Литий-иондук батареяны өндүрүү жана өндүрүү бир технологиялык кадам менен тыгыз байланышкан процесс. Бүтүндөй алганда, литий батареясын өндүрүү электрод өндүрүш процессин, батареяны чогултуу процессин жана акыркы суюктук инъекцияны, алдын ала заряддоону, калыптандырууну жана картаюу процессин камтыйт. Процесстин бул үч баскычында ар бир процессти бир нече негизги процесстерге бөлүүгө болот, ар бир кадам батареянын акыркы иштешине чоң таасирин тийгизет.

Процесс стадиясында аны беш процесске бөлүүгө болот: паста даярдоо, паста жабуу, ролик басуу, кесүү жана кургатуу. Батареяны чогултуу процессинде жана ар кандай аккумулятордун спецификацияларына жана моделдерине ылайык, болжол менен ороо, кабык, ширетүү жана башка процесстерге бөлүнөт. Суюк инъекциянын акыркы этабында, анын ичинде суюктук инъекция, газ чыгаруу, мөөр басуу, prefilling, калыптандыруу, картаюу жана башка процесстер. Электродду өндүрүү процесси бүт литий батареясын өндүрүүнүн негизги мазмуну болуп саналат, ал батареянын электрохимиялык көрсөткүчтөрүнө байланыштуу жана шламдын сапаты өзгөчө маанилүү.

Биринчиси, шламдын негизги теориясы

Литий-иондук аккумулятордук электрод суюктуктун бир түрү, адатта Ньютон суюктугуна жана Ньютондук эмес суюктукка бөлүнөт. Алардын арасында Ньютондук эмес суюктук кеңейүүчү пластикалык суюктук, убакытка көз каранды Ньютондук эмес суюктук, псевдопластикалык суюктук жана бингем пластикалык суюктук болуп бөлүнөт. Ньютон суюктугу аз илешкектүү суюктук болуп саналат, ал стресс астында деформацияланууга оңой жана жылышуу стресси деформациянын ылдамдыгына пропорционалдуу. Кайсыл чекитте болбосун жылышуу чыңалуусу жылышуу деформациясынын ылдамдыгынын сызыктуу функциясы болгон суюктук. Табияттагы көптөгөн суюктуктар Ньютон суюктуктары болуп саналат. Суу жана спирт, жеңил май, төмөнкү молекулалуу кошулма эритмелери жана аз ылдамдыктагы газдар сыяктуу таза суюктуктардын көбү Ньютон суюктуктары болуп саналат.

Ньютондук эмес суюктук деп Ньютондун эксперименталдык илешкектүүлүк мыйзамын канааттандырбаган суюктукка кирет, б.а., жылма чыңалуу менен жылышуу деформациясынын ылдамдыгы ортосундагы байланыш сызыктуу эмес. Ньютондук эмес суюктуктар жашоодо, өндүрүштө жана жаратылышта кеңири кездешет. Полимерлердин концентрацияланган эритмелери жана суспензиялары көбүнчө Ньютондук эмес суюктуктар болуп саналат. Көпчүлүк биологиялык суюктуктар азыр Ньютондук эмес суюктуктар катары аныкталат. Ньютондук эмес суюктуктарга кан, лимфа жана цистикалык суюктуктар, ошондой эле цитоплазма сыяктуу «жарым суюктуктар» кирет.

Электроддук суспензия ар кандай салыштырма салмагы жана бөлүкчөлөрдүн өлчөмү менен ар кандай чийки заттан турат жана катуу-суюк фазада аралашып, дисперстүү болот. Түзүлгөн суюктук Ньютондук эмес суюктук болуп саналат. Литий аккумулятордук шламды оң шлам жана терс шлам деп эки түргө бөлүүгө болот, анткени шлам системасы (майлуу, суу) ар кандай болгондуктан, анын табияты ар кандай болот. Бирок, шламдын касиеттерин аныктоо үчүн төмөнкү параметрлерди колдонсо болот:

