Produksi dan pembuatan baterai lithium ion adalah proses yang terkait erat oleh satu langkah teknologi. Secara keseluruhan, produksi baterai lithium meliputi proses pembuatan elektroda, proses perakitan baterai dan injeksi cairan akhir, pra-pengisian, pembentukan dan proses penuaan. Dalam tiga tahap proses ini, setiap proses dapat dibagi menjadi beberapa proses utama, setiap langkah akan berdampak besar pada kinerja akhir baterai.

Pada tahap proses, dapat dibagi menjadi lima proses: persiapan pasta, pelapisan pasta, pengepresan rol, pemotongan dan pengeringan. Dalam proses perakitan baterai, dan sesuai dengan spesifikasi dan model baterai yang berbeda, secara kasar dibagi menjadi belitan, cangkang, pengelasan, dan proses lainnya. Pada tahap akhir injeksi cairan, termasuk injeksi cairan, pembuangan, penyegelan, pengisian awal, pembentukan, penuaan dan proses lainnya. Proses pembuatan elektroda adalah isi inti dari seluruh pembuatan baterai lithium, yang terkait dengan kinerja elektrokimia baterai, dan kualitas bubur sangat penting.

Satu, teori dasar bubur

Bubur elektroda baterai lithium ion adalah sejenis cairan, biasanya dapat dibagi menjadi cairan Newtonian dan cairan non-Newtonian. Diantaranya, fluida non-Newtonian dapat dibagi menjadi fluida plastis dilatancy, fluida non-Newtonian bergantung waktu, fluida pseudoplastik dan fluida plastis bingham. Fluida Newtonian adalah fluida dengan viskositas rendah yang mudah mengalami deformasi di bawah tekanan dan tegangan geser sebanding dengan laju deformasi. Fluida di mana tegangan geser di sembarang titik merupakan fungsi linier dari laju deformasi geser. Banyak cairan di alam adalah cairan Newtonian. Kebanyakan cairan murni seperti air dan alkohol, minyak ringan, larutan senyawa molekul rendah dan gas yang mengalir dengan kecepatan rendah adalah cairan Newtonian.

Fluida non-newtonian mengacu pada fluida yang tidak memenuhi hukum eksperimental Newton tentang viskositas, yaitu hubungan antara tegangan geser dan laju regangan geser tidak linier. Fluida non-newtonian banyak ditemukan dalam kehidupan, produksi dan alam. Solusi terkonsentrasi polimer dan suspensi polimer umumnya cairan non-Newtonian. Kebanyakan cairan biologis sekarang didefinisikan sebagai cairan non-Newtonian. Cairan non-newtonian termasuk darah, getah bening, dan cairan kistik, serta “semi-cairan” seperti sitoplasma.

Bubur elektroda terdiri dari berbagai bahan baku dengan berat jenis dan ukuran partikel yang berbeda, dan dicampur dan didispersikan dalam fase padat-cair. Slurry yang terbentuk adalah fluida non-Newtonian. Bubur baterai lithium dapat dibagi menjadi bubur positif dan bubur negatif dua jenis, karena sistem bubur (berminyak, air) berbeda, sifatnya akan bervariasi. Namun, parameter berikut dapat digunakan untuk menentukan sifat bubur:

1. Viskositas bubur

Viskositas adalah ukuran viskositas fluida dan ekspresi gaya fluida pada fenomena gesekan internalnya. Ketika cairan mengalir, ia menghasilkan gesekan internal antara molekul-molekulnya, yang disebut viskositas cairan. Viskositas dinyatakan dengan viskositas, yang digunakan untuk mengkarakterisasi faktor resistensi yang berhubungan dengan sifat cair. Viskositas dibagi menjadi viskositas dinamis dan viskositas kondisional.

Viskositas didefinisikan sebagai Sepasang pelat sejajar, area A, Dr Apart, diisi dengan cairan A. Sekarang berikan gaya dorong F ke pelat atas untuk menghasilkan perubahan kecepatan DU. Karena viskositas cairan mentransfer gaya ini lapis demi lapis, setiap lapisan cairan juga bergerak sesuai, membentuk gradien kecepatan du/ Dr, yang disebut laju geser, yang diwakili oleh R ‘. F/A disebut tegangan geser, dinyatakan sebagai . Hubungan antara laju geser dan tegangan geser adalah sebagai berikut:

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

Fluida Newtonian sesuai dengan rumus Newton, viskositas hanya berhubungan dengan temperatur, bukan laju geser, sebanding dengan D.

