Produksjon og produksjon av litiumionbatterier er en prosess som er nært knyttet sammen av ett teknologisk trinn. Som helhet inkluderer produksjonen av litiumbatterier elektrodeproduksjonsprosessen, batterimonteringsprosessen og den endelige væskeinjeksjonen, forhåndsladingen, dannelsen og aldringsprosessen. I disse tre stadiene av prosessen kan hver prosess deles inn i flere nøkkelprosesser, hvert trinn vil ha stor innvirkning på den endelige ytelsen til batteriet.

I prosessstadiet kan det deles inn i fem prosesser: pastapreparering, pastabelegg, valsepressing, kutting og tørking. I batterimonteringsprosessen, og i henhold til de forskjellige batterispesifikasjonene og modellene, grovt delt inn i vikling, skall, sveising og andre prosesser. I sluttfasen av væskeinjeksjon, inkludert væskeinjeksjon, eksos, forsegling, forhåndsfylling, dannelse, aldring og andre prosesser. Elektrodeproduksjonsprosessen er kjerneinnholdet i hele litiumbatteriproduksjonen, som er relatert til batteriets elektrokjemiske ytelse, og kvaliteten på slurryen er spesielt viktig.

En, den grunnleggende teorien om slurry

Litiumion-batterielektrodeslurry er en slags væske, vanligvis kan deles inn i newtonsk væske og ikke-newtonsk væske. Blant dem kan ikke-newtonsk væske deles inn i dilatans-plastvæske, tidsavhengig ikke-newtonsk væske, pseudoplastisk væske og bingham-plastvæske. Newtonsk væske er en væske med lav viskositet som er lett å deformere under spenning og skjærspenningen er proporsjonal med deformasjonshastigheten. Væske der skjærspenningen til enhver tid er en lineær funksjon av hastigheten på skjærdeformasjonen. Mange væsker i naturen er newtonske væsker. De fleste rene væsker som vann og alkohol, lett olje, lavmolekylære sammensatte løsninger og lavhastighets strømmende gasser er newtonske væsker.

Ikke-newtonsk væske refererer til væsken som ikke tilfredsstiller Newtons eksperimentelle lov om viskositet, det vil si at forholdet mellom skjærspenning og skjærtøyningshastighet ikke er lineært. Ikke-newtonske væsker er mye funnet i livet, produksjonen og naturen. Polymerkonsentrerte løsninger og suspensjoner av polymerer er vanligvis ikke-newtonske væsker. De fleste biologiske væsker er nå definert som ikke-newtonske væsker. Ikke-newtonske væsker inkluderer blod, lymfe og cystiske væsker, så vel som “semi-væsker” som cytoplasma.

Elektrodeslurry er sammensatt av en rekke råmaterialer med forskjellig egenvekt og partikkelstørrelse, og blandes og dispergeres i fast-flytende fase. Den dannede slurryen er en ikke-newtonsk væske. Litiumbatterislurry kan deles inn i positiv slurry og negativ slurry to typer, på grunn av slurrysystemet (oljeaktig, vann) forskjellig, vil dens natur variere. Imidlertid kan følgende parametere brukes til å bestemme egenskapene til slurry:

1. Viskositet av slurry

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.

Viskositet er definert som et par parallelle plater, område A, Dr Apart, fylt med A væske. Påfør nå et trykk F på den øvre platen for å produsere en hastighetsendring DU. Fordi viskositeten til væsken overfører denne kraften lag for lag, beveger hvert lag med væske seg tilsvarende, og danner en hastighetsgradient du/Dr, kalt skjærhastighet, representert ved R ‘. F/A kalles skjærspenning, uttrykt som τ. Forholdet mellom skjærhastighet og skjærspenning er som følger:

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

Newtonsk væske samsvarer med Newtons formel, viskositet er kun relatert til temperatur, ikke skjærhastighet, τ er proporsjonal med D.

Ikke-newtonske væsker samsvarer ikke med Newtons formel τ/D=f(D). Viskositeten ved en gitt τ/D er ηa, som kalles tilsynelatende viskositet. Viskositeten til ikke-newtonske væsker avhenger ikke bare av temperatur, men også av skjærhastighet, tid og skjærfortynning eller skjærfortykning.

2. Slurry properties

Slurry er en ikke-newtonsk væske, som er en fast-væske-blanding. For å oppfylle kravene til etterfølgende belegningsprosess, må slurry ha følgende tre egenskaper:

① God likviditet. Fluiditet kan observeres ved å agitere slurryen og la den flyte naturlig. God kontinuitet, kontinuerlig av og av betyr god likviditet. Fluiditet er relatert til faststoffinnholdet og viskositeten til slurryen,

(2) utjevning. Glattheten til slurryen påvirker flatheten og jevnheten til belegget.

