リチウムイオン電池の製造と製造は、XNUMXつの技術的ステップによって密接に関連するプロセスです。 全体として、リチウム電池の製造には、電極製造プロセス、電池組み立てプロセス、および最終的な液体注入、プリチャージ、形成、およびエージングプロセスが含まれます。 プロセスのこれらのXNUMXつの段階では、各プロセスをいくつかの主要なプロセスに分割できます。各ステップは、バッテリーの最終的なパフォーマンスに大きな影響を与えます。

プロセス段階では、ペーストの準備、ペーストのコーティング、ローラープレス、切断、乾燥のXNUMXつのプロセスに細分化できます。 バッテリーの組み立てプロセスでは、さまざまなバッテリーの仕様とモデルに応じて、巻線、シェル、溶接、その他のプロセスに大別されます。 液体注入、排気、シーリング、プレフィル、フォーメーション、エージング、その他のプロセスを含む、液体注入の最終段階。 電極製造プロセスは、リチウム電池製造全体のコアコンテンツであり、電池の電気化学的性能に関連しており、スラリーの品質は特に重要です。

XNUMXつは、スラリーの基本理論です。

リチウムイオン電池の電極スラリーは一種の流体であり、通常はニュートン流体と非ニュートン流体に分けられます。 それらの中で、非ニュートン流体は、ダイラタンシープラスチック流体、時間依存の非ニュートン流体、疑似プラスチック流体、およびビンガムプラスチック流体に分けることができます。 ニュートン流体は低粘度の流体であり、応力下で変形しやすく、せん断応力は変形速度に比例します。 任意の点でのせん断応力がせん断変形率の線形関数である流体。 自然界の多くの流体はニュートン流体です。 水やアルコール、軽油、低分子化合物溶液、低速の流動ガスなど、ほとんどの純粋な液体はニュートン流体です。

非ニュートン流体とは、ニュートンの実験的な粘度の法則を満たさない流体を指します。つまり、せん断応力とせん断ひずみ速度の関係は線形ではありません。 非ニュートン流体は、生命、生産、自然に広く見られます。 ポリマー濃縮溶液およびポリマーの懸濁液は、一般に非ニュートン流体です。 現在、ほとんどの体液は非ニュートン流体として定義されています。 非ニュートン流体には、血液、リンパ液、嚢胞液、および細胞質などの「半流体」が含まれます。

電極スラリーは、比重や粒子径の異なるさまざまな原料で構成されており、固液相で混合・分散されます。 形成されるスラリーは非ニュートン流体です。 リチウム電池のスラリーは、正のスラリーと負のスラリーのXNUMX種類に分けることができます。スラリーシステム（油性、水）が異なるため、その性質は異なります。 ただし、次のパラメータを使用して、スラリーの特性を決定できます。

1.スラリーの粘度

粘度は、流体の粘度の尺度であり、その内部摩擦現象に対する流体力の表現です。 液体が流れると、分子間に内部摩擦が生じます。これは液体の粘度と呼ばれます。 粘度は粘度で表され、液体の特性に関連する抵抗係数を特徴づけるために使用されます。 粘度は、動的粘度と条件付き粘度に分けられます。

粘度は、Aの液体で満たされた、平行なプレートのペア、領域A、DrApartとして定義されます。 次に、推力Fを上部プレートに適用して、速度変化DUを生成します。 液体の粘度がこの力を層ごとに伝達するため、液体の各層もそれに応じて移動し、R ‘で表されるせん断速度と呼ばれる速度勾配du / Drを形成します。 F / Aはせん断応力と呼ばれ、τで表されます。 せん断速度とせん断応力の関係は次のとおりです。

（F / A）= eta（du / Dr）

ニュートン流体はニュートンの公式に準拠しており、粘度は温度にのみ関係し、せん断速度には関係しません。τはDに比例します。

非ニュートン流体は、ニュートンの公式τ/ D = f（D）に準拠していません。 与えられたτ/ Dでの粘度はηaであり、これは見かけの粘度と呼ばれます。 非ニュートン液体の粘度は、温度だけでなく、せん断速度、時間、ずり流動化またはずり流動化にも依存します。