Fluida non-newtonian tidak sesuai dengan rumus Newton /D=f(D). Viskositas pada /D tertentu adalah a, yang disebut viskositas semu. Viskositas cairan non-Newtonian tidak hanya bergantung pada suhu, tetapi juga pada laju geser, waktu, dan pengenceran geser atau penebalan geser.

2. Sifat bubur

Slurry adalah cairan non-Newtonian, yang merupakan campuran padat-cair. Untuk memenuhi persyaratan proses pelapisan berikutnya, bubur harus memiliki tiga karakteristik berikut:

Likuiditas yang baik. Fluiditas dapat diamati dengan mengaduk bubur dan membiarkannya mengalir secara alami. Kontinuitas yang baik, off dan off terus menerus berarti likuiditas yang baik. Fluiditas terkait dengan kandungan padat dan viskositas bubur,

(2) meratakan. Kehalusan bubur mempengaruhi kerataan dan kerataan lapisan.

Reologi. Reologi mengacu pada karakteristik deformasi aliran lumpur, dan sifat-sifatnya mempengaruhi kualitas lembaran tiang.

3. Pondasi dispersi bubur

Pembuatan elektroda baterai ion lithium, pasta katoda dengan perekat, bahan konduktif, komposisi bahan katoda; Pasta negatif terdiri dari perekat, bubuk grafit dan sebagainya. Pembuatan slurry positif dan negatif meliputi serangkaian proses teknologi, seperti pencampuran, pelarutan dan dispersi antara bahan cair dan cair, cair dan padat, dan disertai dengan perubahan suhu, viskositas dan lingkungan dalam proses ini. Proses pencampuran dan dispersi bubur baterai lithium ion dapat dibagi menjadi proses pencampuran makro dan proses dispersi mikro, yang selalu disertai dengan seluruh proses persiapan bubur baterai lithium ion. Pembuatan slurry umumnya melalui tahapan sebagai berikut:

Pencampuran bubuk kering. Partikel saling kontak dalam bentuk titik, titik, bidang, dan garis,

Tahap pengadukan lumpur semi-kering. Pada tahap ini, setelah serbuk kering tercampur rata, ditambahkan cairan pengikat atau pelarut, dan bahan baku menjadi basah dan berlumpur. Setelah pengadukan yang kuat dari mixer, material mengalami geser dan gesekan gaya mekanik, dan akan ada gesekan internal antara partikel. Di bawah setiap gaya, partikel bahan mentah cenderung sangat tersebar. Tahap ini memiliki efek yang sangat penting pada ukuran dan viskositas bubur jadi.

Tahap pengenceran dan dispersi. Setelah diuleni, pelarut ditambahkan perlahan-lahan untuk mengatur kekentalan bubur dan kandungan padatan. Pada tahap ini, dispersi dan aglomerasi hidup berdampingan, dan akhirnya mencapai stabilitas. Pada tahap ini, dispersi bahan terutama dipengaruhi oleh gaya mekanik, hambatan gesekan antara bubuk dan cairan, gaya geser dispersi berkecepatan tinggi, dan interaksi tumbukan antara bubur dan dinding wadah.

Gambar

Analisis parameter yang mempengaruhi sifat bubur

Ini adalah indeks penting untuk memastikan konsistensi baterai dalam proses produksi baterai bahwa bubur harus memiliki stabilitas yang baik. Dengan akhir bubur gabungan, pencampuran berhenti, bubur akan muncul penyelesaian, flokulasi dan fenomena lainnya, menghasilkan partikel besar, yang akan memiliki dampak lebih besar pada pelapisan selanjutnya dan proses lainnya. Parameter utama stabilitas slurry adalah fluiditas, viskositas, kandungan padat dan densitas.