1. Шламдын илешкектүүлүгү

Илешкектүүлүк – суюктуктун илешкектүүлүгүнүн өлчөмү жана суюктуктун күчүнүн анын ички сүрүлүү кубулушуна чагылдырылышы. Суюктук агып жатканда, анын молекулаларынын ортосунда ички сүрүлүүнү пайда кылат, бул суюктуктун илешкектүүлүгү деп аталат. Илешкектүүлүк илешкектүүлүк менен туюнтулат, ал суюктук касиеттерге байланыштуу каршылык факторун мүнөздөш үчүн колдонулат. Илешкектүүлүк динамикалык илешкектүүлүк жана шарттуу илешкектүүлүк болуп бөлүнөт.

Илешкектүүлүк А суюктугу менен толтурулган бир жуп параллелдүү плиталар, аянты A, Dr Apart катары аныкталат. Эми DU ылдамдыгын өзгөртүү үчүн үстүнкү плитага F түртүүсүн колдонуңуз. Суюктуктун илешкектүүлүгү бул күч катмарын катмар-катмарга өткөрүп бергендиктен, суюктуктун ар бир катмары да ошого жараша жылып, ылдамдык градиенти дю/ Dr түзөт, жылышуу ылдамдыгы R ‘ менен көрсөтүлгөн. F/A τ менен туюнтулган жылышуу стресси деп аталат. Жылуу ылдамдыгы менен жылышуу стрессинин ортосундагы байланыш төмөнкүдөй:

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

Ньютон суюктугу Ньютон формуласына туура келет, илешкектүүлүк жылуу ылдамдыгына эмес, температурага гана байланыштуу, τ D ге пропорционал.

Ньютондук эмес суюктуктар Ньютондун τ/D=f(D) формуласына туура келбейт. Берилген τ/Dдеги илешкектүүлүк ηa болуп саналат, ал көрүнөө илешкектүүлүк деп аталат. Ньютондук эмес суюктуктардын илешкектүүлүгү температурага гана эмес, ошондой эле жылышуу ылдамдыгына, убакытка жана жылыштын суюлушуна же кесүү коюулануусуна да көз каранды.

2. Шламдын касиеттери

Суюктук катуу суюктук аралашмасы болгон Ньютондук эмес суюктук. Кийинки каптоо процессинин талаптарын канааттандыруу үчүн шлам төмөнкү үч мүнөздөмөлөргө ээ болушу керек:

① Жакшы ликвиддүүлүк. Суюктукту аралаштыруу жана анын табигый агып кетүүсүнө жол берүү аркылуу байкоого болот. Жакшы үзгүлтүксүздүк, үзгүлтүксүз өчүрүү жана өчүрүү жакшы өтүмдүүлүктү билдирет. Суюктук шламдын катуу курамына жана илешкектүүлүгүнө байланыштуу,

(2) тегиздөө. Шламдын жылмакайлыгы жабуунун тегиздигине жана тегиздигине таасирин тийгизет.

③ Реология. Реология агымдагы шламдын деформациялык мүнөздөмөлөрүн билдирет жана анын касиеттери полюс барактын сапатына таасирин тийгизет.

3. Шламдын дисперсиялык негизи

Литий-иондук батарея электрод өндүрүү, жабышчаак менен катод пастасы, өткөргүч агент, катод материалдык курамы; Терс паста жабышчаак, графит порошок жана башкалардан турат. Оң жана терс шламды даярдоо суюктук менен суюктуктун, суюк жана катуу материалдардын ортосунда аралаштыруу, эрүү жана дисперсациялоо сыяктуу бир катар технологиялык процесстерди камтыйт жана бул процессте температуранын, илешкектүүлүктүн жана чөйрөнүн өзгөрүшү менен коштолот. Литий-иондук батареянын шламын аралаштыруу жана дисперсиялоо процессин макро аралаштыруу процессине жана микро дисперсиялык процесске бөлүүгө болот, алар ар дайым литий-иондук батареянын шламын даярдоонун бүт процесси менен коштолот. Кооз даярдоо жалпысынан төмөнкү этаптардан өтөт:

