Proizvodnja in izdelava litij-ionskih baterij je proces, ki ga tesno povezuje en tehnološki korak. Proizvodnja litijevih baterij kot celota vključuje postopek izdelave elektrod, postopek sestavljanja baterije in končno vbrizgavanje tekočine, predhodno polnjenje, oblikovanje in proces staranja. V teh treh fazah procesa lahko vsak proces razdelimo na več ključnih procesov, vsak korak bo imel velik vpliv na končno delovanje baterije.

V fazi procesa ga lahko razdelimo na pet postopkov: priprava paste, premazovanje paste, stiskanje z valji, rezanje in sušenje. V procesu montaže baterije in glede na različne specifikacije in modele baterij, grobo razdeljen na navijanje, lupino, varjenje in druge postopke. V končni fazi vbrizgavanja tekočine, vključno z vbrizgavanjem tekočine, izpušnim plinom, tesnjenjem, predpolnjenjem, oblikovanjem, staranjem in drugimi procesi. Postopek izdelave elektrod je bistvena vsebina celotne proizvodnje litijevih baterij, ki je povezana z elektrokemično zmogljivostjo baterije, kakovost gnojevke pa je še posebej pomembna.

Ena, osnovna teorija gnojevke

Zmes elektrode litij-ionske baterije je nekakšna tekočina, ki jo običajno lahko razdelimo na newtonsko tekočino in ne-newtonsko tekočino. Med njimi lahko nenewtonsko tekočino razdelimo na dilatantno plastično tekočino, časovno odvisno nenewtonsko tekočino, psevdoplastično tekočino in binghamsko plastično tekočino. Newtonova tekočina je tekočina z nizko viskoznostjo, ki se zlahka deformira pod napetostjo, strižna napetost pa je sorazmerna s hitrostjo deformacije. Tekočina, v kateri je strižna napetost na kateri koli točki linearna funkcija hitrosti strižne deformacije. Številne tekočine v naravi so Newtonove tekočine. Večina čistih tekočin, kot so voda in alkohol, lahko olje, raztopine nizkomolekularnih spojin in nizkohitrostni tekoči plini, so newtonske tekočine.

Nenewtonova tekočina se nanaša na tekočino, ki ne izpolnjuje Newtonovega eksperimentalnega zakona viskoznosti, to pomeni, da razmerje med strižno napetostjo in hitrostjo strižne deformacije ni linearno. Nenewtonske tekočine se pogosto pojavljajo v življenju, proizvodnji in naravi. Polimerne koncentrirane raztopine in suspenzije polimerov so na splošno nenewtonske tekočine. Večina bioloških tekočin je zdaj opredeljena kot ne-newtonske tekočine. Ne-newtonske tekočine vključujejo kri, limfo in cistične tekočine ter “pol-tekočine”, kot je citoplazma.

Elektrodna suspenzija je sestavljena iz različnih surovin z različno specifično težo in velikostjo delcev ter je mešana in dispergirana v trdni-tekoči fazi. Nastala gošča je nenewtonska tekočina. Blato z litijevimi baterijami lahko razdelimo na dve vrsti pozitivne brozge in negativne brozge, zaradi drugačnega sistema gnojevke (oljna, voda), se bo njegova narava razlikovala. Vendar pa se lahko za določitev lastnosti gnojevke uporabijo naslednji parametri:

1. Viscosity of slurry

Viskoznost je merilo viskoznosti tekočine in izraz sile tekočine na pojav notranjega trenja. Ko tekočina teče, povzroči notranje trenje med svojimi molekulami, kar imenujemo viskoznost tekočine. Viskoznost je izražena z viskoznostjo, ki se uporablja za karakterizacijo faktorja odpornosti, povezanega z lastnostmi tekočine. Viskoznost se deli na dinamično viskoznost in pogojno viskoznost.

Viskoznost je opredeljena kot par vzporednih plošč, površina A, Dr narazen, napolnjena s tekočino A. Zdaj uporabite potisk F na zgornjo ploščo, da ustvarite spremembo hitrosti DU. Ker viskoznost tekočine prenaša to silo plast za plastjo, se ustrezno premika tudi vsak sloj tekočine, ki tvori gradient hitrosti du/Dr, imenovan strižna hitrost, ki ga predstavlja R’. F/A se imenuje strižna napetost, izražena kot τ. Razmerje med strižno hitrostjo in strižno napetostjo je naslednje:

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

Newtonova tekočina je v skladu z Newtonovo formulo, viskoznost je povezana samo s temperaturo, ne s strižno hitrostjo, τ je sorazmerno z D.

Nenewtonove tekočine ne ustrezajo Newtonovi formuli τ/D=f(D). Viskoznost pri danem τ/D je ηa, kar imenujemo navidezna viskoznost. Viskoznost nenewtonskih tekočin ni odvisna samo od temperature, temveč tudi od strižne hitrosti, časa in strižnega redčenja ali strižne zgoščenosti.

