Литий-ионды аккумуляторды өндіру және өндіру бір технологиялық қадаммен тығыз байланысты процесс. Тұтастай алғанда, литий батареясының өндірісі электродтарды өндіру процесін, аккумуляторды құрастыру процесін және соңғы сұйықтықты бүрку, алдын ала зарядтау, қалыптастыру және қартаю процесін қамтиды. Процестің осы үш сатысында әрбір процесті бірнеше негізгі процестерге бөлуге болады, әрбір қадам батареяның соңғы өнімділігіне үлкен әсер етеді.

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.

Бірінші, суспензияның негізгі теориясы

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.

Ньютондық емес сұйықтық деп Ньютонның тәжірибелік тұтқырлық заңын қанағаттандырмайтын сұйықтықты айтады, яғни ығысу кернеуі мен ығысу деформациясының жылдамдығы арасындағы байланыс сызықты емес. Ньютондық емес сұйықтықтар өмірде, өндірісте және табиғатта кеңінен кездеседі. Полимерлердің концентрацияланған ерітінділері мен полимерлердің суспензиялары әдетте Ньютондық емес сұйықтықтар болып табылады. Көптеген биологиялық сұйықтықтар қазір Ньютондық емес сұйықтықтар ретінде анықталады. Ньютондық емес сұйықтықтарға қан, лимфа және цистикалық сұйықтықтар, сонымен қатар цитоплазма сияқты «жартылай сұйықтықтар» жатады.

Электродты суспензия әртүрлі меншікті салмағы мен бөлшектерінің өлшемі бар әртүрлі шикізаттан тұрады және қатты-сұйық фазада араласады және дисперсті болады. Түзілген суспензия Ньютондық емес сұйықтық болып табылады. Литий батареялы суспензияны оң суспензия және теріс суспензия деп екі түрге бөлуге болады, суспензия жүйесі (майлы, су) әртүрлі болғандықтан, оның табиғаты әртүрлі болады. Дегенмен, суспензияның қасиеттерін анықтау үшін келесі параметрлерді қолдануға болады:

1. Шламның тұтқырлығы

Viscosity is a measure of fluid viscosity and an expression of fluid force on its internal friction phenomenon. When liquid flows, it produces internal friction between its molecules, which is called viscosity of liquid. Viscosity is expressed by viscosity, which is used to characterize the resistance factor related to liquid properties. Viscosity is divided into dynamic viscosity and conditional viscosity.

Тұтқырлық А сұйықтығымен толтырылған A, Dr Apart ауданы, параллельді пластиналар жұбы ретінде анықталады. Енді DU жылдамдығын өзгерту үшін үстіңгі тақтаға F күшін қолданыңыз. Сұйықтықтың тұтқырлығы бұл күш қабатын қабат-қабатқа тасымалдайтындықтан, сұйықтықтың әрбір қабаты да сәйкесінше қозғалып, жылдамдық градиентін құрайды, ығысу жылдамдығы деп аталады, R ‘. F/A τ түрінде көрсетілген ығысу кернеуі деп аталады. Ығысу жылдамдығы мен ығысу кернеуі арасындағы байланыс келесідей:

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

Ньютон сұйықтығы Ньютон формуласына сәйкес келеді, тұтқырлық ығысу жылдамдығына емес, тек температураға байланысты, τ D-ке пропорционал.

Ньютондық емес сұйықтықтар Ньютонның τ/D=f(D) формуласына сәйкес келмейді. Берілген τ/D кезіндегі тұтқырлық ηa, ол көрінетін тұтқырлық деп аталады. Ньютондық емес сұйықтықтардың тұтқырлығы тек температураға ғана емес, сонымен қатар ығысу жылдамдығына, уақытқа және ығысудың жұқаруына немесе ығысудың қалыңдауына байланысты.

2. Шламның қасиеттері

Шлам – қатты-сұйық қоспасы болып табылатын Ньютондық емес сұйықтық. Кейінгі жабу процесінің талаптарын қанағаттандыру үшін суспензия келесі үш сипаттамаға ие болуы керек:

① Жақсы өтімділік. Сұйықтықты суспензияны араластыру және оның табиғи ағуына мүмкіндік беру арқылы байқауға болады. Жақсы үздіксіздік, үздіксіз өшіру және өшіру жақсы өтімділікті білдіреді. Сұйықтық суспензияның қатты құрамы мен тұтқырлығына байланысты,

(2) нивелирлеу. Қоспаның тегістігі жабынның тегістігі мен тегістігіне әсер етеді.

