Proizvodnja i proizvodnja litij ionskih baterija proces je usko povezan jednim tehnološkim korakom. U cjelini, proizvodnja litijevih baterija uključuje proces proizvodnje elektroda, proces sastavljanja baterije i završno ubrizgavanje tekućine, predpunjenje, formiranje i proces starenja. U ove tri faze procesa, svaki se proces može podijeliti na nekoliko ključnih procesa, svaki korak će imati veliki utjecaj na konačnu izvedbu baterije.

U fazi procesa, može se podijeliti na pet procesa: priprema paste, premazivanje pastom, prešanje valjkom, rezanje i sušenje. U procesu montaže baterije, a prema različitim specifikacijama i modelima baterija, grubo se dijeli na procese namotavanja, školjke, zavarivanja i druge. U završnoj fazi ubrizgavanja tekućine, uključujući injektiranje tekućine, ispuh, brtvljenje, prethodno punjenje, formiranje, starenje i druge procese. Proces proizvodnje elektroda temeljni je sadržaj cijele proizvodnje litij baterija, što je povezano s elektrokemijskim performansama baterije, a kvaliteta kaše je posebno važna.

Jedna, osnovna teorija gnojnice

Suspenzija elektrode litij-ionske baterije je vrsta tekućine, obično se može podijeliti na Newtonovu tekućinu i ne-Newtonovu tekućinu. Među njima, ne-Newtonova tekućina može se podijeliti na dilatantnu plastičnu tekućinu, vremenski ovisna ne-Newtonova tekućina, pseudoplastičnu tekućinu i Bingham plastičnu tekućinu. Newtonova tekućina je tekućina niske viskoznosti koja se lako deformira pod naprezanjem, a posmično naprezanje je proporcionalno brzini deformacije. Tekućina u kojoj je posmično naprezanje u bilo kojoj točki linearna funkcija brzine posmične deformacije. Mnoge tekućine u prirodi su Newtonove tekućine. Većina čistih tekućina kao što su voda i alkohol, lako ulje, otopine niskomolekularnih spojeva i plinovi male brzine su Newtonove tekućine.

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.

Kalup elektrode sastoji se od raznih sirovina različite specifične težine i veličine čestica, te se miješa i raspršuje u čvrstoj-tekućoj fazi. Nastala kaša je nenjutonovska tekućina. Mulj litij baterija može se podijeliti na pozitivnu i negativnu kašu dvije vrste, zbog različitog sustava gnojnice (uljanog, vodenog), njegova priroda će varirati. Međutim, sljedeći parametri se mogu koristiti za određivanje svojstava kaše:

1. Viskoznost kaše

Viskoznost je mjera viskoznosti tekućine i izraz sile tekućine na njenu pojavu unutarnjeg trenja. Kad tekućina teče, ona stvara unutarnje trenje između svojih molekula, što se naziva viskozitet tekućine. Viskoznost se izražava viskoznošću, koja se koristi za karakterizaciju faktora otpornosti koji se odnosi na svojstva tekućine. Viskoznost se dijeli na dinamičku viskoznost i uvjetnu viskoznost.

Viskoznost je definirana kao par paralelnih ploča, površina A, Dr odvojeno, ispunjenih A tekućinom. Sada primijenite potisak F na gornju ploču kako biste proizveli promjenu brzine DU. Budući da viskoznost tekućine prenosi ovu silu sloj po sloj, svaki se sloj tekućine također pomiče u skladu s tim, tvoreći gradijent brzine du/Dr, nazvan brzina smicanja, predstavljen s R’. F/A se naziva posmično naprezanje, izraženo kao τ. Odnos između brzine smicanja i posmičnog naprezanja je sljedeći:

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

Newtonova tekućina odgovara Newtonovoj formuli, viskoznost je povezana samo s temperaturom, a ne brzinom smicanja, τ je proporcionalno D.

Nenjutonovske tekućine ne odgovaraju Newtonovoj formuli τ/D=f(D). Viskoznost pri danom τ/D je ηa, što se naziva prividna viskoznost. Viskoznost nenjutonskih tekućina ovisi ne samo o temperaturi, već i o brzini smicanja, vremenu i posmičnom stanjivanju ili posmičnom zadebljanju.

