Producția și fabricarea bateriilor litiu-ion este un proces strâns legat de un singur pas tehnologic. În ansamblu, producția de baterie cu litiu include procesul de fabricare a electrodului, procesul de asamblare a bateriei și procesul final de injectare a lichidului, preîncărcare, formare și proces de îmbătrânire. În aceste trei etape ale procesului, fiecare proces poate fi împărțit în mai multe procese cheie, fiecare pas va avea un impact mare asupra performanței finale a bateriei.

În etapa de proces, acesta poate fi subdivizat în cinci procese: prepararea pastei, acoperirea pastei, presare cu role, tăiere și uscare. În procesul de asamblare a bateriei și în conformitate cu diferitele specificații și modele ale bateriei, împărțite aproximativ în procese de înfășurare, carcasă, sudare și alte procese. În etapa finală a injecției de lichid, inclusiv injecție de lichid, evacuare, etanșare, pre-umplere, formare, îmbătrânire și alte procese. Procesul de fabricare a electrodului este conținutul de bază al întregii baterii cu litiu, care este legat de performanța electrochimică a bateriei, iar calitatea nămolului este deosebit de importantă.

Unul, teoria de bază a nămolului

Suspensia electrodului bateriei cu ioni de litiu este un fel de fluid, de obicei poate fi împărțit în fluid newtonian și fluid non-newtonian. Printre acestea, fluidul non-newtonian poate fi împărțit în fluid plastic cu dilatație, fluid non-newtonian dependent de timp, fluid pseudoplastic și fluid plastic bingham. Fluidul newtonian este un fluid cu vâscozitate scăzută, care este ușor de deformat sub efort, iar tensiunea de forfecare este proporțională cu viteza de deformare. Fluid în care efortul de forfecare în orice punct este o funcție liniară a vitezei de deformare prin forfecare. Multe fluide din natură sunt fluide newtoniene. Cele mai multe lichide pure, cum ar fi apa și alcoolul, uleiul ușor, soluțiile de compuși cu moleculară mică și gazele care curg cu viteză mică sunt fluide newtoniene.

Fluidul non-newtonian se referă la fluidul care nu îndeplinește legea experimentală a viscozității a lui Newton, adică relația dintre efortul de forfecare și viteza de deformare prin forfecare nu este liniară. Fluidele non-newtoniene se găsesc pe scară largă în viață, producție și natură. Soluțiile concentrate de polimeri și suspensiile de polimeri sunt în general fluide non-newtoniene. Majoritatea fluidelor biologice sunt acum definite ca fluide non-newtoniene. Fluidele non-newtoniene includ sânge, limfa și lichide chistice, precum și „semi-fluide”, cum ar fi citoplasma.

Suspensia de electrozi este compusă dintr-o varietate de materii prime cu greutate specifică și dimensiunea particulelor diferite și este amestecată și dispersată în fază solid-lichid. Suspensia formată este un fluid non-newtonian. Nămolul bateriei cu litiu poate fi împărțit în șlam pozitiv și șlam negativ de două tipuri, datorită sistemului de șlam (ulei, apă) diferit, natura sa va varia. Cu toate acestea, următorii parametri pot fi utilizați pentru a determina proprietățile șlamului:

1. Vâscozitatea suspensiei

Vâscozitatea este o măsură a vâscozității fluidului și o expresie a forței fluidului asupra fenomenului său de frecare internă. Când lichidul curge, acesta produce frecare internă între moleculele sale, care se numește vâscozitatea lichidului. Vâscozitatea este exprimată prin vâscozitate, care este utilizată pentru a caracteriza factorul de rezistență legat de proprietățile lichidului. Vâscozitatea este împărțită în vâscozitate dinamică și vâscozitate condiționată.

Vâscozitatea este definită ca o pereche de plăci paralele, zona A, Dr Apart, umplute cu lichid A. Acum aplicați o forță F pe placa superioară pentru a produce o schimbare de viteză DU. Deoarece vâscozitatea lichidului transferă această forță strat cu strat, fiecare strat de lichid se mișcă și el în mod corespunzător, formând un gradient de viteză du/ Dr, numit viteză de forfecare, reprezentat de R’. F/A se numește efort de forfecare, exprimat ca τ. Relația dintre viteza de forfecare și efortul de forfecare este următoarea:

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

Fluidul newtonian se conformează formulei lui Newton, vâscozitatea este legată doar de temperatură, nu de viteza de forfecare, τ este proporțional cu D.

