माण होता है। यह स्थिति अपरिवर्तनीय है, और घोल की चिपचिपाहट बढ़ने के बाद बहाल नहीं की जा सकती है।

नकारात्मक घोल की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। नकारात्मक घोल की चिपचिपाहट मुख्य रूप से बांधने की मशीन की आणविक संरचना के विनाश के कारण होती है, और आणविक श्रृंखला फ्रैक्चर के ऑक्सीकरण के बाद घोल की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। यदि सामग्री अत्यधिक छितरी हुई है, तो कण आकार बहुत कम हो जाएगा, और घोल की चिपचिपाहट भी बढ़ जाएगी।

(2) चिपचिपाहट कम हो जाती है

① The viscosity of positive slurry decreases. One of the reasons, adhesive colloid changes in character. There are many reasons for the change, such as strong shear force during slurry transfer, qualitative change of water absorption by binder, structural change and degradation of itself in the process of mixing. The second reason is that the uneven stirring and dispersion leads to the large area settlement of solid materials in the slurry. The third reason is that in the process of stirring, the adhesive is subjected to strong shear force and friction of equipment and living material, and changes in properties at high temperature, resulting in a decrease in viscosity.

नकारात्मक घोल की चिपचिपाहट कम हो जाती है। इसका एक कारण यह भी है कि सीएमसी में अशुद्धियां मिश्रित होती हैं। सीएमसी में अधिकांश अशुद्धियाँ अघुलनशील बहुलक राल हैं। जब सीएमसी कैल्शियम और मैग्नीशियम के साथ गलत है, तो इसकी चिपचिपाहट कम हो जाएगी। दूसरा कारण सोडियम हाइड्रॉक्सीमिथाइल सेलुलोज है, जो मुख्य रूप से सी/ओ का संयोजन है। बंधन शक्ति बहुत कमजोर है और कतरनी बल द्वारा आसानी से नष्ट हो जाती है। जब हलचल की गति बहुत तेज होती है या हलचल का समय बहुत लंबा होता है, तो सीएमसी की संरचना नष्ट हो सकती है। सीएमसी नकारात्मक घोल में गाढ़ा और स्थिर करने वाली भूमिका निभाता है, और कच्चे माल के फैलाव में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। एक बार इसकी संरचना नष्ट हो जाने के बाद, यह अनिवार्य रूप से घोल निपटान और चिपचिपाहट में कमी का कारण होगा। तीसरा कारण एसबीआर बाइंडर का नष्ट होना है। वास्तविक उत्पादन में, सीएमसी और एसबीआर को आमतौर पर एक साथ काम करने के लिए चुना जाता है, और उनकी भूमिकाएं अलग होती हैं। एसबीआर मुख्य रूप से बाइंडर की भूमिका निभाता है, लेकिन यह लंबे समय तक सरगर्मी के तहत विमुद्रीकरण के लिए प्रवण होता है, जिसके परिणामस्वरूप बांड की विफलता और घोल की चिपचिपाहट में कमी आती है।

(3) विशेष परिस्थितियाँ (जेली के आकार का समय पर उच्च और निम्न)

सकारात्मक पेस्ट तैयार करने की प्रक्रिया में, पेस्ट कभी-कभी जेली में बदल जाता है। इसके दो मुख्य कारण हैं: पहला, पानी। यह देखते हुए कि जीवित पदार्थों की नमी अवशोषण और मिश्रण प्रक्रिया में नमी नियंत्रण अच्छा नहीं है, कच्चे माल की नमी अवशोषण या मिश्रण वातावरण की आर्द्रता अधिक है, जिसके परिणामस्वरूप पीवीडीएफ द्वारा जेली में पानी का अवशोषण होता है। दूसरा, घोल या सामग्री का पीएच मान। पीएच मान जितना अधिक होता है, नमी का नियंत्रण अधिक सख्त होता है, विशेष रूप से उच्च निकल सामग्री जैसे एनसीए और एनसीएम 811 का मिश्रण।

The viscosity of slurry fluctuates, one of the reasons may be that the slurry is not completely stabilized in the testing process, and the viscosity of slurry is greatly affected by temperature. Especially after being dispersed at high speed, there is a certain temperature gradient in the internal temperature of the slurry, and the viscosity of different samples is not the same. The second reason is poor dispersion of slurry, live material, binder, conductive agent is not good dispersion, slurry is not good fluidity, natural slurry viscosity is high or low.

