Ličio jonų akumuliatoriaus gamyba ir gamyba yra procesas, glaudžiai susijęs vienu technologiniu etapu. Apskritai ličio baterijų gamyba apima elektrodų gamybos procesą, akumuliatoriaus surinkimo procesą ir galutinį skysčio įpurškimą, išankstinį įkrovimą, formavimą ir senėjimo procesą. Šiuose trijuose proceso etapuose kiekvienas procesas gali būti suskirstytas į kelis pagrindinius procesus, kiekvienas veiksmas turės didelę įtaką galutiniam akumuliatoriaus veikimui.

Proceso stadijoje jį galima suskirstyti į penkis procesus: pastos paruošimą, dengimą pasta, presavimą voleliu, pjovimą ir džiovinimą. Akumuliatoriaus surinkimo procese, atsižvelgiant į skirtingas akumuliatoriaus specifikacijas ir modelius, jie apytiksliai skirstomi į apvijų, apvalkalų, suvirinimo ir kitus procesus. Paskutiniame skysčio įpurškimo etape, įskaitant skysčio įpurškimą, išmetimą, sandarinimą, išankstinį užpildymą, formavimą, senėjimą ir kitus procesus. Elektrodų gamybos procesas yra pagrindinė visos ličio baterijos gamybos dalis, kuri yra susijusi su akumuliatoriaus elektrocheminėmis savybėmis, o srutų kokybė yra ypač svarbi.

Viena, pagrindinė srutų teorija

Ličio jonų akumuliatoriaus elektrodų suspensija yra tam tikras skystis, paprastai gali būti suskirstytas į Niutono skystį ir ne Niutono skystį. Tarp jų neniutono skystį galima suskirstyti į besiplečiantį plastikinį skystį, nuo laiko priklausomą neniutono skystį, pseudoplastinį skystį ir Bingamo plastikinį skystį. Niutono skystis yra mažo klampumo skystis, kurį lengva deformuoti veikiant įtempiams, o šlyties įtempis yra proporcingas deformacijos greičiui. Skystis, kurio šlyties įtempis bet kuriame taške yra tiesinė šlyties deformacijos greičio funkcija. Daugelis gamtoje esančių skysčių yra Niutono skysčiai. Dauguma grynų skysčių, tokių kaip vanduo ir alkoholis, lengvoji alyva, mažos molekulinės masės junginių tirpalai ir mažu greičiu tekančios dujos, yra Niutono skysčiai.

Neniutono skystis reiškia skystį, kuris neatitinka Niutono eksperimentinio klampumo dėsnio, ty ryšys tarp šlyties įtempių ir šlyties deformacijos greičio nėra tiesinis. Neniutono skysčiai plačiai aptinkami gyvenime, gamyboje ir gamtoje. Polimerų koncentruoti tirpalai ir polimerų suspensijos paprastai yra ne Niutono skysčiai. Dauguma biologinių skysčių dabar apibrėžiami kaip ne Niutono skysčiai. Neniutono skysčiai apima kraują, limfą ir cistinius skysčius, taip pat „pusiau skysčius“, tokius kaip citoplazma.

Elektrodų suspensija sudaryta iš įvairių žaliavų, turinčių skirtingą savitąjį svorį ir dalelių dydį, ir yra sumaišoma ir disperguojama kietoje-skystoje fazėje. Susidariusios srutos yra ne Niutono skystis. Ličio baterijų suspensiją galima suskirstyti į dviejų rūšių teigiamas ir neigiamas srutas, nes srutų sistema (riebi, vanduo) skiriasi, jos pobūdis skirsis. Tačiau srutų savybėms nustatyti galima naudoti šiuos parametrus:

1. Srutų klampumas

Klampumas yra skysčio klampumo matas ir skysčio jėgos išraiška jo vidinės trinties reiškiniui. Kai skystis teka, tarp jo molekulių susidaro vidinė trintis, kuri vadinama skysčio klampumu. Klampumas išreiškiamas klampumu, kuris naudojamas apibūdinti atsparumo koeficientą, susijusį su skysčio savybėmis. Klampumas skirstomas į dinaminį ir sąlyginį klampumą.