1. Viskositas bubur

Viskositas pasta elektroda yang stabil dan tepat sangat penting untuk proses pelapisan lembaran elektroda. Viskositas terlalu tinggi atau terlalu rendah tidak kondusif untuk lapisan bagian kutub, bubur dengan viskositas tinggi tidak mudah mengendap dan dispersi akan lebih baik, tetapi viskositas tinggi tidak kondusif untuk efek leveling, tidak kondusif untuk pelapisan; Viskositas terlalu rendah tidak baik, viskositas rendah, meskipun aliran bubur baik, tetapi sulit untuk dikeringkan, mengurangi efisiensi pengeringan lapisan, retak lapisan, aglomerasi partikel bubur, konsistensi kepadatan permukaan tidak baik.

Masalah yang sering terjadi dalam proses produksi kami adalah perubahan viskositas, dan “perubahan” di sini dapat dibagi menjadi perubahan seketika dan perubahan statis. Perubahan sementara mengacu pada perubahan drastis dalam proses pengujian viskositas, dan perubahan statis mengacu pada perubahan viskositas setelah periode waktu tertentu. Viskositas bervariasi dari tinggi ke rendah, dari tinggi ke rendah. Secara umum, faktor utama yang mempengaruhi viskositas bubur adalah kecepatan pencampuran bubur, kontrol waktu, urutan bahan, suhu dan kelembaban lingkungan, dll. Ada banyak faktor, ketika kita bertemu perubahan viskositas harus bagaimana menganalisis dan menyelesaikannya? Viskositas bubur pada dasarnya ditentukan oleh pengikat. Bayangkan bahwa tanpa pengikat PVDF/CMC/SBR (Gbr. 2, 3), atau jika pengikat tidak menggabungkan materi hidup dengan baik, akankah materi hidup padat dan zat konduktif membentuk cairan non-Newtonian dengan lapisan seragam? Jangan! Oleh karena itu, untuk menganalisis dan memecahkan alasan perubahan viskositas bubur, kita harus mulai dari sifat pengikat dan tingkat dispersi bubur.

Gambar

ARA. 2. Struktur molekul PVDF

Gambar

Gambar 3. Rumus molekul CMC

(1) viskositas meningkat

Sistem bubur yang berbeda memiliki aturan perubahan viskositas yang berbeda. Saat ini, sistem bubur utama adalah sistem berminyak PVDF / NMP bubur positif, dan bubur negatif adalah sistem berair grafit / CMC / SBR.

Viskositas bubur positif meningkat setelah jangka waktu tertentu. Salah satu alasan (penempatan waktu singkat) adalah bahwa kecepatan pencampuran bubur terlalu cepat, pengikat tidak sepenuhnya larut, dan bubuk PVDF sepenuhnya larut setelah jangka waktu tertentu, dan viskositas meningkat. Secara umum, PVDF membutuhkan setidaknya 3 jam untuk larut sepenuhnya, tidak peduli seberapa cepat kecepatan pengadukan tidak dapat mengubah faktor yang mempengaruhi ini, yang disebut “tergesa-gesa membuat limbah”. Alasan kedua (lama) adalah bahwa dalam proses pendiaman slurry, koloid berubah dari keadaan sol menjadi keadaan gel. Pada saat ini, jika dihomogenisasi dengan kecepatan lambat, viskositasnya dapat dipulihkan. Alasan ketiga adalah bahwa struktur khusus terbentuk antara koloid dan bahan hidup dan partikel agen konduktif. Keadaan ini tidak dapat diubah, dan viskositas bubur tidak dapat dipulihkan setelah meningkat.

Viskositas bubur negatif meningkat. Viskositas bubur negatif terutama disebabkan oleh penghancuran struktur molekul pengikat, dan viskositas bubur meningkat setelah oksidasi fraktur rantai molekul. Jika bahan terdispersi secara berlebihan, ukuran partikel akan sangat berkurang, dan viskositas bubur juga akan meningkat.

(2) viskositas berkurang

Viskositas bubur positif menurun. Salah satu penyebabnya, koloid perekat mengalami perubahan karakter. Ada banyak alasan untuk perubahan, seperti gaya geser yang kuat selama transfer slurry, perubahan kualitatif penyerapan air oleh pengikat, perubahan struktural dan degradasi itu sendiri dalam proses pencampuran. Alasan kedua adalah bahwa pengadukan dan dispersi yang tidak merata menyebabkan area pengendapan material padat yang luas di dalam slurry. Alasan ketiga adalah bahwa dalam proses pengadukan, perekat mengalami gaya geser dan gesekan yang kuat dari peralatan dan bahan hidup, dan perubahan sifat pada suhu tinggi, yang mengakibatkan penurunan viskositas.

