Tillverkning och tillverkning av litiumjonbatterier är en process som är nära sammanlänkad av ett tekniskt steg. Som helhet inkluderar produktionen av litiumbatterier elektrodtillverkningsprocessen, batterimonteringsprocessen och den slutliga vätskeinsprutningen, förladdning, bildning och åldringsprocessen. I dessa tre stadier av processen kan varje process delas upp i flera nyckelprocesser, varje steg kommer att ha stor inverkan på batteriets slutliga prestanda.

I processskedet kan det delas in i fem processer: pastaberedning, pastabeläggning, valspressning, skärning och torkning. I batterimonteringsprocessen, och enligt de olika batterispecifikationerna och modellerna, grovt uppdelad i lindning, skal, svetsning och andra processer. I slutskedet av vätskeinjektion, inklusive vätskeinjektion, avgaser, tätning, förfyllning, bildning, åldring och andra processer. Elektrodtillverkningsprocessen är kärninnehållet i hela litiumbatteritillverkningen, vilket är relaterat till batteriets elektrokemiska prestanda, och kvaliteten på slurryn är särskilt viktig.

En, den grundläggande teorin om flytgödsel

Litiumjonbatterielektroduppslamning är en slags vätska, vanligtvis kan delas in i newtonsk vätska och icke-newtonsk vätska. Bland dem kan icke-Newtonsk vätska delas in i dilatansplastvätska, tidsberoende icke-Newtonsk vätska, pseudoplastisk vätska och binghamplastvätska. Newtonsk vätska är en vätska med låg viskositet som är lätt att deformera under påkänning och skjuvspänningen är proportionell mot deformationshastigheten. Vätska i vilken skjuvspänningen vid någon punkt är en linjär funktion av hastigheten för skjuvdeformation. Många vätskor i naturen är newtonska vätskor. De flesta rena vätskor som vatten och alkohol, lätt olja, lågmolekylära föreningslösningar och strömmande gaser med låg hastighet är newtonska vätskor.

Icke-newtonsk vätska avser den vätska som inte uppfyller Newtons experimentella viskositetslag, det vill säga förhållandet mellan skjuvspänning och skjuvtöjningshastighet är inte linjärt. Icke-newtonska vätskor finns allmänt i livet, produktionen och naturen. Polymerkoncentrerade lösningar och suspensioner av polymerer är i allmänhet icke-newtonska vätskor. De flesta biologiska vätskor definieras nu som icke-newtonska vätskor. Icke-newtonska vätskor inkluderar blod, lymfa och cystiska vätskor, såväl som “halvvätskor” som cytoplasma.

Elektrodslurry består av en mängd olika råmaterial med olika specifik vikt och partikelstorlek, och blandas och dispergeras i fast-vätskefas. Den bildade uppslamningen är en icke-newtonsk vätska. Litiumbatterislurry kan delas in i positiv slurry och negativ slurry två typer, på grund av slurrysystemet (oljigt, vatten) olika, kommer dess natur att variera. Följande parametrar kan dock användas för att bestämma slurryns egenskaper:

1. Viskositet för slammet

Viskositet är ett mått på vätskans viskositet och ett uttryck för vätskekraften på dess inre friktionsfenomen. När vätska strömmar, producerar den inre friktion mellan dess molekyler, vilket kallas vätskans viskositet. Viskositet uttrycks av viskositet, som används för att karakterisera motståndsfaktorn relaterad till vätskeegenskaper. Viskositet delas in i dynamisk viskositet och villkorad viskositet.

Viskositet definieras som ett par parallella plattor, område A, Dr Apart, fyllda med A-vätska. Applicera nu en tryckkraft F på den övre plattan för att producera en hastighetsändring DU. Eftersom vätskans viskositet överför denna kraft lager för lager, rör sig varje lager av vätska också i enlighet med detta och bildar en hastighetsgradient du/Dr, kallad skjuvhastighet, representerad av R ‘. F/A kallas skjuvspänning, uttryckt som τ. Förhållandet mellan skjuvhastighet och skjuvspänning är som följer:

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

Newtonsk vätska överensstämmer med Newtons formel, viskositeten är endast relaterad till temperatur, inte skjuvhastighet, τ är proportionell mot D.

Icke-newtonska vätskor överensstämmer inte med Newtons formel τ/D=f(D). Viskositeten vid en given τ/D är ηa, vilket kallas skenbar viskositet. Viskositeten hos icke-Newtonska vätskor beror inte bara på temperatur utan också på skjuvhastighet, tid och skjuvförtunning eller skjuvförtjockning.