2. Slurry properties

Blato je nenewtonska tekočina, ki je mešanica trdnega in tekočega. Za izpolnjevanje zahtev kasnejšega postopka premazovanja mora gnojevka imeti naslednje tri značilnosti:

① Dobra likvidnost. Tekočnost lahko opazujemo z mešanjem gnojevke in ji pustimo, da naravno teče. Dobra kontinuiteta, neprekinjeno izklop in izklop pomeni dobro likvidnost. Fluidnost je povezana z vsebnostjo trdnih snovi in ​​viskoznostjo gnojevke,

(2) izravnavanje. Gladkost brozge vpliva na ravnost in enakomernost premaza.

③ Reologija. Reologija se nanaša na deformacijske značilnosti tekoče brozge, njene lastnosti pa vplivajo na kakovost pol pločevine.

3. Slurry dispersion foundation

Proizvodnja elektrod za litij-ionske baterije, katodna pasta z lepilom, prevodno sredstvo, sestava katodnega materiala; Negativna pasta je sestavljena iz lepila, grafitnega prahu in tako naprej. Priprava pozitivne in negativne brozge vključuje vrsto tehnoloških procesov, kot so mešanje, raztapljanje in dispergiranje med tekočimi in tekočimi, tekočimi in trdnimi materiali, pri tem pa jo spremljajo spremembe temperature, viskoznosti in okolja. Postopek mešanja in disperzije gnojevke litij-ionskih baterij lahko razdelimo na proces makro mešanja in postopek mikro disperzije, ki ju vedno spremlja celoten postopek priprave gnojevke litij-ionskih baterij. Priprava mešanice običajno poteka skozi naslednje faze:

① Mešanje suhega prahu. Delci se med seboj dotikajo v obliki pik, pik, ravnin in črt,

② Semi-dry mud kneading stage. At this stage, after the dry powder is mixed evenly, the binder liquid or solvent is added, and the raw material is wet and muddy. After the strong stirring of the mixer, the material is subjected to the shear and friction of mechanical force, and there will be internal friction between the particles. Under each force, the raw material particles tend to be highly dispersed. This stage has a very important effect on the size and viscosity of the finished slurry.

③ Stopnja redčenja in disperzije. Po gnetenju smo počasi dodajali topilo, da smo prilagodili viskoznost suspenzije in vsebnost trdne snovi. Na tej stopnji disperzija in aglomeracija sobivata in končno dosežeta stabilnost. Na tej stopnji na disperzijo materialov v glavnem vplivajo mehanska sila, torni upor med prahom in tekočino, hitra strižna sila disperzije in udarna interakcija med gnojevko in steno posode.

Slika

Analiza parametrov, ki vplivajo na lastnosti gnojevke

Pomemben kazalnik za zagotavljanje doslednosti baterije v procesu proizvodnje baterije je, da mora imeti gnojevka dobro stabilnost. S koncem mešane brozge se mešanje ustavi, pojavi se usedlina, flokulacija in drugi pojavi, zaradi katerih nastanejo veliki delci, ki bodo imeli večji vpliv na kasnejše premazovanje in druge procese. Glavni parametri stabilnosti brozge so fluidnost, viskoznost, vsebnost trdnih snovi in ​​gostota.

1. Viscosity of slurry

Stabilna in ustrezna viskoznost elektrodne paste je zelo pomembna za postopek prevleke elektrodnega lista. Viskoznost je previsoka ali prenizka ne prispeva k nanosu polarnega kosa, kaše z visoko viskoznostjo ni enostavno oboriti in disperzija bo boljša, vendar visoka viskoznost ne prispeva k izravnavanju, ni ugodna za premaz; Prenizka viskoznost ni dobra, viskoznost je nizka, čeprav je pretok gnojevke dober, vendar se težko posuši, zmanjša učinkovitost sušenja premaza, razpoke premaza, aglomeracija delcev brozge, konsistenca površinske gostote ni dobra.

Problem, ki se pogosto pojavlja v našem proizvodnem procesu, je sprememba viskoznosti, »spremembo« pa lahko razdelimo na takojšnjo spremembo in statično spremembo. Prehodna sprememba se nanaša na drastično spremembo v postopku preskušanja viskoznosti, statična sprememba pa se nanaša na spremembo viskoznosti po določenem časovnem obdobju. Viskoznost se spreminja od visoke do nizke, od visoke do nizke. Na splošno so glavni dejavniki, ki vplivajo na viskoznost brozge, hitrost mešanja brozge, nadzor časa, vrstni red sestavin, temperatura in vlažnost okolja, itd. Obstaja veliko dejavnikov, ko se srečamo s spremembo viskoznosti, bi morali biti kako to analizirati in rešiti? Viskoznost suspenzije v bistvu določa vezivo. Predstavljajte si, da bo brez veziva PVDF/CMC/SBR (slika 2, 3) ali če vezivo ne združuje dobro žive snovi, bo trdna živa snov in prevodno sredstvo tvorila nenewtonovsko tekočino z enakomerno prevleko? ne! Zato moramo za analizo in reševanje vzroka spremembe viskoznosti brozge izhajati iz narave veziva in stopnje disperzije brozge.