③ Reologi. Reologi refererer til deformasjonsegenskapene til slurry i strømning, og dens egenskaper påvirker kvaliteten på polarket.

3. Slamdispersjonsfundament

Lithium ion batteri elektrode produksjon, katode lim med lim, ledende agent, katode materiale sammensetning; Den negative pastaen er sammensatt av lim, grafittpulver og så videre. Fremstillingen av positiv og negativ slurry inkluderer en rekke teknologiske prosesser, som blanding, oppløsning og dispergering mellom væske og væske, flytende og faste materialer, og er ledsaget av endringer i temperatur, viskositet og miljø i denne prosessen. Blandings- og spredningsprosessen til litiumionbatterislurry kan deles inn i makroblandingsprosess og mikrodispersjonsprosess, som alltid ledsages av hele prosessen med litiumionbatterislurry-oppslemning. Tilberedning av slurry går vanligvis gjennom følgende stadier:

① Tørrpulverblanding. Partikler kommer i kontakt med hverandre i form av prikker, prikker, plan og linjer,

② Halvtørr gjørmeeltingsstadium. På dette stadiet, etter at det tørre pulveret er blandet jevnt, tilsettes bindemiddelvæsken eller løsningsmidlet, og råmaterialet er vått og gjørmete. Etter kraftig omrøring av blanderen utsettes materialet for skjæring og friksjon av mekanisk kraft, og det vil være intern friksjon mellom partiklene. Under hver kraft har råstoffpartiklene en tendens til å være svært spredt. Dette stadiet har en svært viktig effekt på størrelsen og viskositeten til den ferdige slurryen.

③ Fortynnings- og dispersjonsstadiet. Etter elting ble løsningsmiddel sakte tilsatt for å justere slurryens viskositet og faststoffinnhold. På dette stadiet eksisterer spredning og agglomerasjon samtidig, og når til slutt stabilitet. På dette stadiet er spredningen av materialer hovedsakelig påvirket av mekanisk kraft, friksjonsmotstand mellom pulver og væske, høyhastighets dispersjonsskjærkraft og støtsamspillet mellom slurry og beholdervegg.

Bildet

Analyse av parametere som påvirker slurryegenskaper

Det er en viktig indeks for å sikre konsistensen til batteriet i prosessen med batteriproduksjon at slurryen skal ha god stabilitet. Med slutten av den kombinerte slurryen, blandingen stopper, vil slurry vises setninger, flokkulering og andre fenomener, noe som resulterer i store partikler, som vil ha en større innvirkning på det påfølgende belegget og andre prosesser. Hovedparametrene for slurrystabilitet er fluiditet, viskositet, faststoffinnhold og tetthet.

1. Viskositet av slurry

Den stabile og passende viskositeten til elektrodepasta er svært viktig for belegningsprosessen til elektrodeark. Viskositeten er for høy eller for lav bidrar ikke til polart stykkebelegg, slurryen med høy viskositet er ikke lett å utfelle og dispersjonen vil bli bedre, men den høye viskositeten bidrar ikke til utjevningseffekt, bidrar ikke til belegg; For lav viskositet er ikke bra, viskositeten er lav, selv om slurrystrømmen er god, men det er vanskelig å tørke, reduserer tørkeeffektiviteten til belegget, beleggsprengning, slurrypartikkelagglomerering, overflatetetthetskonsistensen er ikke god.

Problemet som ofte oppstår i produksjonsprosessen vår er endring av viskositet, og “endringen” her kan deles inn i øyeblikkelig endring og statisk endring. Forbigående endring refererer til den drastiske endringen i viskositetstestprosessen, og statisk endring refererer til viskositetsendringen etter en viss tid. Viskositeten varierer fra høy til lav, fra høy til lav. Generelt sett er hovedfaktorene som påvirker slurrys viskositet hastigheten på å blande slurry, tidskontroll, ingrediensrekkefølge, miljøtemperatur og fuktighet, etc. Det er mange faktorer, når vi møter viskositetsendring bør være hvordan man analyserer og løser det? Viskositeten til slurryen bestemmes hovedsakelig av bindemidlet. Tenk deg at uten bindemidlet PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), eller hvis bindemidlet ikke kombinerer det levende materialet godt, vil det faste levende stoffet og det ledende middelet danne en ikke-newtonsk væske med jevnt belegg? Ikke gjør det! Derfor, for å analysere og løse årsaken til slurry-viskositetsendring, bør vi ta utgangspunkt i arten av bindemiddel og slurry-dispersjonsgrad.

Bildet

FIG. 2. Molekylær struktur av PVDF

Bildet

Figure 3. Molecular formula of CMC

(1) the viscosity increases

Ulike slurrysystemer har forskjellige regler for viskositetsendring. For tiden er det vanlige slurrysystemet positivt slurry PVDF/NMP oljeholdig system, og negativ slurry er grafitt/CMC/SBR vandig system.