① Кургак порошок аралаштыруу. Бөлүкчөлөр бири-бирине чекиттер, чекиттер, тегиздик жана сызыктар түрүндө тийип,

② Жарым кургак ылай камыртуу этабы. Бул этапта кургак порошок текши аралашкандан кийин туташтыргыч суюктук же эриткич кошулуп, чийки зат нымдуу жана ылай болот. Аралаштыргычтын катуу аралашканынан кийин материал механикалык күчтүн сүрүлүшүнө жана сүрүлүүсүнө дуушар болот жана бөлүкчөлөрдүн ортосунда ички сүрүлүү пайда болот. Ар бир күчтүн астында чийки заттын бөлүкчөлөрү жогорку дисперстүү болушат. Бул этап даяр шламдын өлчөмүнө жана илешкектүүлүгүнө абдан маанилүү таасир этет.

③ Суюлтуу жана дисперсия баскычы. Камыр жуурулгандан кийин эриткич жай аралаштырылып, суспензия илешкектүүлүгүн жана катуу курамын жөнгө салат. Бул этапта дисперсия жана агломерация жанаша жашап, акыры туруктуулукка жетет. Бул этапта, материалдардын дисперсиясына негизинен механикалык күч, порошок менен суюктуктун сүрүлүү каршылыгы, жогорку ылдамдыктагы дисперсиялык кесүү күчү жана шлам менен контейнер дубалынын ортосундагы таасирдин өз ара аракеттенүүсү таасир этет.

Сүрөт

Шламдын касиетине таасир этүүчү параметрлердин анализи

Батареяны өндүрүү процессинде аккумулятордун ырааттуулугун камсыз кылуу үчүн маанилүү көрсөткүч болуп, шлам жакшы туруктуулукка ээ болушу керек. Айкалыштырылган суспензия аяктагандан кийин, аралаштыруу токтойт, шламда отуруу, флокуляция жана башка кубулуштар пайда болот, натыйжада ири бөлүкчөлөр пайда болот, бул кийинки каптоо жана башка процесстерге көбүрөөк таасирин тийгизет. Шламдын туруктуулугунун негизги параметрлери болуп суюктук, илешкектүүлүк, катуу заттын курамы жана тыгыздыгы саналат.

1. Шламдын илешкектүүлүгү

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.

Биздин өндүрүш процессинде көп кездешүүчү көйгөй илешкектүүлүктүн өзгөрүшү жана бул жердеги “өзгөрүүнү” көз ирмемдик өзгөртүү жана статикалык өзгөрүү деп бөлүүгө болот. Убактылуу өзгөрүү илешкектүүлүгүн текшерүү процессиндеги кескин өзгөрүүнү билдирет, ал эми статикалык өзгөрүү илешкектүүлүктүн бир нече убакыттан кийин өзгөрүшүн билдирет. Илешкектүүлүк жогоркудан төмөнгө, жогоркудан төмөнгө чейин өзгөрөт. Жалпысынан айтканда, шламдын илешкектүүлүгүнө таасир этүүчү негизги факторлор бул шламды аралаштыруу ылдамдыгы, убакытты көзөмөлдөө, ингредиенттердин тартиби, айлана-чөйрөнүн температурасы жана нымдуулугу ж.б. Көптөгөн факторлор бар, биз илешкектүүлүктүн өзгөрүшүнө жолукканда, аны кантип талдоо жана чечүү керек? Шламдын илешкектүүлүгү негизинен байланыштыргыч тарабынан аныкталат. Элестеткиле, PVDF/CMC/SBR байланыштыргычсыз (сүрөт 2, 3) же байланыштыргыч тирүү затты жакшы айкалыштырбаса, катуу тирүү зат менен өткөргүч бир калыпта капталган Ньютондук эмес суюктукту түзөбү? Болбо! Ошондуктан, шламдын илешкектүүлүгүнүн өзгөрүүсүнүн себебин талдоо жана чечүү үчүн биз туташтыргычтын табиятынан жана суспензия дисперсиялык даражасынан баштоо керек.