2. Slurry properties

Mulj je nenjutonovska tekućina, koja je smjesa čvrstog i tekućeg. Kako bi zadovoljila zahtjeve naknadnog procesa premazivanja, kaša treba imati sljedeće tri karakteristike:

① Dobra likvidnost. Fluidnost se može promatrati miješanjem kaše i dopuštanjem joj da prirodno teče. Dobar kontinuitet, kontinuirano isključenje znači dobru likvidnost. Fluidnost je povezana sa sadržajem čvrste tvari i viskoznošću suspenzije,

(2) izravnavanje. Glatkoća kaše utječe na ravnost i ravnomjernost premaza.

③ Reologija. Reologija se odnosi na karakteristike deformacije suspenzije u toku, a njezina svojstva utječu na kvalitetu polnog lima.

3. Temelj za disperziju gnojiva

Lithium ion battery electrode manufacturing, cathode paste by adhesive, conductive agent, cathode material composition; The negative paste is composed of adhesive, graphite powder and so on. The preparation of positive and negative slurry includes a series of technological processes, such as mixing, dissolving and dispersing between liquid and liquid, liquid and solid materials, and is accompanied by changes in temperature, viscosity and environment in this process. The mixing and dispersion process of lithium ion battery slurry can be divided into macro mixing process and micro dispersion process, which are always accompanied by the whole process of lithium ion battery slurry preparation. The preparation of slurry generally goes through the following stages:

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

② Faza gnječenja polusuhog blata. U ovoj fazi, nakon što se suhi prah ravnomjerno izmiješa, dodaje se vezivna tekućina ili otapalo, a sirovina je mokra i blatna. Nakon snažnog miješanja mješalice, materijal je podvrgnut smicanju i trenju mehaničke sile, a između čestica dolazi do unutarnjeg trenja. Pod svakom silom, čestice sirovog materijala imaju tendenciju da budu visoko raspršene. Ova faza ima vrlo važan utjecaj na veličinu i viskoznost gotove kaše.

③ Faza razrjeđivanja i disperzije. Nakon gnječenja, otapalo je dodano polako da se podesi viskozitet kaše i sadržaj krutine. U ovoj fazi disperzija i aglomeracija koegzistiraju i konačno postižu stabilnost. U ovoj fazi, na disperziju materijala uglavnom utječu mehanička sila, otpor trenja između praha i tekućine, posmična sila disperzije velike brzine i interakcija udarca između suspenzije i stijenke spremnika.

Slika

Analiza parametara koji utječu na svojstva kaše

Važan je pokazatelj koji osigurava konzistentnost baterije u procesu proizvodnje baterije da kaša treba imati dobru stabilnost. Završetkom kombinirane suspenzije miješanje prestaje, pojavit će se taloženje, flokulacija i druge pojave, što rezultira velikim česticama, što će imati veći utjecaj na naknadno premazivanje i druge procese. Glavni parametri stabilnosti suspenzije su fluidnost, viskoznost, sadržaj krutine i gustoća.

1. Viskoznost kaše

Stabilna i odgovarajuća viskoznost elektrodne paste vrlo je važna za proces oblaganja elektrodnog lima. Viskoznost je previsoka ili preniska ne pogoduje polarnom premazivanju komada, kašu visoke viskoznosti nije lako taložiti i disperzija će biti bolja, ali visoka viskoznost ne pogoduje učinku izravnavanja, nije pogodna za premazivanje; Preniska viskoznost nije dobra, viskoznost je niska, iako je protok kaše dobar, ali je teško sušiti, smanjiti učinkovitost sušenja premaza, pucanje premaza, aglomeracija čestica kaše, konzistencija površinske gustoće nije dobra.

Problem koji se često javlja u našem proizvodnom procesu je promjena viskoznosti, a “promjena” se ovdje može podijeliti na trenutnu promjenu i statičku promjenu. Prolazna promjena odnosi se na drastičnu promjenu u procesu ispitivanja viskoznosti, a statička promjena se odnosi na promjenu viskoznosti nakon određenog vremenskog razdoblja. Viskoznost varira od visoke do niske, od visoke do niske. Općenito govoreći, glavni čimbenici koji utječu na viskoznost kaše su brzina miješanja kaše, kontrola vremena, redoslijed sastojaka, temperatura i vlažnost okoliša, itd. Mnogo je čimbenika, kada naiđemo na promjenu viskoznosti treba biti kako to analizirati i riješiti? Viskoznost kaše u biti je određena vezivom. Zamislite da bez veziva PVDF/CMC/SBR (Sl. 2, 3), ili ako vezivo ne kombinira dobro živu tvar, hoće li čvrsta živa tvar i vodljivo sredstvo tvoriti nenjutonovsku tekućinu s jednoličnim premazom? Nemoj! Stoga, za analizu i rješavanje razloga promjene viskoznosti kaše treba poći od prirode veziva i stupnja disperzije suspenzije.