③ Реология. Реология ағындағы суспензияның деформациялық сипаттамаларына жатады және оның қасиеттері полюсті жабынның сапасына әсер етеді.

3. Slurry dispersion foundation

Литий-ионды аккумулятор электродтарын өндіру, желіммен катодты паста, өткізгіш агент, катод материалының құрамы; Теріс паста желімнен, графит ұнтағынан және т.б. Оң және теріс суспензияны дайындау сұйық және сұйық, сұйық және қатты материалдар арасында араластыру, еріту және дисперсиялау сияқты бірқатар технологиялық процестерді қамтиды және бұл процесте температураның, тұтқырлықтың және қоршаған ортаның өзгеруімен бірге жүреді. Литий-ионды аккумуляторлық суспензияны араластыру және дисперсиялау процесін макро араластыру процесіне және микро дисперсия процесіне бөлуге болады, олар әрқашан литий-ионды батарея суспензиясын дайындаудың бүкіл процесімен бірге жүреді. Шламды дайындау әдетте келесі кезеңдерден өтеді:

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

② Жартылай құрғақ балшық илеу кезеңі. Бұл кезеңде құрғақ ұнтақты біркелкі араластырғаннан кейін байланыстырғыш сұйықтық немесе еріткіш қосылады, ал шикізат ылғалды және лай болады. Араластырғышты қатты араластырғаннан кейін материал механикалық күштің ығысуы мен үйкелісіне ұшырайды және бөлшектер арасында ішкі үйкеліс пайда болады. Әрбір күштің әсерінен шикізат бөлшектері жоғары дисперсті болады. Бұл кезең дайын суспензияның өлшемі мен тұтқырлығына өте маңызды әсер етеді.

③ Сұйылту және дисперсия кезеңі. Илеуден кейін суспензияның тұтқырлығы мен қатты құрамын реттеу үшін еріткіш баяу қосылды. Бұл кезеңде дисперсия мен агломерация қатар жүреді, ақырында тұрақтылыққа жетеді. Бұл кезеңде материалдардың дисперсиясына негізінен механикалық күш, ұнтақ пен сұйықтық арасындағы үйкеліс кедергісі, жоғары жылдамдықтағы дисперсиялық ығысу күші және суспензия мен контейнер қабырғасының әсерлесу әрекеті әсер етеді.

Сурет

Шламның қасиеттеріне әсер ететін параметрлерді талдау

Батареяны өндіру процесінде аккумулятордың консистенциясын қамтамасыз ететін маңызды көрсеткіш, бұл суспензия жақсы тұрақтылыққа ие болуы керек. Біріктірілген суспензияның аяқталуымен, араластыру тоқтайды, суспензия пайда болады, шөгу, флокуляция және басқа құбылыстар, нәтижесінде үлкен бөлшектер пайда болады, бұл кейінгі жабынға және басқа процестерге үлкен әсер етеді. Қойма тұрақтылығының негізгі параметрлері – аққыштық, тұтқырлық, қатты заттардың құрамы және тығыздығы.

1. Шламның тұтқырлығы

Электродты пастаның тұрақты және сәйкес тұтқырлығы электрод парағын жабу процесі үшін өте маңызды. Тұтқырлық тым жоғары немесе тым төмен полярлы бөлікті жабуға қолайлы емес, жоғары тұтқырлығы бар суспензияны тұндыру оңай емес және дисперсия жақсырақ болады, бірақ жоғары тұтқырлық тегістеу әсеріне ықпал етпейді, жабуға қолайлы емес; Тұтқырлықтың тым төмен болуы жақсы емес, тұтқырлығы төмен, суспензия ағыны жақсы болғанымен, оны кептіру қиын, жабынның кептіру тиімділігі төмендейді, жабынның крекингі, суспензия бөлшектерінің агломерациясы, бетінің тығыздығы консистенциясы жақсы емес.

