Prodhimi dhe prodhimi i baterisë me jon litium është një proces i lidhur ngushtë nga një hap teknologjik. Në tërësi, prodhimi i baterisë së litiumit përfshin procesin e prodhimit të elektrodave, procesin e montimit të baterisë dhe procesin e injektimit përfundimtar të lëngut, parangarkimit, formimit dhe plakjes. Në këto tre faza të procesit, çdo proces mund të ndahet në disa procese kryesore, secili hap do të ketë një ndikim të madh në performancën përfundimtare të baterisë.

Në fazën e procesit, mund të ndahet në pesë procese: përgatitja e pastës, lyerja e pastës, shtypja me rul, prerja dhe tharja. Në procesin e montimit të baterisë, dhe sipas specifikimeve dhe modeleve të ndryshme të baterive, ndahen përafërsisht në dredha-dredha, guaskë, saldim dhe procese të tjera. Në fazën përfundimtare të injektimit të lëngut, duke përfshirë injektimin e lëngut, shkarkimin, mbylljen, parambushjen, formimin, plakjen dhe procese të tjera. Procesi i prodhimit të elektrodës është përmbajtja thelbësore e të gjithë prodhimit të baterive litium, e cila lidhet me performancën elektrokimike të baterisë dhe cilësia e slurit është veçanërisht e rëndësishme.

Një, teoria bazë e slurry

Llushi i elektrodës së baterisë së litiumit është një lloj lëngu, zakonisht mund të ndahet në lëngun Njutonian dhe lëngun jo Njutonian. Midis tyre, lëngu jo-njutonian mund të ndahet në lëngun plastik të dilatancës, lëngun jonjutonian të varur nga koha, lëngun pseudoplastik dhe lëngun plastik bingham. Lëngu Njutonian është një lëng me viskozitet të ulët i cili është i lehtë për t’u deformuar nën stres dhe stresi i prerjes është në proporcion me shkallën e deformimit. Lëngu në të cilin sforcimi në prerje në çdo pikë është një funksion linear i shpejtësisë së deformimit të prerjes. Shumë lëngje në natyrë janë lëngje njutoniane. Shumica e lëngjeve të pastra si uji dhe alkooli, vaji i lehtë, solucionet e përbërjes molekulare të ulët dhe gazrat me shpejtësi të ulët janë lëngje njutoniane.

Non-newtonian fluid refers to the fluid that does not satisfy Newton’s experimental law of viscosity, that is, the relationship between shear stress and shear strain rate is not linear. Non-newtonian fluids are widely found in life, production and nature. Polymers concentrated solutions and suspensions of polymers are generally non-Newtonian fluids. Most biological fluids are now defined as non-Newtonian fluids. Non-newtonian fluids include blood, lymph, and cystic fluids, as well as “semi-fluids” such as cytoplasm.

Lluri i elektrodës përbëhet nga një shumëllojshmëri lëndësh të para me gravitet specifik dhe madhësi të grimcave të ndryshme, dhe përzihet dhe shpërndahet në fazën e ngurtë-lëngshme. Llushi i formuar është një lëng jo Njutonian. Slurry bateri litium mund të ndahet në slurry pozitiv dhe negativ slurry dy lloje, për shkak të sistemit slurry (vaj, ujë) të ndryshme, natyra e saj do të ndryshojë. Megjithatë, parametrat e mëposhtëm mund të përdoren për të përcaktuar vetitë e slurit:

1. Viskoziteti i slurit

Viskoziteti është një masë e viskozitetit të lëngut dhe një shprehje e forcës së lëngut në fenomenin e tij të fërkimit të brendshëm. Kur lëngu rrjedh, ai prodhon fërkim të brendshëm midis molekulave të tij, i cili quhet viskozitet i lëngut. Viskoziteti shprehet me viskozitet, i cili përdoret për të karakterizuar faktorin e rezistencës që lidhet me vetitë e lëngut. Viskoziteti ndahet në viskozitet dinamik dhe viskozitet të kushtëzuar.