Сүрөт

FIG. 2. PVDF молекулалык түзүлүшү

Сүрөт

Сүрөт 3. ЖМБнын молекулярдык формуласы

(1) илешкектүүлүк жогорулайт

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 Оң шламдын илешкектүүлүгү белгилүү бир убакыттан кийин жогорулайт. Бир себеби (кыска убакыт жайгаштыруу) суспензия аралаштыруу ылдамдыгы өтө тез болуп саналат, бириктиргич толугу менен эриген эмес, жана PVDF порошок бир нече убакыт өткөндөн кийин толугу менен эрийт, жана илешкектүүлүгү жогорулайт. Жалпысынан алганда, PVDF толук эриши үчүн, жок эле дегенде, 3 саат керек, канчалык тез аралаштыруу ылдамдыгы бул таасир этүүчү факторду өзгөртө албаса да, “шашылыш ысырап кылат” деп аталат. Экинчи себеп (узак убакыт) суспензияда туруу процессинде коллоид золь абалынан гел абалына өзгөрөт. Бул учурда, эгерде ал жай ылдамдыкта гомогендештирилсе, анын илешкектүүлүгүн калыбына келтирүүгө болот. Үчүнчү себеп – коллоиддик жана жандуу зат менен өткөргүч бөлүкчөлөрдүн ортосунда өзгөчө бир түзүлүштүн пайда болушу. Бул абал артка кайтарылгыс болуп саналат, жана шламдын илешкектүүлүгү жогорулагандан кийин калыбына келтирилиши мүмкүн эмес.

Терс шламдын илешкектүүлүгү жогорулайт. Терс шламдын илешкектүүлүгү, негизинен, байланыштыргычтын молекулярдык түзүлүшүнүн бузулушу менен шартталган жана молекулярдык чынжырдын үзүлүшүнүн кычкылдануусунан кийин лайктын илешкектүүлүгү жогорулайт. Эгерде материал ашыкча дисперстүү болсо, анда бөлүкчөлөрдүн өлчөмү бир топ кыскарып, шламдын илешкектүүлүгү да жогорулайт.

(2) илешкектүүлүк азаят

① Оң шламдын илешкектүүлүгү төмөндөйт. Себептеринин бири, жабышчаак коллоиддик мүнөздөгү өзгөрүүлөр. Өзгөрүүнүн көптөгөн себептери бар, мисалы, шламды өткөрүп берүү учурундагы күчтүү кесүү күчү, байланыштыргычтын сууну сиңирүүүнүн сапаттык өзгөрүшү, структуралык өзгөрүү жана аралашуу процессинде өзүнүн деградациясы. Экинчи себеби, бир калыпта эмес аралаштыруу жана дисперстүү шламда катуу материалдардын чоң аянтында отурукташуусуна алып келет. Үчүнчү себеби, аралаштыруу процессинде жабышчаак күчтүү жылма күчкө жана жабдуулардын жана тирүү материалдын сүрүлүүсүнө дуушар болот жана жогорку температурада касиеттери өзгөрөт, натыйжада илешкектүүлүк төмөндөйт.

Терс шламдын илешкектүүлүгү төмөндөйт. Себептердин бири ЖМБда аралашкан аралашмалар бар. ЖМБдагы аралашмалардын көбү эрибеген полимер чайырлары. ЖМБ кальций жана магний менен аралашканда анын илешкектүүлүгү төмөндөйт. Экинчи себеп – натрий гидроксиметил целлюлозасы, ал негизинен С/Онун айкалышы. Байланыш күчү өтө алсыз жана кесүү күчү менен оңой бузулат. Аралаштыруу ылдамдыгы өтө тез же аралаштыруу убактысы өтө узун болгондо ЖМБнын түзүмү бузулушу мүмкүн. ЖМБ терс шламда коюулоочу жана турукташтыруучу ролду ойнойт жана чийки заттардын дисперсиясында маанилүү роль ойнойт. Анын структурасы жок кылынгандан кийин, ал сөзсүз шламдын жайгашуусуна жана илешкектүүлүгүнүн төмөндөшүнө алып келет. Үчүнчү себеп – SBR байланыштыргычтын бузулушу. Чыныгы өндүрүштө ЖМБ менен СБР адатта чогуу иштөө үчүн тандалып алынат жана алардын ролдору ар башка. SBR негизинен бириктиргичтин ролун ойнойт, бирок ал узак мөөнөттүү аралаштырганда деэмульсификацияга жакын болот, натыйжада байланыш бузулуп, шламдын илешкектүүлүгү төмөндөйт.