Біздің өндіріс процесінде жиі кездесетін мәселе тұтқырлықтың өзгеруі болып табылады және мұндағы «өзгерістерді» лезде және статикалық өзгерістерге бөлуге болады. Өтпелі өзгеріс тұтқырлықты сынау процесінің күрт өзгеруін білдіреді, ал статикалық өзгеріс белгілі бір уақыт кезеңінен кейін тұтқырлықтың өзгеруін білдіреді. Тұтқырлық жоғарыдан төменге, жоғарыдан төменге дейін өзгереді. Жалпы айтқанда, суспензияның тұтқырлығына әсер ететін негізгі факторларға суспензияны араластыру жылдамдығы, уақытты бақылау, ингредиенттер тәртібі, қоршаған ортаның температурасы мен ылғалдылығы және т.б. жатады. Көптеген факторлар бар, біз тұтқырлықтың өзгеруіне кездескен кезде оны қалай талдау және шешу керек? Шламның тұтқырлығы негізінен байланыстырушы затпен анықталады. Елестетіңізші, PVDF/CMC/SBR байланыстырғышсыз (2-сурет, 3) немесе егер байланыстырғыш тірі затты жақсы біріктірмесе, қатты тірі зат пен өткізгіш агент біркелкі жабыны бар Ньютондық емес сұйықтық түзе ме? Болма! Сондықтан суспензияның тұтқырлығының өзгеру себебін талдау және шешу үшін байланыстырғыштың табиғатынан және суспензияның дисперсия дәрежесінен бастау керек.

Сурет

FIG. 2. Molecular structure of PVDF

Сурет

Сурет 3. ЦМС молекулалық формуласы

(1) тұтқырлық артады

Әртүрлі суспензия жүйелерінде тұтқырлықты өзгерту ережелері әртүрлі. Қазіргі уақытта негізгі суспензия жүйесі оң суспензия PVDF/NMP майлы жүйесі, ал теріс суспензия графит /CMC/SBR сулы жүйесі болып табылады.

① Оң суспензияның тұтқырлығы біраз уақыттан кейін артады. Бір себебі (қысқа уақытты орналастыру) суспензияны араластыру жылдамдығы тым жылдам, байланыстырғыш толығымен ерімейді және PVDF ұнтағы белгілі бір уақыт кезеңінен кейін толығымен ерітіледі және тұтқырлық артады. Жалпы айтқанда, PVDF толық еруі үшін кем дегенде 3 сағат қажет, араластыру жылдамдығы қаншалықты жылдам болса да, бұл әсер етуші факторды өзгерте алмайды, «асығыс ысырап етеді» деп аталады. Екінші себеп (ұзақ уақыт) суспензияның тұру процесінде коллоид золь күйінен гельдік күйге ауысады. Осы уақытта ол баяу жылдамдықпен гомогенизацияланса, оның тұтқырлығын қалпына келтіруге болады. Үшінші себеп – коллоидты және тірі материал мен өткізгіш агент бөлшектерінің арасында ерекше құрылым түзіледі. Бұл күй қайтымсыз, ал суспензияның тұтқырлығын жоғарылатудан кейін қалпына келтіру мүмкін емес.

The viscosity of the negative slurry increases. The viscosity of the negative slurry is mainly caused by the destruction of the molecular structure of the binder, and the viscosity of the slurry is increased after the oxidation of the molecular chain fracture. If the material is excessively dispersed, the particle size will be greatly reduced, and the viscosity of the slurry will also be increased.

(2) тұтқырлық төмендейді

① Оң суспензияның тұтқырлығы төмендейді. Себептердің бірі адгезиялық коллоидтық сипаттағы өзгерістер. Өзгерудің көптеген себептері бар, мысалы, суспензияны беру кезінде күшті ығысу күші, байланыстырғыштың суды сіңіруінің сапалы өзгеруі, құрылымдық өзгерістер және араластыру процесінде өзінің деградациясы. Екінші себеп, біркелкі емес араластыру және дисперсия суспензияда қатты материалдардың үлкен аумақта шөгуіне әкеледі. Үшінші себеп, араластыру процесінде желімге қатты ығысу күші мен жабдықтың және тірі материалдың үйкелісіне ұшырайды және жоғары температурада қасиеттері өзгереді, нәтижесінде тұтқырлық төмендейді.