Slika

sl. 2. Molekularna struktura PVDF

Slika

Figure 3. Molecular formula of CMC

(1) viskoznost se poveča

Različni sistemi gnojevke imajo različna pravila za spremembo viskoznosti. Trenutno je glavni sistem gnojevke pozitiven PVDF/NMP oljni sistem, negativna suspenzija pa je grafitni /CMC/SBR vodni sistem.

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.

The viscosity of the negative slurry increases. The viscosity of the negative slurry is mainly caused by the destruction of the molecular structure of the binder, and the viscosity of the slurry is increased after the oxidation of the molecular chain fracture. If the material is excessively dispersed, the particle size will be greatly reduced, and the viscosity of the slurry will also be increased.

(2) viskoznost se zmanjša

① Viskoznost pozitivne brozge se zmanjša. Eden od razlogov je sprememba značaja adhezivnega koloida. Razlogov za spremembo je veliko, kot so močna strižna sila pri prenosu gnojevke, kakovostna sprememba absorpcije vode z vezivom, strukturna sprememba in sama degradacija v procesu mešanja. Drugi razlog je, da neenakomerno mešanje in razpršitev vodita do velikega posedanja trdnih materialov v brozgi. Tretji razlog je, da je v procesu mešanja lepilo izpostavljeno močni strižni sili in trenju opreme in živega materiala ter spremembam lastnosti pri visoki temperaturi, kar povzroči zmanjšanje viskoznosti.

Viskoznost negativne brozge se zmanjša. Eden od razlogov je, da so v CMC pomešane nečistoče. Večina nečistoč v CMC je netopna polimerna smola. Ko se CMC meša s kalcijem in magnezijem, se njegova viskoznost zmanjša. Drugi razlog je natrijeva hidroksimetilceluloza, ki je predvsem kombinacija C/O. Trdnost vezi je zelo šibka in se zlahka uniči s strižno silo. Ko je hitrost mešanja prehitra ali je čas mešanja predolg, se lahko struktura CMC uniči. CMC ima zgoščevalno in stabilizacijsko vlogo v negativni brozgi in ima pomembno vlogo pri disperziji surovin. Ko je njegova struktura uničena, bo neizogibno povzročilo usedanje gnojevke in zmanjšanje viskoznosti. Tretji razlog je uničenje SBR veziva. V dejanski produkciji sta CMC in SBR običajno izbrana za sodelovanje, njuni vlogi pa sta različni. SBR ima večinoma vlogo veziva, vendar je nagnjen k demulgiranju pri dolgotrajnem mešanju, kar povzroči okvaro vezi in zmanjšanje viskoznosti brozge.

(3) Posebne okoliščine (želatino pravočasno visoko in nizko)

V procesu priprave pozitivne paste se pasta včasih spremeni v žele. Za to sta dva glavna razloga: prvič, voda. Glede na to, da absorpcija vlage živih snovi in ​​nadzor vlage v procesu mešanja nista dobra, je absorpcija vlage surovin ali vlažnost okolja za mešanje visoka, kar ima za posledico absorpcijo vode s PVDF v žele. Drugič, pH vrednost gnojevke ali materiala. Višja kot je pH vrednost, strožji je nadzor vlage, zlasti mešanje materialov z visoko vsebnostjo niklja, kot sta NCA in NCM811.

Viskoznost brozge niha, eden od razlogov je lahko, da se brozga v procesu testiranja ne stabilizira popolnoma, na viskoznost brozge pa močno vpliva temperatura. Zlasti po razpršitvi pri visoki hitrosti obstaja določen temperaturni gradient v notranji temperaturi gnojevke, viskoznost različnih vzorcev pa ni enaka. Drugi razlog je slaba disperzija gnojevke, živega materiala, veziva, prevodno sredstvo ni dobra disperzija, brozga ni dobra fluidnost, naravna viskoznost brozge je visoka ali nizka.

