Výroba a výroba lítium-iónovej batérie je proces úzko spojený s jedným technologickým krokom. Ako celok výroba lítiovej batérie zahŕňa proces výroby elektród, proces montáže batérie a konečné vstrekovanie kvapaliny, prednabíjanie, formovanie a starnutie. V týchto troch fázach procesu možno každý proces rozdeliť do niekoľkých kľúčových procesov, pričom každý krok bude mať veľký vplyv na konečný výkon batérie.

V štádiu procesu ho možno rozdeliť do piatich procesov: príprava pasty, nanášanie pasty, lisovanie valcovaním, rezanie a sušenie. V procese montáže batérie a podľa rôznych špecifikácií a modelov batérií sa zhruba delia na procesy navíjania, plášťa, zvárania a iných procesov. V záverečnej fáze vstrekovania kvapaliny, vrátane vstrekovania kvapaliny, výfuku, tesnenia, predplnenia, formovania, starnutia a iných procesov. Proces výroby elektród je hlavným obsahom celej výroby lítiovej batérie, ktorá súvisí s elektrochemickým výkonom batérie a kvalita kalu je obzvlášť dôležitá.

One, the basic theory of slurry

Suspenzia elektród lítium-iónovej batérie je druh tekutiny, zvyčajne sa dá rozdeliť na newtonovskú tekutinu a nenewtonskú tekutinu. Medzi nimi možno nenewtonskú tekutinu rozdeliť na dilatantnú plastickú tekutinu, časovo závislú nenewtonskú tekutinu, pseudoplastickú tekutinu a binghamovu plastickú tekutinu. Newtonovská kvapalina je kvapalina s nízkou viskozitou, ktorá sa pri namáhaní ľahko deformuje a šmykové napätie je úmerné rýchlosti deformácie. Kvapalina, v ktorej je šmykové napätie v ktoromkoľvek bode lineárnou funkciou rýchlosti šmykovej deformácie. Mnohé tekutiny v prírode sú newtonovské tekutiny. Väčšina čistých kvapalín, ako je voda a alkohol, ľahký olej, roztoky nízkomolekulárnych zlúčenín a plyny s nízkou rýchlosťou, sú newtonovské tekutiny.

Nenewtonská kvapalina označuje kvapalinu, ktorá nespĺňa Newtonov experimentálny zákon viskozity, to znamená, že vzťah medzi šmykovým napätím a rýchlosťou šmykového pretvorenia nie je lineárny. Nenewtonské tekutiny sa bežne vyskytujú v živote, produkcii a prírode. Polymérne koncentrované roztoky a suspenzie polymérov sú vo všeobecnosti nenewtonovské tekutiny. Väčšina biologických tekutín je teraz definovaná ako nenewtonské tekutiny. Nenewtonské tekutiny zahŕňajú krv, lymfu a cystické tekutiny, ako aj „polotekutiny“, ako je cytoplazma.

Elektródová kaša sa skladá z rôznych surovín s rôznou špecifickou hmotnosťou a veľkosťou častíc a mieša sa a disperguje v tuhej a kvapalnej fáze. Vytvorená kaša je nenewtonovská kvapalina. Suspenziu z lítiových batérií možno rozdeliť na pozitívnu suspenziu a negatívnu suspenziu dvoch druhov, vzhľadom na odlišný kalový systém (olejový, vodný), jeho povaha sa bude líšiť. Na určenie vlastností kalu však možno použiť nasledujúce parametre:

1. Viskozita suspenzie

Viskozita je mierou viskozity tekutiny a vyjadrením sily tekutiny na jave jej vnútorného trenia. Keď kvapalina prúdi, vytvára medzi svojimi molekulami vnútorné trenie, ktoré sa nazýva viskozita kvapaliny. Viskozita je vyjadrená viskozitou, ktorá sa používa na charakterizáciu faktora odporu súvisiaceho s vlastnosťami kvapaliny. Viskozita sa delí na dynamickú viskozitu a podmienenú viskozitu.