Теріс суспензияның тұтқырлығы төмендейді. Себептердің бірі – CMC құрамында қоспалардың араласуы. CMC құрамындағы қоспалардың көпшілігі ерімейтін полимерлі шайыр болып табылады. CMC кальциймен және магниймен араласқан кезде оның тұтқырлығы төмендейді. Екінші себеп – натрий гидроксиметил целлюлозасы, ол негізінен С/О қосындысы болып табылады. Байланыстың беріктігі өте әлсіз және ығысу күшімен оңай жойылады. Араластыру жылдамдығы тым жылдам немесе араластыру уақыты тым ұзақ болғанда, CMC құрылымы бұзылуы мүмкін. CMC теріс суспензияда қоюландырғыш және тұрақтандырушы рөл атқарады, ал шикізаттың дисперсиясында маңызды рөл атқарады. Оның құрылымы бұзылғаннан кейін, ол сөзсіз суспензияның шөгуіне және тұтқырлықтың төмендеуіне әкеледі. Үшінші себеп – SBR байланыстырғышының бұзылуы. Нақты өндірісте CMC және SBR әдетте бірге жұмыс істеу үшін таңдалады және олардың рөлдері әртүрлі. СБР негізінен байланыстырушы рөл атқарады, бірақ ол ұзақ уақыт араластырғанда деэмульсацияға бейім, нәтижесінде қосылыс бұзылады және суспензияның тұтқырлығы төмендейді.

(3) Ерекше жағдайлар (желе тәрізді уақтылы жоғары және төмен)

Оң паста дайындау процесінде паста кейде желеге айналады. Мұның екі негізгі себебі бар: біріншіден, су. Тірі заттардың ылғалды сіңіру және араластыру процесінде ылғалды бақылау жақсы емес екенін ескерсек, шикізаттың ылғалды сіңіруі немесе араластыру ортасының ылғалдылығы жоғары, нәтижесінде PVDF суды желеге сіңіреді. Екіншіден, суспензия немесе материалдың рН мәні. РН мәні неғұрлым жоғары болса, ылғалдылықты бақылау қатаңырақ болады, әсіресе NCA және NCM811 сияқты жоғары никельді материалдарды араластыру.

Шламның тұтқырлығы ауытқиды, оның себептерінің бірі сынау процесінде суспензияның толық тұрақтанбауы, ал суспензияның тұтқырлығына температураның үлкен әсер етуі болуы мүмкін. Әсіресе жоғары жылдамдықпен дисперсті болғаннан кейін суспензияның ішкі температурасында белгілі бір температура градиенті болады және әртүрлі үлгілердің тұтқырлығы бірдей емес. Екінші себеп – суспензияның, тірі материалдың, байланыстырғыштың нашар дисперсиясы, өткізгіш агент жақсы дисперсия емес, суспензия жақсы өтімді емес, табиғи суспензияның тұтқырлығы жоғары немесе төмен.

2. Шламның мөлшері

Шламды біріктіргеннен кейін оның бөлшектерінің мөлшерін өлшеу қажет, ал бөлшектердің мөлшерін өлшеу әдісі әдетте қырғыш әдіс болып табылады. Бөлшектердің мөлшері суспензия сапасын сипаттайтын маңызды параметр болып табылады. Бөлшектердің өлшемі жабу процесіне, илемдеу процесіне және батареяның өнімділігіне маңызды әсер етеді. Теориялық тұрғыдан, суспензия мөлшері неғұрлым аз болса, соғұрлым жақсы. Бөлшектердің мөлшері тым үлкен болғанда, суспензияның тұрақтылығы әсер етеді, шөгу, суспензия консистенциясы нашар. Экструзиялық жабын процесінде блоктау материалы болады, шұңқырдан кейін полюс кептіріледі, нәтижесінде полюстердің сапасына қатысты мәселелер туындайды. Келесі илемдеу процесінде нашар жабын аймағындағы біркелкі кернеуге байланысты полюстердің сынуы мен жергілікті микрожарықтардың пайда болуы оңай, бұл велосипед өнімділігіне, қатынас өнімділігіне және батареяның қауіпсіздік көрсеткіштеріне үлкен зиян келтіреді.

Оң және теріс белсенді заттар, желімдер, өткізгіш агенттер және басқа да негізгі материалдар әртүрлі бөлшектердің өлшемдері мен тығыздығына ие. Араластыру процесінде араластыру, экструзия, үйкеліс, агломерация және басқа да әртүрлі байланыс режимдері болады. Шикізаттың бірте-бірте араласуы, еріткішпен сулануы, үлкен материалдың сынуы және бірте-бірте тұрақтылыққа ұмтылуы кезеңдерінде материалдың біркелкі емес араласуы, адгезияның нашар еруі, ұсақ бөлшектердің қатты агломерациясы, адгезиялық қасиеттердің өзгеруі және басқа да жағдайлар болады. үлкен бөлшектердің пайда болуына әкеледі.