Klampumas apibrėžiamas kaip lygiagrečių plokščių pora, plotas A, Dr Apart, užpildytas A skysčiu. Dabar viršutinei plokštei pritaikykite trauką F, kad gautumėte greičio pokytį DU. Kadangi skysčio klampumas perduoda šią jėgą sluoksnis po sluoksnio, kiekvienas skysčio sluoksnis taip pat atitinkamai juda, sudarydamas greičio gradientą du / Dr, vadinamą šlyties greičiu, pavaizduotą R’. F/A vadinamas šlyties įtempimu, išreikštas τ. Ryšys tarp šlyties greičio ir šlyties įtempio yra toks:

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

Niutono skystis atitinka Niutono formulę, klampumas yra susijęs tik su temperatūra, o ne šlyties greičiu, τ yra proporcingas D.

Neniutono skysčiai neatitinka Niutono formulės τ/D=f(D). Klampumas esant tam tikram τ/D yra ηa, kuris vadinamas tariama klampa. Neniutono skysčių klampumas priklauso ne tik nuo temperatūros, bet ir nuo šlyties greičio, laiko bei šlyties plonėjimo arba šlyties sustorėjimo.

2. Srutų savybės

Srutos yra ne Niutono skystis, kuris yra kieto ir skysčio mišinys. Kad suspensija atitiktų vėlesnio dengimo proceso reikalavimus, srutos turi turėti šias tris charakteristikas:

① Geras likvidumas. Skystumą galima stebėti maišant srutas ir leidžiant jai natūraliai tekėti. Geras tęstinumas, nuolatinis išjungimas ir išjungimas reiškia gerą likvidumą. Skystumas yra susijęs su kietųjų medžiagų kiekiu ir klampumu srutose,

(2) leveling. The smoothness of the slurry affects the flatness and evenness of the coating.

③ Reologija. Reologija reiškia srutų deformacijos charakteristikas sraute, o jos savybės turi įtakos poliaus lakšto kokybei.

3. Srutų dispersinis pagrindas

Ličio jonų akumuliatoriaus elektrodų gamyba, katodo pasta naudojant klijus, laidus agentas, katodo medžiagos sudėtis; Neigiama pasta yra sudaryta iš klijų, grafito miltelių ir pan. Teigiamos ir neigiamos srutos paruošimas apima daugybę technologinių procesų, tokių kaip maišymas, tirpinimas ir dispergavimas tarp skystų ir skystų, skystų ir kietų medžiagų, o šiame procese jį lydi temperatūros, klampumo ir aplinkos pokyčiai. Ličio jonų akumuliatoriaus srutų maišymo ir dispersijos procesą galima suskirstyti į makro maišymo ir mikro dispersijos procesą, kuriuos visada lydi visas ličio jonų akumuliatoriaus srutų paruošimo procesas. Srutų paruošimas paprastai vyksta šiais etapais:

① Sausų miltelių maišymas. Dalelės kontaktuoja viena su kita taškų, taškų, plokštumų ir linijų pavidalu,

② Pusiau sauso purvo minkymo etapas. Šiame etape, tolygiai sumaišius sausus miltelius, pridedamas rišiklio skystis arba tirpiklis, o žaliava būna šlapia ir purvina. Stipriai pamaišius maišytuvą, medžiaga yra veikiama mechaninės jėgos šlyties ir trinties, o tarp dalelių atsiranda vidinė trintis. Veikiant kiekvienai jėgai, žaliavos dalelės būna labai išsklaidytos. Šis etapas turi labai didelę įtaką gatavos srutos dydžiui ir klampumui.

③ Skiedimo ir dispersijos stadija. Po minkymo lėtai pridedamas tirpiklis, kad sureguliuotų srutos klampumą ir kietosios medžiagos kiekį. Šiame etape dispersija ir aglomeracija egzistuoja kartu ir galiausiai pasiekia stabilumą. Šiame etape medžiagų sklaidai daugiausia įtakos turi mechaninė jėga, atsparumas trinčiai tarp miltelių ir skysčio, didelės spartos dispersijos šlyties jėga ir smūginė sąveika tarp srutų ir konteinerio sienelės.

Nuotrauka

Analysis of parameters affecting slurry properties

Svarbus rodiklis, užtikrinantis akumuliatoriaus pastovumą akumuliatoriaus gamybos procese, kad suspensija būtų gero stabilumo. Pasibaigus kombinuotai srutai, maišymas sustos, srutose atsiras nusėdimas, flokuliacija ir kiti reiškiniai, dėl kurių susidaro didelės dalelės, kurios turės didesnę įtaką tolesniam dengimui ir kitiems procesams. Pagrindiniai srutų stabilumo parametrai yra skystumas, klampumas, kietųjų medžiagų kiekis ir tankis.