Fluidele non-newtoniene nu sunt conforme cu formula lui Newton τ/D=f(D). Vâscozitatea la un anumit τ/D este ηa, care se numește vâscozitate aparentă. Vâscozitatea lichidelor non-newtoniene depinde nu numai de temperatură, ci și de viteza de forfecare, timp și subțierea prin forfecare sau îngroșarea prin forfecare.

2. Proprietăţile şlamului

Suspensia este un fluid non-newtonian, care este un amestec solid-lichid. Pentru a îndeplini cerințele procesului de acoperire ulterior, șlam trebuie să aibă următoarele trei caracteristici:

① Lichiditate bună. Fluiditatea poate fi observată prin agitarea suspensiei și lăsându-i să curgă în mod natural. Continuitate bună, oprire și oprire continuă înseamnă lichiditate bună. Fluiditatea este legată de conținutul de solide și vâscozitatea șlamului,

(2) nivelare. Netezimea nămolului afectează planeitatea și uniformitatea acoperirii.

③ Reologie. Reologia se referă la caracteristicile de deformare ale nămolului în flux, iar proprietățile sale afectează calitatea foii de stâlp.

3. Fond de ten cu dispersie a suspensiei

Fabricarea electrozilor bateriei litiu-ion, pastă catodică prin adeziv, agent conductor, compoziția materialului catodic; Pasta negativă este compusă din adeziv, pulbere de grafit și așa mai departe. Prepararea nămolului pozitiv și negativ include o serie de procese tehnologice, cum ar fi amestecarea, dizolvarea și dispersarea între materiale lichide și lichide, lichide și solide și este însoțită de modificări ale temperaturii, vâscozității și mediului în acest proces. Procesul de amestecare și dispersie a nămolului bateriei litiu-ion poate fi împărțit în proces de macro-amestecare și proces de micro-dispersie, care sunt întotdeauna însoțite de întregul proces de preparare a nămolului de baterie litiu-ion. Prepararea nămolului trece, în general, prin următoarele etape:

① Amestecarea pulberii uscate. Particulele se contactează între ele sub formă de puncte, puncte, planuri și linii,

② Etapa de frământare a noroiului semiuscat. În această etapă, după ce pulberea uscată este amestecată uniform, se adaugă lichidul de liant sau solventul, iar materia primă este umedă și noroioasă. După agitarea puternică a mixerului, materialul este supus la forfecarea și frecarea forței mecanice și va exista frecare internă între particule. Sub fiecare forță, particulele de materie primă tind să fie foarte dispersate. Această etapă are un efect foarte important asupra mărimii și vâscozității șlamului finit.

③ Etapa de diluare și dispersie. După frământare, solventul a fost adăugat încet pentru a ajusta vâscozitatea suspensiei și conținutul de solid. În această etapă, dispersia și aglomerarea coexistă și ajung în final la stabilitate. În această etapă, dispersia materialelor este afectată în principal de forța mecanică, rezistența la frecare între pulbere și lichid, forța de forfecare a dispersiei de mare viteză și interacțiunea impactului dintre șlam și peretele containerului.

Fotografia

Analiza parametrilor care afectează proprietățile șlamului

Este un indice important pentru a asigura consistența bateriei în procesul de producție a bateriei că șlamul trebuie să aibă o stabilitate bună. Odată cu sfârșitul nămolului combinat, amestecarea se oprește, nămolul va apărea tasare, floculare și alte fenomene, rezultând particule mari, care vor avea un impact mai mare asupra acoperirii ulterioare și a altor procese. Principalii parametri ai stabilității suspensiei sunt fluiditatea, vâscozitatea, conținutul de solid și densitatea.