Viskoziteti përkufizohet si një palë pllakash paralele, zona A, Dr Përveç, e mbushur me lëng A. Tani aplikoni një shtytje F në pllakën e sipërme për të prodhuar një ndryshim të shpejtësisë DU. Për shkak se viskoziteti i lëngut e transferon këtë forcë shtresë pas shtrese, çdo shtresë lëngu gjithashtu lëviz në përputhje me rrethanat, duke formuar një gradient shpejtësie du/D, i quajtur shpejtësia e prerjes, e përfaqësuar nga R’. F/A quhet sforcim prerës, i shprehur si τ. Marrëdhënia midis shkallës së prerjes dhe stresit prerës është si më poshtë:

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

Lëngu i Njutonit përputhet me formulën e Njutonit, viskoziteti lidhet vetëm me temperaturën, jo me shpejtësinë e prerjes, τ është proporcional me D.

Lëngjet jo-njutoniane nuk përputhen me formulën e Njutonit τ/D=f(D). Viskoziteti në një τ/D të caktuar është ηa, i cili quhet viskozitet i dukshëm. Viskoziteti i lëngjeve jo-njutoniane varet jo vetëm nga temperatura, por edhe nga shpejtësia e prerjes, koha dhe hollimi ose trashja e prerjes.

2. Vetitë e slurit

Slurry është një lëng jo Njutonian, i cili është një përzierje e ngurtë-lëngshme. Për të përmbushur kërkesat e procesit të mëpasshëm të veshjes, llumi duhet të ketë tre karakteristikat e mëposhtme:

① Likuiditet i mirë. Fluiditeti mund të vërehet duke trazuar llumin dhe duke e lejuar atë të rrjedhë natyrshëm. Vazhdimësia e mirë, fikja dhe fikja e vazhdueshme do të thotë likuiditet i mirë. Fluiditeti lidhet me përmbajtjen e ngurtë dhe viskozitetin e slurit,

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

③ Reologjia. Reologjia i referohet karakteristikave të deformimit të slurit në rrjedhje, dhe vetitë e tij ndikojnë në cilësinë e fletës së shtyllës.

3. Baza e shpërndarjes së slurry

Prodhimi i elektrodave të baterive të litiumit, pasta katodë me ngjitës, agjent përçues, përbërja e materialit katodë; Pasta negative është e përbërë nga ngjitës, pluhur grafiti e kështu me radhë. Përgatitja e slurit pozitiv dhe negativ përfshin një sërë procesesh teknologjike, si përzierja, tretja dhe shpërndarja midis materialeve të lëngshme dhe të lëngshme, të lëngshme dhe të ngurta, dhe shoqërohet me ndryshime të temperaturës, viskozitetit dhe mjedisit në këtë proces. Procesi i përzierjes dhe shpërndarjes së llumit të baterisë së litiumit mund të ndahet në procesin e përzierjes makro dhe në procesin e mikro-shpërndarjes, të cilat shoqërohen gjithmonë nga i gjithë procesi i përgatitjes së slurit të baterisë me jon litium. Përgatitja e slurit në përgjithësi kalon nëpër fazat e mëposhtme:

① Përzierja e pluhurit të thatë. Grimcat kontaktojnë njëra-tjetrën në formën e pikave, pikave, planeve dhe vijave,

② Faza e zierjes së baltës gjysmë të thatë. Në këtë fazë, pasi pluhuri i thatë përzihet në mënyrë të barabartë, shtohet lëngu lidhës ose tretësi dhe lënda e parë laget dhe bëhet me baltë. Pas trazimit të fortë të mikserit, materiali i nënshtrohet prerjes dhe fërkimit të forcës mekanike dhe do të ketë fërkim të brendshëm midis grimcave. Nën çdo forcë, grimcat e lëndës së parë priren të shpërndahen shumë. Kjo fazë ka një efekt shumë të rëndësishëm në madhësinë dhe viskozitetin e slurit të përfunduar.