1. Srutų klampumas

Stabilus ir tinkamas elektrodų pastos klampumas yra labai svarbus elektrodo lakšto dengimo procesui. Per didelis arba per mažas klampumas nėra palankus poliariniam sluoksniui padengti, didelio klampumo suspensiją nėra lengva nusodinti ir dispersija bus geresnė, tačiau didelis klampumas nėra palankus išlyginimui, nėra palankus dengimui; Per mažas klampumas nėra geras, klampumas mažas, nors suspensijos srautas geras, tačiau sunku išdžiūti, sumažėja dangos džiovinimo efektyvumas, dangos įtrūkimai, srutų dalelių aglomeracija, paviršiaus tankio konsistencija nėra gera.

Mūsų gamybos procese dažnai pasitaikanti problema yra klampumo pasikeitimas, o „pokytį“ čia galima skirstyti į momentinį ir statinį pokytį. Laikinasis pokytis reiškia drastišką klampos bandymo proceso pokytį, o statinis pokytis reiškia klampos pokytį po tam tikro laiko. Klampumas svyruoja nuo didelio iki mažo, nuo didelio iki mažo. Paprastai tariant, pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos srutų klampumui, yra srutų maišymo greitis, laiko kontrolė, sudedamųjų dalių tvarka, aplinkos temperatūra ir drėgmė ir tt Yra daug veiksnių, kai susiduriame su klampos pokyčiu, turėtų būti kaip jį analizuoti ir išspręsti? Srutų klampumą iš esmės lemia rišiklis. Įsivaizduokite, kad be rišiklio PVDF/CMC/SBR (2, 3 pav.) arba jei rišiklis blogai sujungia gyvąsias medžiagas, ar kieta gyvoji medžiaga ir laidžioji medžiaga sudarys neniutono skystį su vienoda danga? Nedaryk! Todėl, norint išanalizuoti ir išspręsti srutų klampos kitimo priežastį, reikėtų pradėti nuo rišiklio pobūdžio ir srutų dispersijos laipsnio.

Nuotrauka

Fig. 2. PVDF molekulinė struktūra

Nuotrauka

3 pav. CMC molekulinė formulė

(1) padidėja klampumas

Skirtingos srutų sistemos turi skirtingas klampumo keitimo taisykles. Šiuo metu pagrindinė srutų sistema yra teigiama PVDF/NMP aliejinė sistema, o neigiama srutų sistema yra grafito /CMC/SBR vandeninė sistema.

① Teigiamos srutos klampumas po tam tikro laiko padidėja. Viena iš priežasčių (trumpalaikė talpa) yra ta, kad srutų maišymo greitis yra per greitas, rišiklis nevisiškai ištirpsta, o PVDF milteliai po tam tikro laiko visiškai ištirpsta ir padidėja klampumas. Paprastai tariant, PVDF pilnai ištirpti reikia mažiausiai 3 valandų, kad ir kaip greitai maišymo greitis nepakeistų šio įtakos faktoriaus, vadinamasis „skubėjimas daro švaistymą“. Antroji priežastis (ilgą laiką) yra ta, kad srutoms stovint koloidas pasikeičia iš solinės būsenos į gelio būseną. Šiuo metu, jei jis homogenizuojamas lėtu greičiu, jo klampumas gali būti atkurtas. Trečia priežastis yra ta, kad tarp koloidinių ir gyvųjų medžiagų bei laidžių agentų dalelių susidaro ypatinga struktūra. Ši būsena yra negrįžtama, o padidinus srutos klampumą negalima atkurti.

Neigiamos srutos klampumas didėja. Neigiamos srutos klampumą daugiausia lemia rišiklio molekulinės struktūros sunaikinimas, o suspensijos klampumas padidėja po molekulinės grandinės lūžio oksidacijos. Jei medžiaga yra per daug išsklaidyta, dalelių dydis labai sumažės, o srutos klampumas taip pat padidės.

(2) sumažėja klampumas

① Sumažėja teigiamos suspensijos klampumas. Viena iš priežasčių – lipniųjų koloidų charakterio pokyčiai. Pokytį lemia daug priežasčių, pavyzdžiui, stipri šlyties jėga srutų pernešimo metu, kokybinis vandens sugerties pokytis rišikliu, struktūriniai pokyčiai ir savęs suirimas maišymo procese. Antroji priežastis yra ta, kad netolygus maišymas ir dispersija sukelia didelį kietų medžiagų nusėdimą srutoje. Trečia priežastis yra ta, kad maišymo procese klijai yra veikiami stiprios šlyties jėgos ir įrangos bei gyvosios medžiagos trinties, o aukštoje temperatūroje keičiasi savybės, dėl to mažėja klampumas.