2. Slamegenskaper

Slurry är en icke-newtonsk vätska, som är en fast-vätskeblandning. För att uppfylla kraven för efterföljande beläggningsprocess måste slurry ha följande tre egenskaper:

① Bra likviditet. Fluiditet kan observeras genom att röra om slammet och låta det flyta naturligt. God kontinuitet, kontinuerlig av- och avstängning betyder god likviditet. Fluiditet är relaterad till fastämneshalten och viskositeten i slurryn,

(2) utjämning. Uppslamningens jämnhet påverkar beläggningens planhet och jämnhet.

③ Reologi. Reologi avser deformationsegenskaperna hos slurry i flöde, och dess egenskaper påverkar kvaliteten på polplåten.

3. Slamdispersionsfundament

Tillverkning av litiumjonbatterielektrod, katodpasta med lim, ledande medel, katodmaterialsammansättning; Den negativa pastan består av lim, grafitpulver och så vidare. Beredningen av positiv och negativ slurry inkluderar en rad tekniska processer, såsom blandning, upplösning och dispergering mellan flytande och flytande, flytande och fasta material, och åtföljs av förändringar i temperatur, viskositet och miljö i denna process. Blandnings- och dispergeringsprocessen för litiumjonbatterislurry kan delas in i makroblandningsprocess och mikrodispersionsprocess, som alltid åtföljs av hela processen med litiumjonbatterislurryberedning. Beredningen av flytgödsel går i allmänhet igenom följande steg:

① Torrpulverblandning. Partiklar kontaktar varandra i form av punkter, punkter, plan och linjer,

② Halvtorr lerknådningsstadium. I detta skede, efter att det torra pulvret har blandats jämnt, tillsätts bindemedelsvätskan eller lösningsmedlet och råmaterialet är blött och lerigt. Efter den kraftiga omrörningen av blandaren utsätts materialet för skjuvning och friktion av mekanisk kraft, och det kommer att uppstå intern friktion mellan partiklarna. Under varje kraft tenderar råmaterialpartiklarna att vara mycket dispergerade. Detta steg har en mycket viktig effekt på storleken och viskositeten hos den färdiga slurryn.

③ Spädnings- och spridningsstadiet. Efter knådning tillsattes lösningsmedel långsamt för att justera slurryns viskositet och fastämnesinnehåll. I detta skede samexisterar spridning och agglomeration och når slutligen stabilitet. I detta skede påverkas materialspridningen huvudsakligen av mekanisk kraft, friktionsmotstånd mellan pulver och vätska, höghastighetsspridningsskjuvkraft och slagsamverkan mellan slurry och behållarvägg.

Bilden

Analys av parametrar som påverkar slurryns egenskaper

Det är ett viktigt index för att säkerställa konsistensen hos batteriet i batteriproduktionsprocessen att slurryn ska ha god stabilitet. När den kombinerade slurryn är slut, blandningen stannar, kommer slurry att uppträda avsättningar, flockning och andra fenomen, vilket resulterar i stora partiklar, vilket kommer att ha en större inverkan på den efterföljande beläggningen och andra processer. Huvudparametrarna för slurrystabilitet är fluiditet, viskositet, fastämnesinnehåll och densitet.

1. Viskositet för slammet

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.

Problemet som ofta uppstår i vår produktionsprocess är förändringen av viskositeten, och “förändringen” här kan delas in i momentan förändring och statisk förändring. Övergående förändring avser den drastiska förändringen i viskositetstestningsprocessen, och statisk förändring avser viskositetsförändringen efter en tidsperiod. Viskositeten varierar från hög till låg, från hög till låg. Generellt sett är de viktigaste faktorerna som påverkar slurryns viskositet hastigheten för blandning av slurry, tidskontroll, ingrediensordning, miljötemperatur och luftfuktighet, etc. Det finns många faktorer, när vi möter viskositetsförändring bör vara hur man analyserar och löser det? Viskositeten hos slurryn bestäms i huvudsak av bindemedlet. Föreställ dig att utan bindemedlet PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), eller om bindemedlet inte kombinerar det levande materialet väl, kommer det fasta levande materialet och det ledande medlet att bilda en icke-Newtonsk vätska med enhetlig beläggning? Gör det inte! Därför, för att analysera och lösa orsaken till slurryviskositetsförändringar, bör vi utgå från bindemedlets och slurryns dispersionsgrad.

Bilden

FIKON. 2. Molekylär struktur hos PVDF

Bilden

Figur 3. Molekylformel för CMC

(1) the viscosity increases

Olika slurrysystem har olika regler för viskositetsändring. För närvarande är det vanliga uppslamningssystemet positivt slurry PVDF/NMP-oljesystem, och negativ slurry är grafit/CMC/SBR vattenhaltigt system.