① The viscosity of positive slurry increases after a period of time. One reason (short time placement) is that the slurry mixing speed is too fast, the binder is not fully dissolved, and the PVDF powder is fully dissolved after a period of time, and the viscosity increases. Generally speaking, PVDF needs at least 3 hours to fully dissolve, no matter how fast the stirring speed can not change this influencing factor, the so-called “haste makes waste”. The second reason (long time) is that in the process of slurry standing, the colloid changes from the sol state to the gel state. At this time, if it is homogenized at a slow speed, its viscosity can be restored. The third reason is that a special structure is formed between colloid and living material and conductive agent particles. This state is irreversible, and the slurry viscosity cannot be restored after increasing.

Viskositeten til den negative slurryen øker. Viskositeten til den negative slurryen er hovedsakelig forårsaket av ødeleggelsen av molekylstrukturen til bindemidlet, og viskositeten til slurryen økes etter oksidasjonen av molekylkjedebruddet. Hvis materialet er for mye dispergert, vil partikkelstørrelsen reduseres kraftig, og slurryens viskositet vil også økes.

(2) viskositeten reduseres

① Viskositeten til positiv slurry reduseres. En av grunnene, klebemiddelkolloid endrer karakter. Det er mange årsaker til endringen, slik som sterk skjærkraft under slurryoverføring, kvalitativ endring av vannabsorpsjon av bindemiddel, strukturell endring og nedbrytning av seg selv i prosessen med å blande. Den andre grunnen er at den ujevne omrøringen og spredningen fører til det store arealet av faste materialer i slurryen. Den tredje grunnen er at under omrøringsprosessen utsettes limet for sterk skjærkraft og friksjon av utstyr og levende materiale, og endringer i egenskaper ved høy temperatur, noe som resulterer i en reduksjon i viskositet.

Viskositeten til den negative slurryen avtar. En av grunnene er at det er urenheter blandet i CMC. De fleste av urenhetene i CMC er uløselig polymerharpiks. Når CMC er blandbar med kalsium og magnesium, vil viskositeten reduseres. Den andre grunnen er natriumhydroksymetylcellulose, som hovedsakelig er kombinasjonen av C/O. Bindingsstyrken er svært svak og kan lett ødelegges av skjærkraft. Når rørehastigheten er for høy eller røretiden er for lang, kan strukturen til CMC bli ødelagt. CMC spiller en fortykkende og stabiliserende rolle i den negative slurryen, og spiller en viktig rolle i spredningen av råvarer. Når strukturen først er ødelagt, vil den uunngåelig forårsake slurrysetning og viskositetsreduksjon. Den tredje grunnen er ødeleggelsen av SBR-bindemiddel. I selve produksjonen blir CMC og SBR vanligvis valgt ut til å jobbe sammen, og rollene deres er forskjellige. SBR spiller hovedsakelig rollen som bindemiddel, men det er utsatt for demulgering under langvarig omrøring, noe som resulterer i bindingssvikt og viskositetsreduksjon av slurry.

(3) Spesielle forhold (geléformet betimelig høy og lav)

I prosessen med å tilberede positiv pasta, blir pastaen noen ganger til gelé. Det er to hovedårsaker til dette: For det første vann. Tatt i betraktning at fuktighetsabsorpsjonen av levende stoffer og fuktighetskontrollen i blandingsprosessen ikke er god, er fuktighetsabsorpsjonen av råvarer eller fuktigheten i blandemiljøet høy, noe som resulterer i absorpsjon av vann av PVDF til gelé. For det andre, pH-verdien til slurry eller materiale. Jo høyere pH-verdien er, er kontrollen av fuktighet strengere, spesielt blanding av materialer med høy nikkel som NCA og NCM811.

Viskositeten til slurryen svinger, en av årsakene kan være at slurryen ikke er fullstendig stabilisert i testprosessen, og slurryens viskositet er sterkt påvirket av temperaturen. Spesielt etter å ha blitt dispergert ved høy hastighet, er det en viss temperaturgradient i slurryens indre temperatur, og viskositeten til forskjellige prøver er ikke den samme. Den andre grunnen er dårlig spredning av slurry, levende materiale, bindemiddel, ledende middel er ikke god spredning, slurry har ikke god flyt, naturlig slurry-viskositet er høy eller lav.