2. Size of slurry

घोल संयुक्त होने के बाद, इसके कण आकार को मापना आवश्यक है, और कण आकार माप की विधि आमतौर पर खुरचनी विधि है। घोल की गुणवत्ता को चिह्नित करने के लिए कण आकार एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। कोटिंग प्रक्रिया, रोलिंग प्रक्रिया और बैटरी प्रदर्शन पर कण आकार का महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। सैद्धांतिक रूप से, घोल का आकार जितना छोटा होगा, उतना ही अच्छा होगा। जब कण का आकार बहुत बड़ा होता है, तो घोल की स्थिरता प्रभावित होगी, अवसादन, घोल की स्थिरता खराब होगी। एक्सट्रूज़न कोटिंग की प्रक्रिया में, अवरुद्ध सामग्री होगी, खड़ा होने के बाद पोल सूख जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप पोल की गुणवत्ता की समस्या होगी। निम्नलिखित रोलिंग प्रक्रिया में, खराब कोटिंग क्षेत्र में असमान तनाव के कारण, पोल टूटना और स्थानीय सूक्ष्म-दरारें पैदा करना आसान है, जिससे साइकिलिंग प्रदर्शन, अनुपात प्रदर्शन और बैटरी के सुरक्षा प्रदर्शन को बहुत नुकसान होगा।

सकारात्मक और नकारात्मक सक्रिय पदार्थ, चिपकने वाले, प्रवाहकीय एजेंट और अन्य मुख्य सामग्रियों में विभिन्न कण आकार और घनत्व होते हैं। सरगर्मी की प्रक्रिया में, मिश्रण, बाहर निकालना, घर्षण, ढेर और अन्य विभिन्न संपर्क मोड होंगे। कच्चे माल के धीरे-धीरे मिश्रित होने, विलायक द्वारा गीला होने, बड़ी सामग्री के टूटने और धीरे-धीरे स्थिरता की ओर प्रवृत्त होने के चरणों में, असमान सामग्री मिश्रण, खराब चिपकने वाला विघटन, महीन कणों का गंभीर समूह, चिपकने वाले गुणों में परिवर्तन और अन्य स्थितियां होंगी। बड़े कणों की उत्पत्ति का कारण बनता है।

Once we understand what causes the particles to appear, we need to address these problems with appropriate drugs. As for the dry powder mixing of materials, I personally think that the mixer speed has little influence on the degree of dry powder mixing, but they need enough time to ensure the uniformity of dry powder mixing. Now some manufacturers choose powdery adhesive and some choose liquid solution good adhesive, two different adhesives determine the different process, the use of powdery adhesive needs a longer time to dissolve, otherwise in the late will appear swelling, rebound, viscosity change, etc. The agglomeration between fine particles is inevitable, but we should ensure that there is enough friction between materials to enable the agglomeration particles to appear extrusion, crushing, conducive to mixing. This requires us to control the solid content in different stages of slurry, too low solid content will affect the friction dispersion between particles.

3. घोल की ठोस सामग्री

The solid content of slurry is closely related to the stability of slurry, the same process and formula, the higher the solid content of slurry, the greater the viscosity, and vice versa. In a certain range, the higher the viscosity, the higher the stability of slurry. When we design the battery, we generally deduce the thickness of the core-core from the capacity of the battery to the design of the electrode sheet, so the design of the electrode sheet is only related to the surface density, live matter density, thickness and other parameters. The parameters of electrode sheet are adjusted by coater and roller press, and the solid content of slurry has no direct influence on it. So, does the level of solid content of slurry matter little?

(1) ठोस सामग्री का सरगर्मी दक्षता और कोटिंग दक्षता में सुधार पर एक निश्चित प्रभाव पड़ता है। ठोस सामग्री जितनी अधिक होगी, हलचल का समय उतना ही कम होगा, विलायक की खपत कम होगी, कोटिंग सुखाने की दक्षता उतनी ही अधिक होगी, जिससे समय की बचत होगी।

(2) उपकरण के लिए ठोस सामग्री की कुछ आवश्यकताएं होती हैं। उच्च ठोस सामग्री वाले घोल से उपकरण को अधिक नुकसान होता है, क्योंकि ठोस सामग्री जितनी अधिक होती है, उपकरण उतना ही गंभीर होता है।

(3) The slurry with high solid content is more stable. The stability test results of some slurry (as shown in the figure below) show that the TSI(instability index) of 1.05 in conventional stirring is higher than that of 0.75 in high-viscosity stirring process, so the slurry stability obtained by high-viscosity stirring process is better than that obtained by conventional stirring process. But the slurry with high solid content will also affect its fluidity, which is very challenging for the equipment and technicians of the coating process.

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(4) The slurry with high solid content can reduce the thickness between the coatings and reduce the internal resistance of the battery.

4. लुगदी घनत्व

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.