③ Faza e hollimit dhe shpërndarjes. Pas zierjes, tretësi u shtua ngadalë për të rregulluar viskozitetin e llumit dhe përmbajtjen e ngurtë. Në këtë fazë, shpërndarja dhe grumbullimi bashkëjetojnë dhe më në fund arrijnë stabilitet. Në këtë fazë, shpërndarja e materialeve ndikohet kryesisht nga forca mekanike, rezistenca e fërkimit midis pluhurit dhe lëngut, forca prerëse e shpërndarjes me shpejtësi të lartë dhe ndërveprimi i ndikimit midis slurit dhe murit të kontejnerit.

Piktura

Analiza e parametrave që ndikojnë në vetitë e slurit

Është një indeks i rëndësishëm për të siguruar qëndrueshmërinë e baterisë në procesin e prodhimit të baterisë që llumi të ketë qëndrueshmëri të mirë. Me përfundimin e slurit të kombinuar, përzierja ndalon, llumi do të shfaqet ngurtësimi, flokulimi dhe fenomene të tjera, duke rezultuar në grimca të mëdha, të cilat do të kenë një ndikim më të madh në veshjen e mëvonshme dhe në procese të tjera. Parametrat kryesorë të qëndrueshmërisë së slurit janë rrjedhshmëria, viskoziteti, përmbajtja e ngurtë dhe dendësia.

1. Viskoziteti i slurit

Viskoziteti i qëndrueshëm dhe i përshtatshëm i pastës së elektrodës është shumë i rëndësishëm për procesin e veshjes së fletës së elektrodës. Viskoziteti është shumë i lartë ose shumë i ulët nuk është i favorshëm për veshjen e pjesës polare, slurri me viskozitet të lartë nuk është i lehtë për t’u precipituar dhe shpërndarja do të jetë më e mirë, por viskoziteti i lartë nuk është i favorshëm për efektin e nivelimit, nuk është i favorshëm për veshjen; Viskoziteti shumë i ulët nuk është i mirë, viskoziteti është i ulët, megjithëse rrjedha e slurit është e mirë, por është e vështirë të thahet, zvogëloni efikasitetin e tharjes së veshjes, plasaritjen e veshjes, grumbullimin e grimcave të llumit, qëndrueshmëria e densitetit të sipërfaqes nuk është e mirë.

Problemi që shfaqet shpesh në procesin tonë të prodhimit është ndryshimi i viskozitetit, dhe “ndryshimi” këtu mund të ndahet në ndryshim të menjëhershëm dhe ndryshim statik. Ndryshimi kalimtar i referohet ndryshimit drastik në procesin e testimit të viskozitetit, dhe ndryshimi statik i referohet ndryshimit të viskozitetit pas një periudhe kohore. Viskoziteti ndryshon nga i larti në i ulët, nga i larti në i ulët. Në përgjithësi, faktorët kryesorë që ndikojnë në viskozitetin e llumit janë shpejtësia e përzierjes së llumit, kontrolli i kohës, renditja e përbërësve, temperatura dhe lagështia e mjedisit, etj. Ka shumë faktorë, kur takojmë ndryshimin e viskozitetit duhet të jetë si ta analizojmë dhe zgjidhim atë? Viskoziteti i slurit përcaktohet në thelb nga lidhësi. Imagjinoni që pa lidhësin PVDF/CMC/SBR (Fig. 2, 3), ose nëse lidhësi nuk e kombinon mirë lëndën e gjallë, a do të formojnë lënda e ngurtë e gjallë dhe agjenti përcjellës një lëng jonjutonian me veshje uniforme? Mos! Prandaj, për të analizuar dhe zgjidhur arsyen e ndryshimit të viskozitetit të llumit, duhet të nisemi nga natyra e lidhësit dhe shkalla e dispersionit të llumit.