2. Størrelse på slurry

Etter at slurryen er kombinert, er det nødvendig å måle partikkelstørrelsen, og metoden for partikkelstørrelsesmåling er vanligvis skrapemetoden. Partikkelstørrelse er en viktig parameter for å karakterisere slurrykvaliteten. Partikkelstørrelse har en viktig innflytelse på belegningsprosessen, valseprosessen og batteriytelsen. Teoretisk sett, jo mindre slurrystørrelsen er, jo bedre. Når partikkelstørrelsen er for stor, vil stabiliteten til slurryen bli påvirket, sedimentering, slurrykonsistens er dårlig. I prosessen med ekstruderingsbelegg vil det være blokkeringsmateriale, stangtørt etter gropen, noe som resulterer i problemer med stangkvaliteten. I den følgende rulleprosessen, på grunn av den ujevne belastningen i det dårlige beleggsområdet, er det lett å forårsake polbrudd og lokale mikrosprekker, noe som vil forårsake stor skade på sykkelytelsen, forholdsytelsen og sikkerhetsytelsen til batteriet.

Positive og negative aktive stoffer, lim, ledende midler og andre hovedmaterialer har forskjellige partikkelstørrelser og tettheter. I prosessen med omrøring vil det være blanding, ekstrudering, friksjon, agglomerering og andre forskjellige kontaktmoduser. I stadiene hvor råmaterialer gradvis blandes, fuktes av løsemiddel, store materialer brytes og gradvis tenderer til stabilitet, vil det være ujevn materialblanding, dårlig limoppløsning, alvorlig agglomerering av fine partikler, endringer i limegenskaper og andre forhold, som vil føre til dannelse av store partikler.

Når vi forstår hva som får partiklene til å dukke opp, må vi løse disse problemene med passende medisiner. Når det gjelder tørrpulverblanding av materialer, tror jeg personlig at mikserhastigheten har liten innflytelse på graden av tørrpulverblanding, men de trenger nok tid til å sikre jevnheten til tørrpulverblandingen. Nå velger noen produsenter pulveraktig lim og noen velger flytende løsning godt lim, to forskjellige lim bestemmer den forskjellige prosessen, bruk av pulveraktig lim trenger lengre tid på å løse seg opp, ellers vil det på slutten vises hevelse, rebound, viskositetsendring osv. agglomerering mellom fine partikler er uunngåelig, men vi bør sørge for at det er nok friksjon mellom materialene til at agglomerasjonspartiklene kan virke ekstruderte, knusende, som bidrar til blanding. Dette krever at vi kontrollerer faststoffinnholdet i ulike stadier av slurryen, for lavt faststoffinnhold vil påvirke friksjonsspredningen mellom partiklene.

3. Faststoffinnhold i slurryen

Faststoffinnholdet i slurryen er nært knyttet til slurryens stabilitet, samme prosess og formel, jo høyere faststoffinnhold i slurryen, jo større viskositet, og omvendt. I et visst område, jo høyere viskositet, jo høyere stabilitet er slurryen. Når vi designer batteriet, utleder vi generelt tykkelsen på kjernekjernen fra batteriets kapasitet til utformingen av elektrodeplaten, så utformingen av elektrodeplaten er kun relatert til overflatetettheten, tettheten av levende stoffer, tykkelsen og andre parametere. Parametrene til elektrodeark justeres med belegger og rullepress, og faststoffinnholdet i slurry har ingen direkte innvirkning på det. Så, spiller nivået av faststoffinnhold i slurry liten rolle?

(1) Faststoffinnhold har en viss innflytelse på å forbedre omrøringseffektiviteten og beleggeffektiviteten. Jo høyere faststoffinnhold, jo kortere røretid, jo mindre forbruk av løsemiddel, jo høyere tørkeeffektivitet for belegget, noe som sparer tid.

(2) Faststoffinnholdet har visse krav til utstyr. Slurry med høyt faststoffinnhold har et høyere tap for utstyr, fordi jo høyere faststoffinnhold, desto mer alvorlig slites utstyret.

(3) Oppslemmingen med høyt faststoffinnhold er mer stabil. Stabilitetstestresultatene for noe slurry (som vist i figuren nedenfor) viser at TSI (ustabilitetsindeks) på 1.05 ved konvensjonell røring er høyere enn 0.75 i høyviskositetsrøreprosess, så slurrystabiliteten oppnådd ved høyviskositet røreprosessen er bedre enn den som oppnås ved konvensjonell røreprosess. Men slurryen med høyt faststoffinnhold vil også påvirke flyten, noe som er svært utfordrende for utstyret og teknikerne i belegningsprosessen.

Bildet

(4) Oppslemmingen med høyt faststoffinnhold kan redusere tykkelsen mellom beleggene og redusere batteriets indre motstand.

4. Massetetthet

Størrelsens tetthet er en viktig parameter for å gjenspeile konsistensen av størrelsen. Spredningseffekten av størrelse kan verifiseres ved å teste størrelsens tetthet ved forskjellige posisjoner. I dette vil ikke bli gjentatt, gjennom oppsummeringen ovenfor, tror jeg at vi forbereder en god elektrodepasta.