Viskozita je definovaná ako pár rovnobežných dosiek, oblasť A, Dr Apart, naplnených kvapalinou A. Teraz aplikujte ťah F na hornú dosku, aby ste vytvorili zmenu rýchlosti DU. Pretože viskozita kvapaliny prenáša túto silu vrstvu po vrstve, každá vrstva kvapaliny sa tiež pohybuje zodpovedajúcim spôsobom, pričom vytvára rýchlostný gradient du/Dr, nazývaný šmyková rýchlosť, reprezentovaný R’. F/A sa nazýva šmykové napätie, vyjadrené ako τ. Vzťah medzi šmykovou rýchlosťou a šmykovým napätím je nasledujúci:

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

Newtonian fluid conforms to Newton’s formula, viscosity is only related to temperature, not shear rate, τ is proportional to D.

Nenewtonovské kvapaliny nezodpovedajú Newtonovmu vzorcu τ/D=f(D). Viskozita pri danom τ/D je ηa, čo sa nazýva zdanlivá viskozita. Viskozita nenewtonských kvapalín závisí nielen od teploty, ale aj od šmykovej rýchlosti, času a šmykového stenčovania alebo šmykového zahusťovania.

2. Vlastnosti kalu

Slurry is a non-Newtonian fluid, which is a solid-liquid mixture. In order to meet the requirements of subsequent coating process, slurry needs to have the following three characteristics:

① Dobrá likvidita. Tekutosť možno pozorovať miešaním kaše a umožnením jej prirodzeného prúdenia. Dobrá kontinuita, nepretržité vypnutie a vypnutie znamená dobrú likviditu. Tekutosť súvisí s obsahom pevných látok a viskozitou kalu,

(2) vyrovnanie. Hladkosť kaše ovplyvňuje rovinnosť a rovnomernosť náteru.

③ Reológia. Reológia sa vzťahuje na deformačné charakteristiky kalu v prúdení a jeho vlastnosti ovplyvňujú kvalitu pólového plechu.

3. Podkladová disperzia kaše

Výroba elektród lítium-iónových batérií, katódová pasta pomocou lepidla, vodivé činidlo, zloženie materiálu katódy; Negatívna pasta sa skladá z lepidla, grafitového prášku atď. Príprava pozitívnej a negatívnej suspenzie zahŕňa sériu technologických procesov, ako je miešanie, rozpúšťanie a dispergovanie medzi kvapalinou a kvapalinou, kvapalnými a pevnými materiálmi a je sprevádzaná zmenami teploty, viskozity a prostredia v tomto procese. Proces miešania a disperzie suspenzie lítium-iónových batérií možno rozdeliť na proces makro miešania a proces mikrodisperzie, ktoré sú vždy sprevádzané celým procesom prípravy suspenzie lítium-iónových batérií. Príprava kaše vo všeobecnosti prechádza nasledujúcimi fázami:

① Miešanie suchého prášku. Častice sa navzájom dotýkajú vo forme bodiek, bodiek, rovín a čiar,

② Stupeň miesenia polosuchého blata. V tomto štádiu, po rovnomernom premiešaní suchého prášku, sa pridá spojivová kvapalina alebo rozpúšťadlo a surovina je mokrá a bahnitá. Po silnom premiešaní mixéra je materiál vystavený šmyku a treniu mechanickej sily a medzi časticami bude vnútorné trenie. Pod každou silou majú častice suroviny tendenciu byť vysoko rozptýlené. Táto fáza má veľmi dôležitý vplyv na veľkosť a viskozitu hotovej suspenzie.

③ Fáza riedenia a disperzie. Po miesení sa pomaly pridalo rozpúšťadlo, aby sa upravila viskozita suspenzie a obsah pevných látok. V tomto štádiu koexistuje disperzia a aglomerácia a nakoniec dosiahne stabilitu. V tomto štádiu je disperzia materiálov ovplyvnená najmä mechanickou silou, trecím odporom medzi práškom a kvapalinou, vysokorýchlostnou disperznou šmykovou silou a interakciou nárazu medzi kalom a stenou nádoby.