2.スラリーの特性

スラリーは非ニュートン流体であり、固液混合物です。 後続のコーティングプロセスの要件を満たすために、スラリーは次のXNUMXつの特性を備えている必要があります。

①流動性が良い。 スラリーを攪拌し、自然に流動させることで流動性を観察できます。 良好な連続性、連続的なオフとオフは、良好な流動性を意味します。 流動性は、スラリーの固形分と粘度に関係しています。

（2）レベリング。 スラリーの滑らかさは、コーティングの平坦性と均一性に影響を与えます。

③レオロジー。 レオロジーとは、流動中のスラリーの変形特性を指し、その特性がポールシートの品質に影響を与えます。

3.スラリー分散ファンデーション

リチウムイオン電池電極の製造、接着剤によるカソードペースト、導電剤、カソード材料組成; ネガペーストは、接着剤、グラファイト粉末などで構成されています。 ポジティブおよびネガティブスラリーの調製には、液体と液体、液体と固体の材料間の混合、溶解、分散などの一連の技術プロセスが含まれ、このプロセスでは温度、粘度、環境の変化が伴います。 リチウムイオン電池スラリーの混合および分散プロセスは、マクロ混合プロセスとミクロ分散プロセスに分けることができ、これらは常にリチウムイオン電池スラリー調製の全プロセスを伴う。 スラリーの調製は、一般的に次の段階を経ます。

①乾燥粉末混合。 粒子は、点、点、平面、線の形で互いに接触し、

②半乾式泥練り段階。 この段階で、乾燥粉末を均一に混合した後、バインダー液または溶剤を加え、原料が湿って濁っています。 ミキサーを強く攪拌した後、材料は機械的な力のせん断と摩擦を受け、粒子間に内部摩擦が生じます。 それぞれの力の下で、原材料の粒子は高度に分散する傾向があります。 この段階は、完成したスラリーのサイズと粘度に非常に重要な影響を及ぼします。

③希釈・分散段階。 粉砕後、溶媒をゆっくりと加えて、スラリーの粘度と固形分を調整した。 この段階で、分散と凝集が共存し、最終的に安定します。 この段階では、材料の分散は主に機械力、粉末と液体の間の摩擦抵抗、高速分散せん断力、およびスラリーと容器壁の間の衝撃相互作用の影響を受けます。

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スラリーの特性に影響を与えるパラメータの分析

スラリーが良好な安定性を有することは、電池製造の過程で電池の一貫性を確保するための重要な指標です。 組み合わされたスラリーの終わりで、混合が停止し、スラリーは沈下、凝集および他の現象を示し、大きな粒子をもたらし、それはその後のコーティングおよび他のプロセスにより大きな影響を与えるであろう。 スラリーの安定性の主なパラメータは、流動性、粘度、固形分、密度です。

1.スラリーの粘度

電極ペーストの安定した適切な粘度は、電極シートのコーティングプロセスにとって非常に重要です。 粘度が高すぎたり低すぎたりすると、極性片コーティングができなくなり、高粘度のスラリーが沈殿しにくくなり、分散が良くなりますが、高粘度はレベリング効果が得られず、コーティングが得られません。 粘度が低すぎると、粘度は低くなりますが、スラリーの流れは良好ですが、乾燥が困難で、コーティングの乾燥効率が低下し、コーティングの亀裂、スラリー粒子の凝集、面密度の一貫性が良くありません。

私たちの製造工程でよくある問題は粘度の変化であり、ここでの「変化」は瞬間的な変化と静的な変化に分けることができます。 過渡変化とは、粘度試験プロセスの急激な変化を指し、静的変化とは、一定期間後の粘度変化を指します。 粘度は、高から低、高から低まで変化します。 一般的に、スラリーの粘度に影響を与える主な要因は、スラリーの混合速度、時間制御、材料の順序、環境の温度と湿度などです。粘度の変化に遭遇したとき、それをどのように分析して解決するかということは多くの要因があります。 スラリーの粘度は、基本的にバインダーによって決まります。 バインダーPVDF / CMC / SBRがない場合（図2、3）、またはバインダーが生物をうまく結合しない場合、固体の生物と導電剤が均一なコーティングを施した非ニュートン流体を形成すると想像してみてください。 しないでください！ したがって、スラリーの粘度変化の原因を分析して解決するには、バインダーの性質とスラリーの分散度から始める必要があります。