Viskositas bubur negatif berkurang. Salah satu penyebabnya adalah adanya pengotor yang tercampur dalam CMC. Sebagian besar pengotor dalam CMC adalah resin polimer yang tidak larut. Ketika CMC larut dengan kalsium dan magnesium, viskositasnya akan berkurang. Alasan kedua adalah natrium hidroksimetil selulosa, yang terutama merupakan kombinasi C/O. Kekuatan ikatan sangat lemah dan mudah dihancurkan oleh gaya geser. Jika kecepatan pengadukan terlalu cepat atau waktu pengadukan terlalu lama, struktur CMC dapat rusak. CMC memainkan peran penebalan dan penstabil dalam bubur negatif, dan memainkan peran penting dalam dispersi bahan baku. Setelah strukturnya hancur, pasti akan menyebabkan penurunan slurry dan pengurangan viskositas. Alasan ketiga adalah rusaknya pengikat SBR. Dalam produksi sebenarnya, CMC dan SBR biasanya dipilih untuk bekerja sama, dan peran mereka berbeda. SBR terutama memainkan peran pengikat, tetapi rentan terhadap demulsifikasi di bawah pengadukan jangka panjang, yang mengakibatkan kegagalan ikatan dan pengurangan viskositas bubur.

(3) Keadaan khusus (berbentuk jeli tepat waktu tinggi dan rendah)

Dalam proses pembuatan pasta positif, pasta terkadang berubah menjadi jeli. Ada dua alasan utama untuk ini: pertama, air. Mengingat penyerapan air zat hidup dan kontrol kelembaban dalam proses pencampuran tidak baik, penyerapan air bahan baku atau kelembaban lingkungan pencampuran tinggi, sehingga penyerapan air oleh PVDF menjadi jeli. Kedua, nilai pH dari slurry atau material. Semakin tinggi nilai pH maka kontrol kelembaban semakin ketat, terutama pencampuran bahan nikel tinggi seperti NCA dan NCM811.

Viskositas bubur berfluktuasi, salah satu alasannya mungkin bubur tidak sepenuhnya stabil dalam proses pengujian, dan viskositas bubur sangat dipengaruhi oleh suhu. Terutama setelah terdispersi dengan kecepatan tinggi, ada gradien suhu tertentu dalam suhu internal bubur, dan viskositas sampel yang berbeda tidak sama. Alasan kedua adalah dispersi bubur yang buruk, bahan hidup, pengikat, agen konduktif dispersinya tidak baik, bubur tidak fluiditas yang baik, viskositas bubur alami tinggi atau rendah.

2. Ukuran bubur

Setelah bubur digabungkan, perlu untuk mengukur ukuran partikelnya, dan metode pengukuran ukuran partikel biasanya metode scraper. Ukuran partikel merupakan parameter penting untuk mengkarakterisasi kualitas slurry. Ukuran partikel memiliki pengaruh penting pada proses pelapisan, proses rolling dan kinerja baterai. Secara teoritis, semakin kecil ukuran bubur, semakin baik. Ketika ukuran partikel terlalu besar, stabilitas bubur akan terpengaruh, sedimentasi, konsistensi bubur buruk. Dalam proses pelapisan ekstrusi, akan ada bahan pemblokiran, tiang kering setelah pitting, yang mengakibatkan masalah kualitas tiang. Dalam proses penggulungan berikutnya, karena tegangan yang tidak merata di area pelapisan yang buruk, mudah menyebabkan kerusakan kutub dan retakan mikro lokal, yang akan menyebabkan kerusakan besar pada kinerja bersepeda, kinerja rasio, dan kinerja keselamatan baterai.