1. Vâscozitatea suspensiei

Vâscozitatea stabilă și adecvată a pastei de electrozi este foarte importantă pentru procesul de acoperire a foii de electrozi. Vâscozitatea este prea mare sau prea scăzută nu este propice pentru acoperirea piesei polare, suspensia cu vâscozitate ridicată nu este ușor de precipitat și dispersia va fi mai bună, dar vâscozitatea ridicată nu favorizează efectul de nivelare, nu este propice acoperirii; Vâscozitatea prea scăzută nu este bună, vâscozitatea este scăzută, deși fluxul de șlam este bun, dar este dificil de uscat, reduce eficiența de uscare a acoperirii, fisurarea acoperirii, aglomerarea particulelor de șlam, consistența densității suprafeței nu este bună.

Problema care apare adesea în procesul nostru de producție este schimbarea vâscozității, iar „schimbarea” aici poate fi împărțită în schimbare instantanee și schimbare statică. Schimbarea tranzitorie se referă la schimbarea drastică în procesul de testare a vâscozității, iar schimbarea statică se referă la modificarea vâscozității după o perioadă de timp. Vâscozitatea variază de la mare la scăzută, de la mare la scăzută. În general, principalii factori care afectează vâscozitatea nămolului sunt viteza de amestecare a nămolului, controlul timpului, ordinea ingredientelor, temperatura și umiditatea mediului, etc. Există mulți factori, când ne întâlnim cu schimbarea vâscozității ar trebui să fie cum să o analizăm și să o rezolvăm? Vâscozitatea suspensiei este determinată în esență de liant. Imaginați-vă că fără liantul PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), sau dacă liantul nu combină bine materia vie, materia vie solidă și agentul conductiv vor forma un fluid non-newtonian cu acoperire uniformă? Nu! Prin urmare, pentru a analiza și a rezolva motivul modificării vâscozității șlamului, ar trebui să începem de la natura liantului și gradul de dispersie a șlamului.

Fotografia

FIG. 2. Structura moleculară a PVDF

Fotografia

Figura 3. Formula moleculară a CMC

(1) vâscozitatea crește

Diferite sisteme de șlam au reguli diferite de modificare a vâscozității. În prezent, sistemul de nămol principal este un sistem uleios PVDF/NMP cu nămol pozitiv, iar nămolul negativ este un sistem apos de grafit/CMC/SBR.

① Vâscozitatea nămolului pozitiv crește după o perioadă de timp. Un motiv (plasare în timp scurt) este că viteza de amestecare a suspensiei este prea rapidă, liantul nu este complet dizolvat, iar pulberea de PVDF este complet dizolvată după o perioadă de timp, iar vâscozitatea crește. În general, PVDF are nevoie de cel puțin 3 ore pentru a se dizolva complet, indiferent cât de rapidă viteza de agitare nu poate schimba acest factor de influență, așa-numita „grabă face deșeuri”. Al doilea motiv (de lungă durată) este că, în procesul de staționare a șlamului, coloidul se schimbă din starea de sol în starea de gel. În acest moment, dacă este omogenizat cu o viteză mică, vâscozitatea acestuia poate fi restabilită. Al treilea motiv este că se formează o structură specială între coloid și materialul viu și particulele de agent conductor. Această stare este ireversibilă, iar vâscozitatea suspensiei nu poate fi restabilită după creștere.

Vâscozitatea suspensiei negative crește. Vâscozitatea nămolului negativ este cauzată în principal de distrugerea structurii moleculare a liantului, iar vâscozitatea nămolului este crescută după oxidarea rupturii lanțului molecular. Dacă materialul este dispersat excesiv, dimensiunea particulelor va fi mult redusă, iar vâscozitatea suspensiei va fi, de asemenea, crescută.

(2) vâscozitatea este redusă

① Vâscozitatea nămolului pozitiv scade. Unul dintre motive, coloidul adeziv își schimbă caracterul. Există multe motive pentru schimbare, cum ar fi forța de forfecare puternică în timpul transferului de nămol, modificarea calitativă a absorbției de apă de către liant, modificarea structurală și degradarea ei însăși în procesul de amestecare. Al doilea motiv este că agitarea și dispersia neuniformă conduc la depunerea pe suprafață mare a materialelor solide în suspensie. Al treilea motiv este că, în procesul de agitare, adezivul este supus unei forțe puternice de forfecare și frecare a echipamentelor și a materialului viu, precum și modificări ale proprietăților la temperatură ridicată, ducând la o scădere a vâscozității.