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図。 2.PVDFの分子構造

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図3.CMCの分子式

（1）粘度が上がる

スラリーシステムが異なれば、粘度変化のルールも異なります。 現在、主流のスラリーシステムはポジティブスラリーPVDF / NMPオイリーシステムであり、ネガティブスラリーはグラファイト/ CMC / SBR水性システムです。

①正のスラリーの粘度は、しばらくすると増加します。 理由の3つ（短時間の配置）は、スラリーの混合速度が速すぎ、バインダーが完全に溶解せず、PVDF粉末が一定時間後に完全に溶解し、粘度が上昇することです。 一般的に言って、PVDFが完全に溶解するには少なくともXNUMX時間かかります。攪拌速度がこの影響因子を変えることができなくても、いわゆる「速攻は無駄になります」。 XNUMXつ目の理由（長時間）は、スラリーを放置する過程で、コロイドがゾル状態からゲル状態に変化することです。 このとき、低速で均質化すれば粘度を回復させることができます。 第三の理由は、コロイドと生体物質および導電剤粒子の間に特殊な構造が形成されることです。 この状態は不可逆的であり、スラリーの粘度を上げても元に戻すことはできません。

ネガティブスラリーの粘度が上昇します。 ネガティブスラリーの粘度は主にバインダーの分子構造の破壊によって引き起こされ、スラリーの粘度は分子鎖破壊の酸化後に増加します。 材料が過度に分散すると、粒子サイズが大幅に減少し、スラリーの粘度も増加します。

（2）粘度が低下します

①ポジティブスラリーの粘度が低下します。 その理由のXNUMXつは、接着剤コロイドの性質が変化することです。 スラリー移送時の強いせん断力、バインダーによる吸水率の質的変化、構造変化、混合過程での劣化など、変化には多くの理由があります。 第二の理由は、不均一な攪拌と分散が、スラリー中の固形物の大面積の沈下につながることです。 第三の理由は、攪拌の過程で、接着剤が装置や生体材料の強いせん断力や摩擦を受け、高温で特性が変化して粘度が低下することです。

ネガティブスラリーの粘度が低下します。 その理由のXNUMXつは、CMCに不純物が混入していることです。 CMCの不純物のほとんどは不溶性高分子樹脂です。 CMCがカルシウムおよびマグネシウムと混和性である場合、その粘度は低下します。 XNUMXつ目の理由は、主にC / Oの組み合わせであるヒドロキシメチルセルロースナトリウムです。 接着強度は非常に弱く、せん断力によって簡単に破壊されます。 攪拌速度が速すぎたり、攪拌時間が長すぎたりすると、CMCの構造が破壊される場合があります。 CMCは、ネガティブスラリーの増粘と安定化の役割を果たし、原材料の分散に重要な役割を果たします。 その構造が破壊されると、必然的にスラリーの沈下と粘度の低下を引き起こします。 XNUMX番目の理由はSBRバインダーの破壊です。 実際の制作では、通常、CMCとSBRが連携して動作するように選択され、それらの役割は異なります。 SBRは主にバインダーの役割を果たしますが、長時間の攪拌で解乳化しやすく、接着不良やスラリーの粘度低下を招きます。

（3）特別な事情（ゼリー状のタイムリーな高低）

ポジティブペーストを作る過程で、ペーストがゼリーになることがあります。 これには811つの主な理由があります。XNUMXつは水です。 生体物質の吸水率や混合工程での水分制御が良くないことを考慮すると、原料の吸水率や混合環境の湿度が高く、PVDFによるゼリーへの吸水につながります。 第二に、スラリーまたは材料のpH値。 pH値が高いほど、水分の制御はより厳密になります。特に、NCAやNCMXNUMXなどの高ニッケル材料の混合は厳しくなります。

スラリーの粘度が変動しますが、これは試験工程でスラリーが完全に安定しておらず、温度の影響を大きく受けていることが原因の一つと考えられます。 特に高速分散後は、スラリー内部温度に一定の温度勾配があり、サンプルの粘度が同じではありません。 XNUMX番目の理由は、スラリー、活物質、バインダー、導電剤の分散が不十分、スラリーの流動性が良好でない、自然なスラリーの粘度が高いまたは低いことです。