(3) Өзгөчө кырдаалдар (желе түрүндөгү өз убагында жогорку жана төмөн)

Оң паста даярдоо процессинде паста кээде желеге айланат. Мунун эки негизги себеби бар: биринчиден, суу. Тирүү заттардын нымдуулугун сиңирүү жана аралаштыруу процессинде нымдуулукту көзөмөлдөө жакшы эмес экендигин эске алсак, чийки заттардын нымдуулугун сиңирүү же аралаштыруучу чөйрөнүн нымдуулугу жогору, натыйжада PVDF сууну желеге сиңирип алат. Экинчиден, шламдын же материалдын рН мааниси. рН канчалык жогору болсо, нымдуулукту көзөмөлдөө катуураак болот, айрыкча NCA жана NCM811 сыяктуу жогорку никелден жасалган материалдарды аралаштыруу.

Шламдын илешкектүүлүгү өзгөрүп турат, анын себептеринин бири тестирлөө процессинде шламдын толук турукташпаганы, ал эми шламдын илешкектүүлүгүнө температура чоң таасир тийгизиши мүмкүн. Айрыкча, жогорку ылдамдыкта таралгандан кийин, шламдын ички температурасында белгилүү бир температура градиенти бар жана ар кандай үлгүлөрдүн илешкектүүлүгү бирдей эмес. Экинчи себеп, шламдын начар дисперсиясы, тирүү материал, байланыштыргыч, өткөрүүчү агент жакшы дисперсия эмес, шлам жакшы суюктук эмес, табигый шламдын илешкектүүлүгү жогору же төмөн.

2. Шламдын өлчөмү

Шламды бириктиргенден кийин, анын бөлүкчөлөрүнүн өлчөмүн өлчөө керек жана бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн өлчөө ыкмасы көбүнчө кыргыч ыкмасы болуп саналат. Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү суспензия сапатын мүнөздөгөн маанилүү параметр болуп саналат. Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү каптоо процессине, жылдыруу процессине жана батареянын иштешине маанилүү таасир этет. Теориялык жактан алганда, шламдын өлчөмү канчалык аз болсо, ошончолук жакшы. Бөлүкчөлөрдүн өлчөмү өтө чоң болгондо, шламдын туруктуулугу жабыркайт, чөкмө, шламдын консистенциясы начар. Экструзия каптоо процессинде бөгөттөөчү материал пайда болот, уюлду чуңкурдан кийин кургап, полтун сапатына байланыштуу көйгөйлөр пайда болот. Кийинки прокат процессинде, начар капталган аймактагы текши эмес стресстен улам, уюлдун сынуусуна жана жергиликтүү микро жаракаларга алып келиши оңой, бул велосипеддин иштөөсүнө, катышынын иштешине жана батареянын коопсуздук көрсөткүчүнө чоң зыян келтирет.

Оң жана терс активдүү заттар, чаптамалар, өткөргүчтөр жана башка негизги материалдар ар кандай бөлүкчөлөрдүн өлчөмдөрү жана тыгыздыгы бар. Аралаштыруу процессинде аралаштыруу, экструзия, сүрүлүү, агломерация жана башка ар кандай байланыш режимдери болот. Чийки материалдарды акырындык менен аралаштыруу, эриткич менен нымдоо, чоң материалды сындыруу жана акырындык менен туруктуулукка ыктоо этаптарында материалдын тегиз эмес аралашуусу, жабышчаак эритүү, майда бөлүкчөлөрдүн олуттуу агломерациясы, жабышчаак касиеттеринин өзгөрүшү жана башка шарттар болот. чоң бөлүкчөлөрдүн пайда болушуна алып келет.