Neigiamos srutos klampumas mažėja. Viena iš priežasčių yra ta, kad CMC yra sumaišytų priemaišų. Dauguma CMC priemaišų yra netirpi polimerinė derva. Kai CMC maišosi su kalciu ir magniu, jo klampumas sumažės. Antroji priežastis yra natrio hidroksimetilceliuliozė, kuri daugiausia yra C/O derinys. Ryšio stiprumas yra labai silpnas ir lengvai sunaikinamas šlyties jėga. Kai maišymo greitis yra per didelis arba maišymo laikas per ilgas, CMC struktūra gali būti sunaikinta. CMC atlieka tirštinimo ir stabilizavimo vaidmenį neigiamoje suspensijoje ir vaidina svarbų vaidmenį skleidžiant žaliavas. Kai jo struktūra bus sunaikinta, ji neišvengiamai sukels srutų nusėdimą ir klampumo sumažėjimą. Trečioji priežastis – SBR rišiklio sunaikinimas. Faktinėje gamyboje CMC ir SBR paprastai atrenkami dirbti kartu, o jų vaidmenys skiriasi. SBR daugiausia atlieka rišiklio vaidmenį, tačiau yra linkęs į demulsifikaciją ilgai maišant, todėl sutrinka sukibimas ir sumažėja srutos klampumas.

(3) Ypatingos aplinkybės (želė formos laiku aukšta ir žema)

Teigiamos pastos ruošimo procese pasta kartais virsta želė. Tam yra dvi pagrindinės priežastys: pirma, vanduo. Atsižvelgiant į tai, kad gyvųjų medžiagų drėgmės sugėrimas ir drėgmės kontrolė maišymo procese nėra geri, žaliavų drėgmės sugėrimas arba maišymo aplinkos drėgnumas yra didelis, todėl PVDF vandenį sugeria į želė. Antra, srutų ar medžiagos pH vertė. Kuo didesnė pH vertė, tuo griežtesnė drėgmės kontrolė, ypač maišant daug nikelio turinčias medžiagas, tokias kaip NCA ir NCM811.

Srutų klampumas svyruoja, viena iš priežasčių gali būti ta, kad srutos nėra visiškai stabilizuojamos bandymo procese, o srutų klampumui didelę įtaką daro temperatūra. Ypač išsklaidžius dideliu greičiu, srutų vidinėje temperatūroje yra tam tikras temperatūros gradientas, o skirtingų mėginių klampumas nėra vienodas. Antroji priežastis yra bloga suspensijos, gyvos medžiagos, rišiklio, laidžiosios medžiagos sklaida, prastai dispersija, srutos nėra geros sklandumo, natūralus srutų klampumas yra didelis arba mažas.

2. Srutų dydis

Sumaišius suspensiją, būtina išmatuoti jos dalelių dydį, o dalelių dydžio matavimo metodas dažniausiai yra grandiklio metodas. Dalelių dydis yra svarbus parametras, apibūdinantis srutų kokybę. Dalelių dydis turi didelę įtaką dengimo procesui, valcavimo procesui ir akumuliatoriaus veikimui. Teoriškai, kuo mažesnė srutos dydis, tuo geriau. Kai dalelių dydis yra per didelis, nukenčia srutų stabilumas, nusėdimas, prasta srutų konsistencija. Ekstruzinio dengimo procese bus blokuojančios medžiagos, kuri po įdubimo išdžiūsta, todėl kils polių kokybės problemų. Tolesniame valcavimo procese dėl netolygaus įtempimo blogos dangos srityje nesunku nutrūkti stulpas ir atsirasti vietinių mikroįtrūkimų, o tai labai pakenks akumuliatoriaus važiavimo dviračiu, santykio našumui ir saugai.

Teigiamos ir neigiamos veikliosios medžiagos, klijai, laidžiosios medžiagos ir kitos pagrindinės medžiagos turi skirtingą dalelių dydį ir tankį. Maišymo procese bus maišymo, ekstruzijos, trinties, aglomeracijos ir kiti skirtingi kontaktiniai režimai. Žaliavų laipsniško maišymo, sudrėkinimo tirpikliu, didelės medžiagos lūžimo ir palaipsniui linkstanti stabilumui etapuose medžiaga maišosi netolygiai, prastai tirpsta klijai, smarkiai susikaups smulkios dalelės, pasikeis klijų savybės ir kitos sąlygos, kurios sukelti didelių dalelių susidarymą.