Obrázok

Analýza parametrov ovplyvňujúcich vlastnosti hnojovice

Dôležitým ukazovateľom na zabezpečenie konzistencie batérie v procese výroby batérie je, že suspenzia by mala mať dobrú stabilitu. S ukončením kombinovanej kaše sa miešanie zastaví, kaša sa objaví usadzovanie, flokulácia a iné javy, výsledkom čoho sú veľké častice, ktoré budú mať väčší vplyv na následné poťahovanie a ďalšie procesy. Hlavnými parametrami stability suspenzie sú tekutosť, viskozita, obsah pevných látok a hustota.

1. Viskozita suspenzie

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.

Problém, ktorý sa často vyskytuje v našom výrobnom procese, je zmena viskozity, pričom „zmenu“ tu možno rozdeliť na okamžitú zmenu a statickú zmenu. Prechodná zmena sa týka drastickej zmeny v procese testovania viskozity a statická zmena sa týka zmeny viskozity po určitom čase. Viskozita sa mení od vysokej po nízku, od vysokej po nízku. Všeobecne povedané, hlavné faktory ovplyvňujúce viskozitu suspenzie sú rýchlosť miešania suspenzie, časová kontrola, poradie prísad, teplota a vlhkosť prostredia atď. Existuje veľa faktorov, pri ktorých sa stretávame so zmenou viskozity, ako ju analyzovať a vyriešiť? Viskozita suspenzie je v podstate určená spojivom. Predstavte si, že bez spojiva PVDF/CMC/SBR (OBR. 2, 3), alebo ak spojivo nekombinuje dobre živú hmotu, vytvorí tuhá živá hmota a vodivé činidlo nenewtonskú tekutinu s rovnomerným povlakom? nie! Preto, aby sme analyzovali a vyriešili príčinu zmeny viskozity kalu, mali by sme vychádzať z povahy spojiva a stupňa disperzie kalu.

Obrázok

Obr. 2. Molekulárna štruktúra PVDF

Obrázok

Obrázok 3. Molekulový vzorec CMC

(1) zvyšuje sa viskozita

Rôzne kalové systémy majú rôzne pravidlá zmeny viskozity. V súčasnosti je hlavným kalovým systémom pozitívny kalový PVDF/NMP olejový systém a negatívnou kalom je vodný systém grafit/CMC/SBR.

① Viskozita pozitívnej suspenzie sa po určitom čase zvýši. Jedným z dôvodov (krátke umiestnenie) je, že rýchlosť miešania suspenzie je príliš vysoká, spojivo nie je úplne rozpustené a prášok PVDF sa po určitom čase úplne rozpustí a viskozita sa zvyšuje. Všeobecne povedané, PVDF potrebuje na úplné rozpustenie aspoň 3 hodiny, bez ohľadu na to, ako rýchlo rýchlosť miešania nemôže zmeniť tento ovplyvňujúci faktor, takzvaný „haste make waste“. Druhý dôvod (dlhý čas) je ten, že v procese státia kaše sa koloid mení zo sólu na gél. V tomto čase, ak sa homogenizuje pri nízkej rýchlosti, môže sa obnoviť jeho viskozita. Tretím dôvodom je, že sa medzi koloidom a živým materiálom a časticami vodivého činidla vytvára špeciálna štruktúra. Tento stav je nevratný a viskozitu kalu nie je možné po zvýšení obnoviť.

Viskozita negatívnej suspenzie sa zvyšuje. Viskozita negatívnej suspenzie je spôsobená hlavne deštrukciou molekulárnej štruktúry spojiva a viskozita suspenzie sa zvyšuje po oxidácii zlomu molekulového reťazca. Ak je materiál nadmerne dispergovaný, veľkosť častíc sa značne zníži a viskozita suspenzie sa tiež zvýši.

(2) viskozita sa zníži

① Viskozita pozitívnej suspenzie klesá. Jedným z dôvodov sú zmeny charakteru adhezívneho koloidu. Existuje mnoho dôvodov pre zmenu, ako je silná šmyková sila pri prenose kalu, kvalitatívna zmena absorpcie vody spojivom, štrukturálna zmena a degradácia seba samej v procese miešania. Druhým dôvodom je, že nerovnomerné miešanie a dispergovanie vedie k veľkoplošnému usadzovaniu pevných látok v kale. Tretím dôvodom je, že v procese miešania je lepidlo vystavené veľkej šmykovej sile a treniu zariadenia a živého materiálu a zmenám vlastností pri vysokej teplote, čo vedie k zníženiu viskozity.