2. Velikost gnojevke

Po mešanju brozge je treba izmeriti njeno velikost delcev, metoda merjenja velikosti delcev pa je običajno strgalna metoda. Velikost delcev je pomemben parameter za karakterizacijo kakovosti gnojevke. Velikost delcev ima pomemben vpliv na proces prevleke, valjanje in zmogljivost baterije. Teoretično, manjša kot je velikost gnojevke, tem bolje. Če je velikost delcev prevelika, bo to vplivalo na stabilnost brozge, sedimentacija, konsistenca brozge je slaba. V procesu ekstruzijskega premaza bo material za blokiranje, ki se bo po izrezu posušil, kar bo povzročilo težave s kakovostjo drogov. V naslednjem postopku valjanja je zaradi neenakomerne napetosti na območju slabega premaza enostavno povzročiti zlom drogov in lokalne mikro razpoke, kar bo povzročilo veliko škodo kolesarjenju, razmerju in varnostni učinkovitosti baterije.

Pozitivne in negativne učinkovine, lepila, prevodna sredstva in drugi glavni materiali imajo različne velikosti delcev in gostote. V procesu mešanja bo prišlo do mešanja, iztiskanja, trenja, aglomeracije in drugih različnih kontaktnih načinov. V fazah, ko se surovine postopoma mešajo, navlažijo s topilom, se veliki material lomi in postopoma teži k stabilnosti, bo prišlo do neenakomernega mešanja materiala, slabega raztapljanja lepila, resne aglomeracije finih delcev, sprememb lepilnih lastnosti in drugih pogojev, ki bodo vodijo do tvorbe velikih delcev.

Ko razumemo, kaj povzroča nastanek delcev, moramo te težave odpraviti z ustreznimi zdravili. Kar zadeva mešanje suhega prahu materialov, menim, da hitrost mešalnika malo vpliva na stopnjo mešanja suhega prahu, vendar potrebujejo dovolj časa, da zagotovijo enakomernost mešanja suhega prahu. Zdaj nekateri proizvajalci izberejo lepilo v prahu, nekateri pa izberejo tekoče raztopino dobro lepilo, dve različni lepili določata različne procese, uporaba praškastega lepila potrebuje daljši čas, da se raztopi, sicer se bo pozno pojavila oteklina, odboj, sprememba viskoznosti itd. aglomeracija med drobnimi delci je neizogibna, vendar moramo zagotoviti, da je med materiali dovolj trenja, da se aglomeracijski delci zdijo ekstrudirani, drobljeni, kar je ugodno za mešanje. To od nas zahteva, da nadzorujemo vsebnost trdnih snovi v različnih fazah gnojevke, prenizka vsebnost trdnih snovi bo vplivala na torno disperzijo med delci.

3. Vsebnost trdne gnojevke

Vsebnost trdne snovi v brozgi je tesno povezana s stabilnostjo brozge, enak postopek in formula, višja kot je vsebnost trdnih snovi v brozgi, večja je viskoznost in obratno. V določenem območju, višja kot je viskoznost, večja je stabilnost brozge. Ko načrtujemo baterijo, na splošno sklepamo debelino jedra jedra iz zmogljivosti baterije do zasnove elektrodnega lista, zato je zasnova elektrodnega lista povezana samo s površinsko gostoto, gostoto žive snovi, debelino in drugi parametri. Parametri elektrodne pločevine se prilagajajo s prevleko in valjčnim stiskalnico, vsebnost trdnih snovi v brozgi pa nanjo nima neposrednega vpliva. Ali je torej raven trdne snovi v gnojevki malo pomembna?

(1) Solid content has a certain influence on improving the stirring efficiency and coating efficiency. The higher the solid content, the shorter the stirring time, the less solvent consumption, the higher the coating drying efficiency, saving time.

(2) The solid content has certain requirements for equipment. Slurry with high solid content has a higher loss to equipment, because the higher the solid content, the more serious the equipment wear.

(3) Gošča z visoko vsebnostjo trdnih snovi je bolj stabilna. Rezultati preskusa stabilnosti neke brozge (kot je prikazano na spodnji sliki) kažejo, da je TSI (indeks nestabilnosti) 1.05 pri običajnem mešanju višji od 0.75 pri mešanju z visoko viskoznostjo, zato je stabilnost brozge, dosežena z visoko viskoznostjo, postopek mešanja je boljši od tistega, ki ga dobimo z običajnim postopkom mešanja. Toda kaša z visoko vsebnostjo trdnih snovi bo vplivala tudi na njeno tekočnost, kar je za opremo in tehnike postopka nanosa zelo zahtevno.

Slika

(4) Gošča z visoko vsebnostjo trdnih snovi lahko zmanjša debelino med premazi in zmanjša notranji upor baterije.

4. Gostota celuloze

Gostota velikosti je pomemben parameter, ki odraža doslednost velikosti. Učinek disperzije velikosti je mogoče preveriti s testiranjem gostote velikosti na različnih položajih. Pri tem se ne bom ponavljal, skozi zgornji povzetek verjamem, da pripravimo dobro pasto za elektrode.