Kai suprasime, dėl ko atsiranda dalelės, turime spręsti šias problemas atitinkamais vaistais. Kalbant apie medžiagų sausų miltelių maišymą, aš asmeniškai manau, kad maišytuvo greitis turi mažai įtakos sausų miltelių maišymo laipsniui, tačiau jiems reikia pakankamai laiko, kad būtų užtikrintas sausų miltelių maišymo tolygumas. Dabar kai kurie gamintojai renkasi miltelinius klijus, o kiti renkasi gerus klijus skystu tirpalu, du skirtingi klijai nulemia skirtingą procesą, naudojant miltelių pavidalo klijus reikia ilgiau ištirpti, kitaip vėlyvu metu atsiras patinimas, atšokimas, klampos pasikeitimas ir kt. aglomeracija tarp smulkių dalelių yra neišvengiama, tačiau turėtume užtikrinti, kad tarp medžiagų būtų pakankamai trinties, kad aglomeracijos dalelės atrodytų ekstruzijos, trupinimo, skatinančios maišymąsi. Tam reikia kontroliuoti kietųjų medžiagų kiekį skirtingose ​​srutos stadijose, nes per mažas kietosios medžiagos kiekis turės įtakos trinties dispersijai tarp dalelių.

3. Kietasis srutų kiekis

Kietosios medžiagos kiekis srutoje yra glaudžiai susijęs su srutų stabilumu, tuo pačiu procesu ir formule, kuo didesnis kietosios medžiagos kiekis srutoje, tuo didesnis klampumas ir atvirkščiai. Tam tikrame diapazone, kuo didesnis klampumas, tuo didesnis srutų stabilumas. Kurdami akumuliatorių, šerdies storį paprastai išskaičiuojame nuo akumuliatoriaus talpos iki elektrodo lakšto konstrukcijos, todėl elektrodo lakšto konstrukcija yra susijusi tik su paviršiaus tankiu, gyvosios medžiagos tankiu, storiu. ir kitus parametrus. Elektrodo lakšto parametrai reguliuojami dengtuvu ir ritininiu presu, o kietosios medžiagos kiekis srutoje neturi tiesioginės įtakos. Taigi, ar kietojo srutų kiekio lygis mažai svarbus?

(1) Kietosios medžiagos kiekis turi tam tikros įtakos gerinant maišymo efektyvumą ir dangos efektyvumą. Kuo didesnis kietųjų medžiagų kiekis, tuo trumpesnis maišymo laikas, tuo mažiau sunaudojama tirpiklio, tuo didesnis dangos džiovinimo efektyvumas, taupomas laikas.

(2) Kietajai medžiagai taikomi tam tikri reikalavimai įrangai. Srutos, kuriose yra daug kietųjų medžiagų, patiria didesnius nuostolius įrangai, nes kuo didesnis kietųjų medžiagų kiekis, tuo rimčiau susidėvi įranga.

(3) Srutos, kuriose yra daug kietųjų medžiagų, yra stabilesnės. Kai kurių srutų stabilumo bandymo rezultatai (kaip parodyta paveikslėlyje žemiau) rodo, kad TSS (nestabilumo indeksas) 1.05 įprastu maišymu yra didesnis nei 0.75 didelio klampumo maišymo procese, todėl srutos stabilumas gaunamas naudojant didelį klampumą. maišymo procesas yra geresnis nei gaunamas įprastu maišymo būdu. Tačiau suspensija, kurioje yra daug kietųjų medžiagų, taip pat turės įtakos jos sklandumui, o tai yra labai sudėtinga dengimo proceso įrangai ir technikai.

Nuotrauka

(4) Suspensija, kurioje yra daug kietųjų medžiagų, gali sumažinti storį tarp dangų ir sumažinti vidinį akumuliatoriaus atsparumą.

4. Plaušienos tankis

Dydžio tankis yra svarbus parametras, atspindintis dydžio nuoseklumą. Dydžio sklaidos efektas gali būti patikrintas išbandant dydžio tankį skirtingose ​​padėtyse. Tai nebus pakartota, per pirmiau pateiktą santrauką, manau, kad mes paruošime gerą elektrodo pastą.