Viskozita negatívnej suspenzie klesá. Jedným z dôvodov je, že v CMC sú primiešané nečistoty. Väčšina nečistôt v CMC je nerozpustná polymérna živica. Keď je CMC miešateľný s vápnikom a horčíkom, jeho viskozita sa zníži. Druhým dôvodom je sodná soľ hydroxymetylcelulózy, ktorá je hlavne kombináciou C/O. Pevnosť spoja je veľmi slabá a ľahko sa zničí šmykovou silou. Keď je rýchlosť miešania príliš vysoká alebo čas miešania príliš dlhý, štruktúra CMC sa môže zničiť. CMC hrá zahusťovaciu a stabilizačnú úlohu v negatívnej suspenzii a hrá dôležitú úlohu pri rozptyle surovín. Akonáhle je jeho štruktúra zničená, nevyhnutne spôsobí usadzovanie kalu a zníženie viskozity. Tretím dôvodom je zničenie spojiva SBR. V skutočnej výrobe sa CMC a SBR zvyčajne vyberajú tak, aby spolupracovali a ich úlohy sú odlišné. SBR zohráva hlavne úlohu spojiva, ale pri dlhodobom miešaní je náchylný na deemulgáciu, čo vedie k zlyhaniu spoja a zníženiu viskozity kalu.

(3) Špeciálne okolnosti (rôsolovité včasné vysoké a nízke)

V procese prípravy pozitívnej pasty sa pasta niekedy zmení na želé. Sú na to dva hlavné dôvody: po prvé, voda. Vzhľadom na to, že absorpcia vlhkosti živých látok a kontrola vlhkosti v procese miešania nie sú dobré, absorpcia vlhkosti surovín alebo vlhkosť prostredia miešania je vysoká, čo vedie k absorpcii vody PVDF do želé. Po druhé, hodnota pH kalu alebo materiálu. Čím vyššia je hodnota pH, tým prísnejšia je kontrola vlhkosti, najmä miešanie materiálov s vysokým obsahom niklu, ako sú NCA a NCM811.

Viskozita kalu kolíše, jedným z dôvodov môže byť, že kal nie je úplne stabilizovaný v procese testovania a viskozita kalu je výrazne ovplyvnená teplotou. Najmä po dispergovaní pri vysokej rýchlosti je vo vnútornej teplote suspenzie určitý teplotný gradient a viskozita rôznych vzoriek nie je rovnaká. Druhým dôvodom je zlá disperzia kalu, živého materiálu, spojiva, vodivého činidla nie je dobrá disperzia, kalu nie je dobrá tekutosť, prirodzená viskozita kalu je vysoká alebo nízka.

2. Veľkosť kaše

Po zmiešaní kaše je potrebné zmerať veľkosť jej častíc a metódou merania veľkosti častíc je zvyčajne škrabková metóda. Veľkosť častíc je dôležitým parametrom na charakterizáciu kvality kalu. Veľkosť častíc má dôležitý vplyv na proces nanášania povlaku, proces valcovania a výkon batérie. Teoreticky, čím menšia je veľkosť kaše, tým lepšie. Keď je veľkosť častíc príliš veľká, bude ovplyvnená stabilita kalu, sedimentácia, konzistencia kalu je zlá. V procese extrúzneho poťahovania bude blokovací materiál, po preliačení pólov suchý, čo vedie k problémom s kvalitou pólov. V nasledujúcom valcovacom procese, kvôli nerovnomernému namáhaniu v oblasti zlého náteru, je ľahké spôsobiť zlomenie tyče a lokálne mikrotrhlinky, čo spôsobí veľké poškodenie cyklistického výkonu, pomerového výkonu a bezpečnostného výkonu batérie.