Slika

Sl. 2. Molekularna struktura PVDF-a

Slika

Slika 3. Molekularna formula CMC-a

(1) viskoznost se povećava

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 Viskoznost pozitivne kaše raste nakon određenog vremenskog razdoblja. Jedan od razloga (kratko postavljanje) je taj što je brzina miješanja suspenzije prebrza, vezivo nije potpuno otopljeno, a PVDF prašak se potpuno otopi nakon određenog vremenskog razdoblja, a viskoznost se povećava. Općenito govoreći, PVDF-u je potrebno najmanje 3 sata da se potpuno otopi, bez obzira na to koliko brzo brzina miješanja ne može promijeniti ovaj utjecajni čimbenik, tzv. “žurba čini otpad”. Drugi razlog (dugo vrijeme) je taj što u procesu stajanja kaše koloid prelazi iz solnog stanja u stanje gela. U tom trenutku, ako se homogenizira malom brzinom, može se vratiti njegova viskoznost. Treći razlog je što se između koloidnog i živog materijala i čestica vodljivog sredstva stvara posebna struktura. Ovo stanje je nepovratno, a viskoznost kaše se ne može vratiti nakon povećanja.

Povećava se viskoznost negativne kaše. Viskoznost negativne suspenzije uglavnom je uzrokovana uništavanjem molekularne strukture veziva, a viskoznost kaše se povećava nakon oksidacije loma molekularnog lanca. Ako je materijal pretjerano raspršen, veličina čestica će se uvelike smanjiti, a viskoznost kaše također će se povećati.

(2) the viscosity is reduced

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.

Viskoznost negativne suspenzije se smanjuje. Jedan od razloga je taj što su u CMC-u pomiješane nečistoće. Većina nečistoća u CMC-u su netopive polimerne smole. Kada se CMC miješa s kalcijem i magnezijem, njegov će se viskozitet smanjiti. Drugi razlog je natrijeva hidroksimetilceluloza, koja je uglavnom kombinacija C/O. Čvrstoća veze je vrlo slaba i lako se uništava posmičnom silom. Kada je brzina miješanja prebrza ili je vrijeme miješanja predugo, struktura CMC-a može biti uništena. CMC ima ulogu zgušnjavanja i stabilizacije u negativnoj kaši, te igra važnu ulogu u disperziji sirovina. Jednom kada se njegova struktura uništi, neizbježno će uzrokovati taloženje i smanjenje viskoznosti. Treći razlog je uništavanje SBR veziva. U stvarnoj produkciji, CMC i SBR obično su odabrani da rade zajedno, a njihove uloge su različite. SBR uglavnom igra ulogu veziva, ali je sklon demulzifikaciji pri dugotrajnom miješanju, što rezultira kvarom veze i smanjenjem viskoznosti kaše.

(3) Posebne okolnosti (želeasto pravovremeno visoko i nisko)

U procesu pripreme pozitivne paste, pasta se ponekad pretvara u žele. Dva su glavna razloga za to: prvo, voda. S obzirom da apsorpcija vlage živih tvari i kontrola vlage u procesu miješanja nisu dobri, apsorpcija vlage sirovina ili vlažnost okoline za miješanje je visoka, što rezultira apsorpcijom vode od strane PVDF-a u žele. Drugo, pH vrijednost suspenzije ili materijala. Što je viša pH vrijednost, kontrola vlage je stroža, posebno miješanje materijala s visokim sadržajem nikla kao što su NCA i NCM811.

Viskoznost kaše varira, a jedan od razloga može biti i to što se kaša nije u potpunosti stabilizirala u procesu ispitivanja, a na viskoznost kaše uvelike utječe temperatura. Pogotovo nakon što se rasprši velikom brzinom, postoji određeni temperaturni gradijent unutarnje temperature kaše, a viskoznost različitih uzoraka nije ista. Drugi razlog je loša disperzija kaše, živog materijala, veziva, vodljivo sredstvo nije dobro disperzirano, kaša nije dobra tečnost, prirodna viskoznost kaše je visoka ili niska.