Бөлшектердің пайда болуына не себеп болғанын түсінгеннен кейін, біз бұл мәселелерді тиісті препараттармен шешуіміз керек. Материалдарды құрғақ ұнтақты араластыруға келетін болсақ, менің ойымша, араластырғыш жылдамдығы құрғақ ұнтақты араластыру дәрежесіне аз әсер етеді, бірақ олар құрғақ ұнтақты араластырудың біркелкілігін қамтамасыз ету үшін жеткілікті уақытты қажет етеді. Қазір кейбір өндірушілер ұнтақты желім, ал кейбіреулері сұйық ерітінді жақсы желім таңдайды, екі түрлі желім әртүрлі процесті анықтайды, ұнтақты желімді пайдалану еріту үшін ұзағырақ уақытты қажет етеді, әйтпесе кейінірек ісік пайда болады, қайта оралу, тұтқырлықтың өзгеруі және т.б. ұсақ бөлшектер арасындағы агломерация сөзсіз, бірақ агломерация бөлшектерінің экструзия, ұсақтау, араластыруға қолайлы болып көрінуін қамтамасыз ету үшін материалдар арасында жеткілікті үйкеліс болуын қамтамасыз ету керек. Бұл бізден суспензияның әртүрлі кезеңдеріндегі қатты мазмұнды бақылауды талап етеді, қатты мазмұнның тым төмен болуы бөлшектер арасындағы үйкеліс дисперсиясына әсер етеді.

3. Шламның қатты құрамы

Шламның қатты құрамы суспензияның тұрақтылығымен тығыз байланысты, процесс және формула бірдей, суспензияның қатты құрамы неғұрлым жоғары болса, тұтқырлығы соғұрлым жоғары болады және керісінше. Белгілі бір диапазонда тұтқырлық неғұрлым жоғары болса, суспензияның тұрақтылығы соғұрлым жоғары болады. Біз аккумуляторды құрастырған кезде біз әдетте өзекшенің қалыңдығын аккумулятордың сыйымдылығынан электрод парағының дизайнына дейін шығарамыз, сондықтан электрод парағының дизайны тек беттің тығыздығына, тірі заттардың тығыздығына, қалыңдығына байланысты. және басқа параметрлер. Электродты қаңылтырдың параметрлері қаптауышпен және роликті преспен реттеледі, ал суспензияның қатты құрамы оған тікелей әсер етпейді. Сонымен, суспензияның қатты құрамының деңгейі шамалы ма?

(1) Қатты қоспаның араластыру тиімділігі мен жабу тиімділігін арттыруға белгілі бір әсері бар. Қатты құрам неғұрлым жоғары болса, соғұрлым араластыру уақыты қысқарады, еріткіш аз жұмсалады, жабынды кептіру тиімділігі соғұрлым жоғары болады, уақыт үнемделеді.

(2) Қатты құрамда жабдыққа белгілі талаптар қойылады. Қатты құрамы жоғары суспензияның жабдыққа шығыны жоғары, себебі қаттылық неғұрлым жоғары болса, жабдықтың тозуы соғұрлым ауыр болады.

(3) Қатты құрамы жоғары суспензия тұрақтырақ. Кейбір суспензияның тұрақтылығын сынау нәтижелері (төмендегі суретте көрсетілгендей) әдеттегі араластыру кезінде 1.05 болатын TSI (тұрақсыздық индексі) жоғары тұтқырлықпен араластыру процесіндегі 0.75-тен жоғары екенін көрсетеді, сондықтан жоғары тұтқырлықпен алынған суспензия тұрақтылығы араластыру процесі әдеттегі араластыру процесімен алынғанға қарағанда жақсырақ. Бірақ қатты құрамы жоғары суспензия оның сұйықтығына да әсер етеді, бұл жабындар мен жабу процесінің техниктері үшін өте қиын.

Сурет

(4) Қатты құрамы жоғары суспензия жабындар арасындағы қалыңдықты азайтып, батареяның ішкі кедергісін азайтады.

4. Целлюлозаның тығыздығы

Өлшемнің тығыздығы өлшемнің консистенциясын көрсететін маңызды параметр болып табылады. Өлшемнің дисперсиялық әсерін өлшемнің тығыздығын әртүрлі позицияларда сынау арқылы тексеруге болады. Бұл қайталанбайды, жоғарыда келтірілген түйіндеме арқылы біз жақсы электрод пастасын дайындаймыз деп ойлаймын.