Pozitívne a negatívne aktívne látky, lepidlá, vodivé činidlá a iné hlavné materiály majú rôznu veľkosť častíc a hustotu. V procese miešania dôjde k miešaniu, vytláčaniu, treniu, aglomerácii a iným rôznym režimom kontaktu. V štádiách postupného miešania surovín, navlhčovania rozpúšťadlom, veľkého lámania materiálu a postupného smerovania k stabilite bude dochádzať k nerovnomernému miešaniu materiálu, zlému rozpúšťaniu lepidla, vážnej aglomerácii jemných častíc, zmenám adhéznych vlastností a ďalším podmienkam, ktoré viesť k tvorbe veľkých častíc.

Keď pochopíme, čo spôsobuje objavenie sa častíc, musíme tieto problémy riešiť vhodnými liekmi. Čo sa týka suchého práškového miešania materiálov, osobne si myslím, že rýchlosť miešadla má malý vplyv na stupeň miešania suchého prášku, ale potrebujú dostatok času na zabezpečenie rovnomernosti miešania suchého prášku. Teraz niektorí výrobcovia volia práškové lepidlo a niektorí si vyberajú tekutý roztok dobré lepidlo, dve rôzne lepidlá určujú rozdielny proces, použitie práškového lepidla potrebuje dlhší čas na rozpustenie, inak sa neskôr objaví opuch, odskok, zmena viskozity atď. aglomerácia medzi jemnými časticami je nevyhnutná, ale mali by sme zabezpečiť dostatočné trenie medzi materiálmi, aby aglomerované častice mohli pôsobiť vytláčaním, drvením, čo vedie k miešaniu. To si vyžaduje, aby sme kontrolovali obsah pevných látok v rôznych štádiách suspenzie, príliš nízky obsah pevných látok ovplyvní rozptyl trenia medzi časticami.

3. Obsah sušiny v kaši

Obsah pevných látok v kaši úzko súvisí so stabilitou kaše, rovnaký proces a vzorec, čím vyšší je obsah pevných látok v kaši, tým väčšia je viskozita a naopak. V určitom rozsahu, čím vyššia je viskozita, tým vyššia je stabilita suspenzie. Keď navrhujeme batériu, vo všeobecnosti odvodzujeme hrúbku jadra z kapacity batérie na konštrukciu elektródového listu, takže dizajn elektródového listu súvisí iba s povrchovou hustotou, hustotou živej hmoty, hrúbkou a ďalšie parametre. Parametre elektródového plechu sa nastavujú natieračom a valcovým lisom a pevný obsah kalu na to nemá priamy vplyv. Takže na obsahu pevných látok v hnoji nezáleží málo?

(1) Obsah pevných látok má určitý vplyv na zlepšenie účinnosti miešania a účinnosti poťahovania. Čím vyšší je obsah pevných látok, tým kratší je čas miešania, tým nižšia je spotreba rozpúšťadla, tým vyššia je účinnosť sušenia náteru, čo šetrí čas.

(2) Obsah pevných látok má určité požiadavky na vybavenie. Kal s vysokým obsahom pevných látok má vyššie straty na zariadení, pretože čím vyšší je obsah pevných látok, tým vážnejšie je opotrebovanie zariadenia.

(3) Suspenzia s vysokým obsahom pevných látok je stabilnejšia. Výsledky testu stability určitej suspenzie (ako je znázornené na obrázku nižšie) ukazujú, že TSI (index nestability) 1.05 pri bežnom miešaní je vyšší ako 0.75 pri vysokoviskóznom procese miešania, takže stabilita suspenzie získaná vysokou viskozitou proces miešania je lepší ako ten, ktorý sa získa bežným spôsobom miešania. Ale suspenzia s vysokým obsahom pevných látok ovplyvní aj jej tekutosť, čo je veľmi náročné pre zariadenia a technikov procesu poťahovania.

Obrázok

(4) Kaša s vysokým obsahom pevných látok môže znížiť hrúbku medzi povlakmi a znížiť vnútorný odpor batérie.

4. Hustota buničiny

Hustota veľkosti je dôležitým parametrom na vyjadrenie konzistencie veľkosti. Disperzný efekt veľkosti je možné overiť testovaním hustoty veľkosti v rôznych polohách. V tomto sa nebude opakovať, prostredníctvom vyššie uvedeného súhrnu verím, že pripravíme dobrú elektródovú pastu.