Piktura

FIK. 2. Struktura molekulare e PVDF

Piktura

Figura 3. Formula molekulare e CMC

(1) viskoziteti rritet

Sisteme të ndryshme të slurit kanë rregulla të ndryshme të ndryshimit të viskozitetit. Aktualisht, sistemi kryesor i slurit është sistemi me vaj pozitiv PVDF/NMP, dhe slurri negativ është sistemi ujor grafit/CMC/SBR.

① Viskoziteti i slurit pozitiv rritet pas një periudhe kohe. Një arsye (vendosja në kohë të shkurtër) është se shpejtësia e përzierjes së llumit është shumë e shpejtë, lidhësi nuk është tretur plotësisht dhe pluhuri PVDF tretet plotësisht pas një periudhe kohore dhe viskoziteti rritet. Në përgjithësi, PVDF-së i duhen të paktën 3 orë për t’u tretur plotësisht, sado e shpejtë që shpejtësia e trazimit nuk mund ta ndryshojë këtë faktor ndikues, i ashtuquajturi “nxitimi bën dëm”. Arsyeja e dytë (për një kohë të gjatë) është se në procesin e qëndrimit të slurit, koloidi ndryshon nga gjendja sol në gjendje xhel. Në këtë kohë, nëse homogjenizohet me shpejtësi të ngadaltë, viskoziteti i tij mund të rikthehet. Arsyeja e tretë është se një strukturë e veçantë është formuar midis koloideve dhe materialeve të gjalla dhe grimcave të agjentit përcjellës. Kjo gjendje është e pakthyeshme dhe viskoziteti i llumit nuk mund të rikthehet pas rritjes.

Viskoziteti i slurit negativ rritet. Viskoziteti i slurit negativ shkaktohet kryesisht nga shkatërrimi i strukturës molekulare të lidhësit, dhe viskoziteti i slurit rritet pas oksidimit të thyerjes së zinxhirit molekular. Nëse materiali shpërndahet shumë, madhësia e grimcave do të zvogëlohet shumë dhe viskoziteti i slurit do të rritet gjithashtu.

(2) viskoziteti është zvogëluar

① Viskoziteti i slurit pozitiv zvogëlohet. Një nga arsyet, koloidet ngjitëse ndryshojnë në karakter. Ka shumë arsye për ndryshimin, si forca e fortë prerëse gjatë transferimit të slurit, ndryshimi cilësor i përthithjes së ujit nga lidhësi, ndryshimi strukturor dhe degradimi i vetvetes në procesin e përzierjes. Arsyeja e dytë është se trazimi dhe shpërndarja e pabarabartë çon në vendosjen e sipërfaqes së madhe të materialeve të ngurta në llum. Arsyeja e tretë është se në procesin e trazimit, ngjitësi i nënshtrohet forcës së fortë prerëse dhe fërkimit të pajisjeve dhe materialit të gjallë, si dhe ndryshimeve të vetive në temperaturë të lartë, duke rezultuar në një ulje të viskozitetit.

Viskoziteti i slurit negativ zvogëlohet. Një nga arsyet është se ka papastërti të përziera në CMC. Shumica e papastërtive në CMC janë rrëshirë polimer e patretshme. Kur CMC përzihet me kalcium dhe magnez, viskoziteti i tij do të reduktohet. Arsyeja e dytë është hidroksimetil celuloza natriumi, e cila është kryesisht kombinimi i C/O. Forca e lidhjes është shumë e dobët dhe shkatërrohet lehtësisht nga forca prerëse. Kur shpejtësia e trazimit është shumë e shpejtë ose koha e trazimit është shumë e gjatë, struktura e CMC mund të shkatërrohet. CMC luan një rol trashësues dhe stabilizues në slurin negativ dhe luan një rol të rëndësishëm në shpërndarjen e lëndëve të para. Pasi struktura e tij të shkatërrohet, ai në mënyrë të pashmangshme do të shkaktojë vendosjen e llumit dhe reduktimin e viskozitetit. Arsyeja e tretë është shkatërrimi i lidhësit SBR. Në prodhimin aktual, CMC dhe SBR zakonisht zgjidhen për të punuar së bashku, dhe rolet e tyre janë të ndryshme. SBR kryesisht luan rolin e lidhësit, por është i prirur për demulsifikimin nën trazimin afatgjatë, duke rezultuar në dështimin e lidhjes dhe reduktimin e viskozitetit të slurit.