Бөлүкчөлөрдүн пайда болушуна эмне себеп болгонун түшүнгөндөн кийин, бул көйгөйлөрдү тиешелүү дары-дармектер менен чечишибиз керек. Материалдардын кургак порошок аралаштырылышына келсек, мен жеке оюмча, аралаштыргычтын ылдамдыгы кургак порошоктун аралашуу даражасына аз таасир этет, бирок алар кургак порошок аралаштыруунун бирдейлигин камсыз кылуу үчүн жетиштүү убакыт керек. Азыр кээ бир өндүрүүчүлөр порошок клей, кээ бирлери суюк эритме жакшы жабышчаак тандашат, эки түрдүү жабышчаак ар кандай процессти аныктайт, порошок клейди колдонуу эритүү үчүн көбүрөөк убакытты талап кылат, антпесе кеч шишик пайда болот, кайра көтөрүлөт, илешкектүүлүк өзгөрөт ж.б. майда бөлүкчөлөрдүн ортосунда агломерация сөзсүз болот, бирок биз агломерация бөлүкчөлөрүнүн экструзия, майдалоо, аралаштыруу үчүн ыңгайлуу болушу үчүн материалдардын ортосунда жетиштүү сүрүлүү болушун камсыз кылышыбыз керек. Бул бизден шламдын ар кандай баскычтарында катуу мазмунду көзөмөлдөөнү талап кылат, өтө төмөн катуу мазмун бөлүкчөлөрдүн ортосундагы сүрүлүү дисперсиясына таасир этет.

3. Шламдын катуу курамы

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) Катуу мазмун аралаштыруу натыйжалуулугун жана каптоо натыйжалуулугун жогорулатуу боюнча белгилүү бир таасирин тийгизет. Катуу мазмун канчалык жогору болсо, аралаштыруу убактысы ошончолук кыска болот, эриткичти керектөө ошончолук жогору, каптоо кургатуу натыйжалуулугу ошончолук жогору, убакытты үнөмдөө.

(2) катуу мазмуну жабдуулар үчүн белгилүү бир талаптар бар. Катуу курамы жогору болгон суспензия жабдууларды жоготууга алып келет, анткени катуу мазмун канчалык жогору болсо, жабдуулар ошончолук олуттуу эскирет.

(3) жогорку катуу мазмуну бар суспензия туруктуураак. Кээ бир шламдын туруктуулугун текшерүүнүн натыйжалары (төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөндөй) кадимки аралаштыруудагы 1.05 болгон TSI (туруктуу эместик индекси) жогорку илешкектүүлүктөгү аралаштыруу процессиндеги 0.75тен жогору экенин көрсөтүп турат, ошондуктан жогорку илешкектүүлүктө алынган суспензиянын туруктуулугу аралаштыруу процесси кадимки аралаштыруу процесси менен алынганга караганда жакшыраак. Бирок жогорку катуу мазмундагы шлам анын суюктугуна да таасирин тийгизет, бул каптоо процессинин жабдуулары жана техниктери үчүн абдан кыйын.

Сүрөт

(4) жогорку катуу мазмуну менен шлам каптоо ортосундагы калыңдыгын азайтып, батареянын ички каршылыгын азайтышы мүмкүн.

4. Целлюлозанын тыгыздыгы

Өлчөмдүн тыгыздыгы чоңдуктун ырааттуулугун чагылдыруучу маанилүү параметр болуп саналат. Өлчөмдүн дисперсиялык эффекти өлчөмдүн тыгыздыгын ар кандай позицияларда текшерүү аркылуу текшерилиши мүмкүн. Бул кайталанбайт, жогорудагы кыскача аркылуу, биз жакшы электрод пастасын даярдайт деп ишенем.