Vâscozitatea suspensiei negative scade. Unul dintre motive este că există impurități amestecate în CMC. Majoritatea impurităților din CMC sunt rășini polimerice insolubile. Când CMC este miscibil cu calciul și magneziul, vâscozitatea acestuia va fi redusă. Al doilea motiv este hidroximetil celuloza de sodiu, care este în principal combinația de C/O. Forța de legătură este foarte slabă și ușor distrusă de forța de forfecare. Când viteza de agitare este prea mare sau timpul de agitare este prea lung, structura CMC poate fi distrusă. CMC joacă un rol de îngroșare și stabilizare în suspensia negativă și joacă un rol important în dispersia materiilor prime. Odată ce structura sa este distrusă, va provoca inevitabil decantarea nămolului și reducerea vâscozității. Al treilea motiv este distrugerea liantului SBR. În producția propriu-zisă, CMC și SBR sunt de obicei selectate pentru a lucra împreună, iar rolurile lor sunt diferite. SBR joacă în principal rolul de liant, dar este predispus la demulsionare sub agitare pe termen lung, ceea ce duce la defectarea legăturii și reducerea vâscozității nămolului.

(3) Circumstanțele speciale (în formă de jeleu în timp util ridicat și scăzut)

În procesul de preparare a pastei pozitive, pasta se transformă uneori în jeleu. Există două motive principale pentru aceasta: în primul rând, apa. Având în vedere că absorbția de umiditate a substanțelor vii și controlul umidității în procesul de amestecare nu sunt bune, absorbția de umiditate a materiilor prime sau umiditatea mediului de amestecare este mare, rezultând absorbția apei de către PVDF în jeleu. În al doilea rând, valoarea pH-ului nămolului sau materialului. Cu cât valoarea pH-ului este mai mare, controlul umidității este mai strict, în special amestecarea materialelor cu conținut ridicat de nichel, cum ar fi NCA și NCM811.

Vâscozitatea nămolului fluctuează, unul dintre motive poate fi faptul că nămolul nu este complet stabilizat în procesul de testare, iar vâscozitatea nămolului este foarte afectată de temperatură. În special după ce a fost dispersat la viteză mare, există un anumit gradient de temperatură în temperatura internă a suspensiei, iar vâscozitatea diferitelor probe nu este aceeași. Al doilea motiv este dispersia slabă a nămolului, a materialului viu, a liantului, a agentului conductor nu este o dispersie bună, a nămolului nu are o fluiditate bună, vâscozitatea nămolului natural este ridicată sau scăzută.

2. Dimensiunea suspensiei

După ce nămolul este combinat, este necesar să se măsoare dimensiunea particulelor sale, iar metoda de măsurare a dimensiunii particulelor este de obicei metoda racletei. Dimensiunea particulelor este un parametru important pentru a caracteriza calitatea suspensiei. Dimensiunea particulelor are o influență importantă asupra procesului de acoperire, a procesului de laminare și a performanței bateriei. Teoretic, cu cât dimensiunea suspensiei este mai mică, cu atât mai bine. Când dimensiunea particulelor este prea mare, stabilitatea nămolului va fi afectată, sedimentarea, consistența nămolului este slabă. În procesul de acoperire prin extrudare, va exista material de blocare, stâlp uscat după pitting, rezultând probleme de calitate a stâlpului. În următorul proces de laminare, din cauza stresului neuniform din zona de acoperire proastă, este ușor să se provoace ruperea stâlpilor și micro-fisuri locale, ceea ce va afecta mare performanța ciclistă, performanța raportului și performanța de siguranță a bateriei.