(3) Rrethana të veçanta (në formë pelte të lartë dhe të ulët në kohë)

Në procesin e përgatitjes së pastës pozitive, pasta ndonjëherë shndërrohet në pelte. Ka dy arsye kryesore për këtë: së pari, uji. Duke marrë parasysh që thithja e lagështisë së substancave të gjalla dhe kontrolli i lagështisë në procesin e përzierjes nuk janë të mira, thithja e lagështisë së lëndëve të para ose lagështia e mjedisit të përzierjes është e lartë, duke rezultuar në thithjen e ujit nga PVDF në pelte. Së dyti, vlera e pH e slurit ose materialit. Sa më e lartë të jetë vlera e pH-së, kontrolli i lagështisë është më i rreptë, veçanërisht përzierja e materialeve të larta të nikelit si NCA dhe NCM811.

Viskoziteti i slurit luhatet, një nga arsyet mund të jetë se sllumi nuk është plotësisht i stabilizuar në procesin e testimit, dhe viskoziteti i slurit ndikohet shumë nga temperatura. Sidomos pasi shpërndahet me shpejtësi të lartë, ka një gradient të caktuar të temperaturës në temperaturën e brendshme të slurit dhe viskoziteti i mostrave të ndryshme nuk është i njëjtë. Arsyeja e dytë është shpërndarja e dobët e llumit, materiali i gjallë, lidhësi, agjenti përcjellës nuk është shpërndarje e mirë, slurri nuk është rrjedhshmëri e mirë, viskoziteti i slurit natyral është i lartë ose i ulët.

2. Madhësia e slurry

After the slurry is combined, it is necessary to measure its particle size, and the method of particle size measurement is usually scraper method. Particle size is an important parameter to characterize the slurry quality. Particle size has an important influence on the coating process, rolling process and battery performance. Theoretically, the smaller the slurry size is, the better. When the particle size is too large, the stability of slurry will be affected, sedimentation, slurry consistency is poor. In the process of extrusion coating, there will be blocking material, pole dry after the pitting, resulting in pole quality problems. In the following rolling process, due to the uneven stress in the bad coating area, it is easy to cause pole breakage and local micro-cracks, which will cause great harm to the cycling performance, ratio performance and safety performance of the battery.

Substancat aktive pozitive dhe negative, ngjitësit, agjentët përçues dhe materialet e tjera kryesore kanë madhësi dhe dendësi të ndryshme të grimcave. Në procesin e trazimit, do të ketë përzierje, nxjerrje, fërkim, grumbullim dhe mënyra të tjera të ndryshme kontakti. Në fazat e lëndëve të para që përzihen gradualisht, lagen nga tretësi, materiali i madh thyhet dhe gradualisht priret për stabilitet, do të ketë përzierje të pabarabartë të materialit, tretje të dobët të ngjitësit, grumbullim serioz i grimcave të imta, ndryshime në vetitë ngjitëse dhe kushte të tjera, të cilat do të çojnë në gjenerimin e grimcave të mëdha.