2.スラリーのサイズ

スラリーを合わせた後、その粒度を測定する必要があり、粒度測定の方法は通常スクレーパー法です。 粒子サイズは、スラリーの品質を特徴付ける重要なパラメータです。 粒子サイズは、コーティングプロセス、圧延プロセス、およびバッテリー性能に重要な影響を及ぼします。 理論的には、スラリーのサイズが小さいほど良いです。 粒度が大きすぎると、スラリーの安定性に影響を与え、沈降、スラリーの粘稠度が低下します。 押し出しコーティングのプロセスでは、ブロッキング材料があり、ピッチング後にポールが乾燥し、ポールの品質に問題が生じます。 次の圧延工程では、コーティング不良部の不均一な応力により、極の破損や局部的な微小亀裂が発生しやすく、電池のサイクル性能、レシオ性能、安全性能に大きな悪影響を及ぼします。

正と負の活性物質、接着剤、導電剤、その他の主要な材料は、粒子のサイズと密度が異なります。 攪拌の過程で、混合、押し出し、摩擦、凝集、およびその他のさまざまな接触モードが発生します。 原料が徐々に混合され、溶剤に濡れ、大きな材料が壊れ、徐々に安定しやすくなる段階では、材料の混合が不均一になり、接着剤の溶解が悪くなり、微粒子の深刻な凝集、接着剤の特性の変化などの条件が発生します。大きな粒子の生成につながります。

粒子が現れる原因を理解したら、適切な薬でこれらの問題に対処する必要があります。 材料の乾燥粉末混合については、個人的にはミキサーの速度は乾燥粉末混合の程度にほとんど影響を与えないと思いますが、乾燥粉末混合の均一性を確保するには十分な時間が必要です。 現在、一部のメーカーは粉末状の接着剤を選択し、一部のメーカーは液体溶液の良好な接着剤を選択しています。XNUMXつの異なる接着剤が異なるプロセスを決定します。粉末状の接着剤を使用すると、溶解に時間がかかります。そうしないと、遅くなって膨潤、リバウンド、粘度変化などが発生します。微粒子間の凝集は避けられませんが、凝集粒子が押し出され、押しつぶされ、混合しやすいように見えるように、材料間に十分な摩擦があることを確認する必要があります。 これには、スラリーのさまざまな段階で固形分を制御する必要があります。固形分が少なすぎると、粒子間の摩擦分散に影響します。

3.スラリーの固形分

スラリーの固形分は、スラリーの安定性と密接に関連しており、同じプロセスと処方で、スラリーの固形分が多いほど粘度が高くなり、逆もまた同様です。 特定の範囲では、粘度が高いほど、スラリーの安定性が高くなります。 電池を設計する場合、一般的に電池の容量から電極板の設計までコアコアの厚さを推定するため、電極板の設計は面密度、生物密度、厚さにのみ関係します。およびその他のパラメータ。 電極シートのパラメータはコーターとローラープレスによって調整され、スラリーの固形分はそれに直接影響を与えません。 それで、スラリーの固形分レベルはほとんど重要ではありませんか？

（1）固形分は、攪拌効率やコーティング効率の向上に一定の影響を及ぼします。 固形分が多いほど、攪拌時間が短くなり、溶剤の消費量が少なくなり、コーティングの乾燥効率が高くなり、時間を節約できます。

（2）固形分には、機器に一定の要件があります。 固形分が多いスラリーは、固形分が多いほど機器の摩耗が深刻になるため、機器の損失が大きくなります。

（3）固形分が多いスラリーの方が安定です。 一部のスラリーの安定性試験結果（下図）は、従来の攪拌でのTSI（不安定性指数）が高粘度攪拌法での1.05よりも高いことから、高粘度で得られたスラリーの安定性を示しています。攪拌プロセスは、従来の攪拌プロセスによって得られるプロセスよりも優れています。 しかし、固形分が多いスラリーは流動性にも影響を及ぼします。これは、コーティングプロセスの機器や技術者にとって非常に困難です。

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（4）固形分が多いスラリーは、コーティング間の厚みを減らし、バッテリーの内部抵抗を減らすことができます。

4.パルプ密度

サイズの密度は、サイズの一貫性を反映するための重要なパラメーターです。 サイズの分散効果は、さまざまな位置でサイズの密度をテストすることで確認できます。 これは繰り返されませんが、上記の要約を通して、私たちは良い電極ペーストを準備していると信じています。