Substanțele active pozitive și negative, adezivii, agenții conductivi și alte materiale principale au dimensiuni și densități diferite ale particulelor. În procesul de agitare, va exista amestecare, extrudare, frecare, aglomerare și alte moduri de contact diferite. În etapele în care materiile prime sunt amestecate treptat, umezite cu solvent, ruperea materialului mare și tendința treptat la stabilitate, va exista amestecare neuniformă a materialelor, dizolvarea slabă a adezivului, aglomerarea gravă a particulelor fine, modificări ale proprietăților adezive și alte condiții, care vor duce la generarea de particule mari.

Odată ce înțelegem ce cauzează apariția particulelor, trebuie să abordăm aceste probleme cu medicamente adecvate. În ceea ce privește amestecarea pulberii uscate a materialelor, personal cred că viteza mixerului are o influență mică asupra gradului de amestecare a pulberii uscate, dar au nevoie de timp suficient pentru a asigura uniformitatea amestecării pulberii uscate. Acum, unii producători aleg adeziv sub formă de pulbere, iar unii aleg soluție lichidă adeziv bun, doi adezivi diferiți determină procesul diferit, utilizarea adezivului sub formă de pulbere are nevoie de un timp mai lung pentru a se dizolva, altfel la sfârșitul va apărea umflare, rebound, schimbarea vâscozității etc. aglomerarea dintre particulele fine este inevitabilă, dar ar trebui să ne asigurăm că există suficientă frecare între materiale pentru a permite particulelor de aglomerare să apară extrudare, zdrobire, favorabilă amestecării. Acest lucru ne cere să controlăm conținutul de solide în diferite etape de suspensie, conținutul prea scăzut de solid va afecta dispersia de frecare între particule.

3. Conținutul solid al șlamului

Conținutul de solid al șlamului este strâns legat de stabilitatea șlamului, același proces și formulă, cu cât conținutul de solid al șlamului este mai mare, cu atât vâscozitatea este mai mare și invers. Într-un anumit interval, cu cât vâscozitatea este mai mare, cu atât stabilitatea suspensiei este mai mare. Când proiectăm bateria, deducem, în general, grosimea miezului din capacitatea bateriei până la proiectarea foii electrodului, astfel încât proiectarea foii electrodului este legată doar de densitatea suprafeței, densitatea materiei active, grosimea. și alți parametri. Parametrii foii de electrod sunt ajustați de către dispozitivul de acoperire și presa cu role, iar conținutul solid al șlamului nu are nicio influență directă asupra acestuia. Deci, contează puțin nivelul de conținut solid al șlamului?

(1) Conținutul solid are o anumită influență asupra îmbunătățirii eficienței de agitare și a eficienței acoperirii. Cu cât conținutul de solid este mai mare, cu atât timpul de agitare este mai scurt, cu atât se consumă mai puțin solvent, cu atât eficiența de uscare a stratului este mai mare, economisind timp.

(2) Conținutul solid are anumite cerințe pentru echipament. Nămolul cu conținut ridicat de solide are o pierdere mai mare pentru echipament, deoarece cu cât conținutul de solid este mai mare, cu atât mai gravă este uzura echipamentului.

(3) Suspensia cu conținut ridicat de solide este mai stabilă. Rezultatele testelor de stabilitate ale unor nămoluri (așa cum se arată în figura de mai jos) arată că TSI (indicele de instabilitate) de 1.05 în agitarea convențională este mai mare decât cel de 0.75 în procesul de agitare cu vâscozitate ridicată, astfel încât stabilitatea șlamului obținută prin vâscozitate ridicată. procesul de agitare este mai bun decât cel obținut prin procesul de agitare convențional. Dar șlamul cu conținut ridicat de solide îi va afecta și fluiditatea, ceea ce este foarte dificil pentru echipamentele și tehnicienii procesului de acoperire.

Fotografia

(4) Suspensia cu conținut ridicat de solide poate reduce grosimea dintre acoperiri și poate reduce rezistența internă a bateriei.

4. Densitatea pulpei

Densitatea dimensiunii este un parametru important pentru a reflecta consistența dimensiunii. Efectul de dispersie al mărimii poate fi verificat prin testarea densității dimensiunii în diferite poziții. In aceasta nu se va repeta, prin rezumatul de mai sus, cred ca pregatim o pasta de electrozi buna.