Pasi të kuptojmë se çfarë shkakton shfaqjen e grimcave, ne duhet t’i trajtojmë këto probleme me ilaçe të përshtatshme. Për sa i përket përzierjes së pluhurit të thatë të materialeve, unë personalisht mendoj se shpejtësia e mikserit ka pak ndikim në shkallën e përzierjes së pluhurit të thatë, por atyre u duhet kohë e mjaftueshme për të siguruar uniformitetin e përzierjes së pluhurit të thatë. Tani disa prodhues zgjedhin ngjitësin pluhur dhe disa zgjedhin tretësirën e lëngshme ngjitës të mirë, dy ngjitës të ndryshëm përcaktojnë procesin e ndryshëm, përdorimi i ngjitësit pluhur ka nevojë për një kohë më të gjatë për t’u tretur, përndryshe në fund do të shfaqet ënjtje, rikuperim, ndryshim i viskozitetit, etj. grumbullimi midis grimcave të imëta është i pashmangshëm, por duhet të sigurohemi që të ketë fërkim të mjaftueshëm midis materialeve për të mundësuar që grimcat e grumbullimit të shfaqen me nxjerrje, dërrmuese, të favorshme për përzierjen. Kjo kërkon që ne të kontrollojmë përmbajtjen e ngurtë në faza të ndryshme të slurit, përmbajtja shumë e ulët e ngurtë do të ndikojë në shpërndarjen e fërkimit midis grimcave.

3. Përmbajtja e ngurtë e slurry

Përmbajtja e ngurtë e slurit është e lidhur ngushtë me qëndrueshmërinë e slurit, i njëjti proces dhe formulë, sa më e lartë të jetë përmbajtja e ngurtë e slurit, aq më i madh është viskoziteti dhe anasjelltas. Në një interval të caktuar, sa më i lartë të jetë viskoziteti, aq më i lartë është qëndrueshmëria e slurit. Kur e projektojmë baterinë, përgjithësisht e nxjerrim trashësinë e bërthamës nga kapaciteti i baterisë në modelin e fletës së elektrodës, kështu që dizajni i fletës së elektrodës lidhet vetëm me densitetin e sipërfaqes, densitetin e lëndës së gjallë, trashësinë dhe parametra të tjerë. Parametrat e fletës së elektrodës rregullohen me lyerje dhe shtypje rul, dhe përmbajtja e ngurtë e slurit nuk ka ndikim të drejtpërdrejtë në të. Pra, a ka pak rëndësi niveli i përmbajtjes së ngurtë të slurit?

(1) Përmbajtja e ngurtë ka një ndikim të caktuar në përmirësimin e efikasitetit të trazimit dhe efikasitetit të veshjes. Sa më e lartë të jetë përmbajtja e ngurtë, aq më e shkurtër koha e trazimit, aq më pak konsumi i tretësit, aq më i lartë është efikasiteti i tharjes së veshjes, duke kursyer kohë.

(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) Lluri me përmbajtje të lartë të ngurtë është më i qëndrueshëm. Rezultatet e testit të stabilitetit të disa slurit (siç tregohet në figurën më poshtë) tregojnë se TSI (indeksi i paqëndrueshmërisë) prej 1.05 në trazimin konvencional është më i lartë se ai i 0.75 në procesin e trazimit me viskozitet të lartë, kështu që qëndrueshmëria e slurit përftohet nga viskoziteti i lartë procesi i trazimit është më i mirë se ai i përftuar nga procesi i trazimit konvencional. Por llumi me përmbajtje të lartë të ngurtë do të ndikojë gjithashtu në rrjedhshmërinë e tij, gjë që është shumë sfiduese për pajisjet dhe teknikët e procesit të veshjes.

Piktura

(4) Lluri me përmbajtje të lartë të ngurtë mund të zvogëlojë trashësinë midis veshjeve dhe të zvogëlojë rezistencën e brendshme të baterisë.

4. Dendësia e pulpës

Dendësia e madhësisë është një parametër i rëndësishëm për të pasqyruar konsistencën e madhësisë. Efekti i shpërndarjes së madhësisë mund të verifikohet duke testuar densitetin e madhësisë në pozicione të ndryshme. Në këtë nuk do të përsëritet, përmes përmbledhjes së mësipërme, besoj se përgatisim një pastë të mirë elektrodë.