2. Veličina kaše

Nakon što se kaša sjedini, potrebno je izmjeriti njezinu veličinu čestica, a metoda mjerenja veličine čestica je obično metoda struganja. Veličina čestica važan je parametar za karakterizaciju kvalitete kaše. Veličina čestica ima važan utjecaj na proces premazivanja, proces valjanja i performanse baterije. Teoretski, što je manja veličina kaše, to bolje. Kada je veličina čestica prevelika, to će utjecati na stabilnost kaše, taloženje, konzistencija kaše je loša. U procesu ekstruzionog premaza, postojat će materijal za blokiranje, koji će se stup sušiti nakon udubljenja, što će rezultirati problemima kvalitete stupova. U sljedećem procesu valjanja, zbog neravnomjernog naprezanja u području lošeg premaza, lako je uzrokovati lom polova i lokalne mikropukotine, što će uzrokovati veliku štetu performansama ciklusa, performansama omjera i sigurnosnim performansama baterije.

Pozitivne i negativne aktivne tvari, ljepila, vodljiva sredstva i drugi glavni materijali imaju različite veličine čestica i gustoće. U procesu miješanja dolazi do miješanja, ekstruzije, trenja, aglomeracije i drugih različitih načina kontakta. U fazama postupnog miješanja sirovina, vlaženja otapalom, lomljenja velikog materijala i postupne tendencije stabilnosti, doći će do neravnomjernog miješanja materijala, slabog otapanja ljepila, ozbiljne aglomeracije finih čestica, promjena u svojstvima ljepila i drugih uvjeta koji će dovesti do stvaranja velikih čestica.

Nakon što shvatimo što uzrokuje pojavu čestica, moramo riješiti te probleme odgovarajućim lijekovima. Što se tiče miješanja suhog praha materijala, osobno smatram da brzina miješalice malo utječe na stupanj miješanja suhog praha, ali im je potrebno dovoljno vremena da osiguraju ujednačenost miješanja suhog praha. Sada neki proizvođači biraju ljepilo u prahu, a neki biraju dobro ljepilo u tekućem rastvoru, dva različita ljepila određuju različite procese, upotreba praškastog ljepila zahtijeva dulje vrijeme da se otopi, inače će se kasnije pojaviti oteklina, odskok, promjena viskoznosti itd. aglomeracija između finih čestica je neizbježna, ali trebamo osigurati da postoji dovoljno trenja između materijala kako bi se čestice nakupljanja pojavile kao istiskivanje, drobljenje, pogodno za miješanje. To od nas zahtijeva kontrolu sadržaja krute tvari u različitim fazama kaše, prenizak sadržaj krute tvari utječe na disperziju trenja između čestica.

3. Čvrsti sadržaj kaše

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) Sadržaj krutih tvari ima određeni utjecaj na poboljšanje učinkovitosti miješanja i učinkovitosti oblaganja. Što je veći sadržaj krutine, kraće je vrijeme miješanja, manja je potrošnja otapala, veća je učinkovitost sušenja premaza, štedeći vrijeme.

(2) Čvrsti sadržaj ima određene zahtjeve za opremu. Gnojna smjesa s visokim udjelom krutine ima veći gubitak u opremi, jer što je veći sadržaj krutine, to je habanje opreme ozbiljnije.

(3) Kaša s visokim udjelom krutine je stabilnija. Rezultati ispitivanja stabilnosti neke suspenzije (kao što je prikazano na donjoj slici) pokazuju da je TSI (indeks nestabilnosti) od 1.05 kod konvencionalnog miješanja veći od onog od 0.75 u procesu miješanja visoke viskoznosti, tako da je stabilnost kaše dobivena visokoviskoznim proces miješanja je bolji od onog dobivenog konvencionalnim postupkom miješanja. No, kaša s visokim udjelom krutine također će utjecati na njezinu fluidnost, što je vrlo izazovno za opremu i tehničare procesa premazivanja.

Slika

(4) Mulj s visokim udjelom krutine može smanjiti debljinu između premaza i smanjiti unutarnji otpor baterije.

4. Gustoća pulpe

Gustoća veličine važan je parametar koji odražava konzistentnost veličine. Učinak disperzije veličine može se provjeriti ispitivanjem gustoće veličine na različitim pozicijama. U ovome se neće ponavljati, kroz gornji sažetak, vjerujem da pripremamo dobru pastu za elektrode.