Zat aktif positif dan negatif, perekat, bahan konduktif dan bahan utama lainnya memiliki ukuran dan kepadatan partikel yang berbeda. Dalam proses pengadukan, akan ada pencampuran, ekstrusi, gesekan, aglomerasi dan mode kontak berbeda lainnya. Pada tahap pencampuran bahan baku secara bertahap, dibasahi oleh pelarut, bahan besar pecah dan secara bertahap cenderung stabil, akan ada pencampuran bahan yang tidak merata, pelarutan perekat yang buruk, aglomerasi partikel halus yang serius, perubahan sifat perekat dan kondisi lain, yang akan mengarah pada pembentukan partikel besar.

Setelah kita memahami apa yang menyebabkan partikel muncul, kita perlu mengatasi masalah ini dengan obat yang tepat. Adapun bahan pencampuran bubuk kering, saya pribadi berpikir bahwa kecepatan mixer memiliki sedikit pengaruh pada tingkat pencampuran bubuk kering, tetapi mereka membutuhkan waktu yang cukup untuk memastikan keseragaman pencampuran bubuk kering. Sekarang beberapa produsen memilih perekat bubuk dan beberapa memilih solusi cair perekat yang baik, dua perekat yang berbeda menentukan proses yang berbeda, penggunaan perekat bubuk membutuhkan waktu lebih lama untuk larut, jika tidak di akhir akan muncul pembengkakan, rebound, perubahan viskositas, dll. aglomerasi antara partikel halus tidak bisa dihindari, tetapi kita harus memastikan bahwa ada cukup gesekan antara bahan untuk memungkinkan partikel aglomerasi muncul ekstrusi, menghancurkan, kondusif untuk pencampuran. Ini mengharuskan kita untuk mengontrol kandungan padat dalam berbagai tahap bubur, kandungan padat yang terlalu rendah akan mempengaruhi dispersi gesekan antar partikel.

3. Isi bubur yang padat

Kandungan padat slurry berkaitan erat dengan kestabilan slurry, proses dan formula yang sama, semakin tinggi kandungan solid slurry maka viskositas semakin besar, begitu pula sebaliknya. Dalam kisaran tertentu, semakin tinggi viskositas, semakin tinggi stabilitas bubur. Ketika kami merancang baterai, kami biasanya menyimpulkan ketebalan inti-inti dari kapasitas baterai hingga desain lembaran elektroda, sehingga desain lembaran elektroda hanya terkait dengan kerapatan permukaan, kerapatan materi hidup, ketebalan dan parameter lainnya. Parameter lembaran elektroda disesuaikan dengan pelapis dan roller press, dan kandungan padat bubur tidak memiliki pengaruh langsung padanya. Jadi, apakah tingkat kandungan padat dari bubur sedikit?

(1) Kandungan padat memiliki pengaruh tertentu pada peningkatan efisiensi pengadukan dan efisiensi pelapisan. Semakin tinggi kandungan padatan, semakin pendek waktu pengadukan, semakin sedikit konsumsi pelarut, semakin tinggi efisiensi pengeringan lapisan, hemat waktu.

(2) Konten padat memiliki persyaratan tertentu untuk peralatan. Slurry dengan kandungan solid yang tinggi memiliki kerugian peralatan yang lebih tinggi, karena semakin tinggi kandungan solidnya, semakin parah keausan peralatan.

(3) Bubur dengan kandungan padat tinggi lebih stabil. Hasil uji stabilitas beberapa slurry (seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah) menunjukkan bahwa TSI (indeks ketidakstabilan) 1.05 pada pengadukan konvensional lebih tinggi dari 0.75 pada proses pengadukan viskositas tinggi, sehingga stabilitas bubur diperoleh dengan viskositas tinggi proses pengadukan lebih baik dibandingkan dengan proses pengadukan konvensional. Tetapi bubur dengan kandungan padat yang tinggi juga akan mempengaruhi fluiditasnya, yang sangat menantang bagi peralatan dan teknisi proses pelapisan.

Gambar

(4) Bubur dengan kandungan padat tinggi dapat mengurangi ketebalan antara lapisan dan mengurangi resistansi internal baterai.

4. Kepadatan pulp

Kepadatan ukuran merupakan parameter penting untuk mencerminkan konsistensi ukuran. Efek dispersi ukuran dapat diverifikasi dengan menguji kepadatan ukuran pada posisi yang berbeda. Dalam hal ini tidak akan terulang, melalui ringkasan di atas, saya percaya bahwa kita menyiapkan pasta elektroda yang baik.