① Viskositeten för positiv slurry ökar efter en tid. En anledning (korttidsplacering) är att slurryblandningshastigheten är för hög, bindemedlet är inte helt upplöst och PVDF-pulvret är helt upplöst efter en tid och viskositeten ökar. Generellt sett behöver PVDF minst 3 timmar för att lösas upp helt, oavsett hur snabbt omrörningshastigheten inte kan ändra denna påverkande faktor, den så kallade “hast gör avfall”. Det andra skälet (lång tid) är att i processen att slurryn står, ändras kolloiden från soltillståndet till geltillståndet. Vid denna tidpunkt, om den homogeniseras med låg hastighet, kan dess viskositet återställas. Det tredje skälet är att en speciell struktur bildas mellan kolloid och levande material och partiklar av ledande medel. Detta tillstånd är irreversibelt och slurryns viskositet kan inte återställas efter ökning.

Viskositeten hos den negativa uppslamningen ökar. Viskositeten hos den negativa slurryn orsakas huvudsakligen av förstörelsen av bindemedlets molekylära struktur, och slammets viskositet ökar efter oxidationen av molekylkedjebrottet. Om materialet är överdrivet dispergerat kommer partikelstorleken att reduceras kraftigt och slurryns viskositet kommer också att ökas.

(2) viskositeten reduceras

① Viskositeten för positiv slurry minskar. En av anledningarna, adhesiv kolloid ändrar karaktär. Det finns många orsaker till förändringen, såsom stark skjuvkraft under flytande av slam, kvalitativ förändring av vattenabsorption av bindemedel, strukturell förändring och nedbrytning av sig själv i blandningsprocessen. Det andra skälet är att den ojämna omrörningen och dispergeringen leder till att fasta material sedimenterar med stor yta i slammet. Det tredje skälet är att vid omrörning utsätts limmet för stark skjuvkraft och friktion av utrustning och levande material, och förändringar i egenskaper vid hög temperatur, vilket resulterar i en minskning av viskositeten.

Viskositeten hos den negativa slammet minskar. En av anledningarna är att det finns föroreningar inblandade i CMC. De flesta av föroreningarna i CMC är olösligt polymerharts. När CMC är blandbart med kalcium och magnesium kommer dess viskositet att minska. Det andra skälet är natriumhydroximetylcellulosa, som huvudsakligen är kombinationen av C/O. Bindningsstyrkan är mycket svag och förstörs lätt av skjuvkraft. När omrörningshastigheten är för hög eller omrörningstiden är för lång kan strukturen hos CMC förstöras. CMC spelar en förtjockande och stabiliserande roll i den negativa slurryn och spelar en viktig roll i spridningen av råmaterial. När dess struktur förstörs kommer den oundvikligen att orsaka slamsättning och viskositetsminskning. Det tredje skälet är förstörelsen av SBR-pärm. I själva produktionen väljs vanligtvis CMC och SBR ut att arbeta tillsammans, och deras roller är olika. SBR spelar huvudsakligen rollen som bindemedel, men det är benäget att demulgeras under långvarig omrörning, vilket resulterar i bindningsfel och viskositetsminskning av slurry.

(3) Särskilda omständigheter (geléformad hög och låg i rätt tid)

I processen med att förbereda positiv pasta förvandlas pastan ibland till gelé. Det finns två huvudorsaker till detta: för det första vatten. Med tanke på att fuktabsorptionen av levande ämnen och fuktkontrollen i blandningsprocessen inte är bra, är fuktabsorptionen av råvaror eller fuktigheten i blandningsmiljön hög, vilket resulterar i att PVDF absorberar vatten till gelé. För det andra pH-värdet för slurry eller material. Ju högre pH-värdet är, desto strängare är kontrollen av fukt, speciellt blandning av material med hög nickelhalt som NCA och NCM811.

Viskositeten för slurryn fluktuerar, en av anledningarna kan vara att slurryn inte stabiliseras helt i testprocessen, och slurryns viskositet påverkas kraftigt av temperaturen. Speciellt efter att ha dispergerats vid hög hastighet finns det en viss temperaturgradient i slurryns inre temperatur, och viskositeten för olika prover är inte densamma. Det andra skälet är dålig spridning av slurry, levande material, bindemedel, ledande medel är inte bra spridning, slurry är inte bra flytande, naturlig slurry viskositet är hög eller låg.

2. Uppslamningens storlek

Efter att slurryn har kombinerats är det nödvändigt att mäta dess partikelstorlek, och metoden för partikelstorleksmätning är vanligtvis skraparmetoden. Partikelstorlek är en viktig parameter för att karakterisera slurryns kvalitet. Partikelstorleken har ett viktigt inflytande på beläggningsprocessen, valsningsprocessen och batteriets prestanda. Teoretiskt gäller att ju mindre slurrystorleken är, desto bättre. När partikelstorleken är för stor kommer slurryns stabilitet att påverkas, sedimentering, slurrykonsistens är dålig. I processen med extruderingsbeläggning kommer det att finnas blockerande material, stolptorr efter gropbildningen, vilket resulterar i polkvalitetsproblem. I följande rullningsprocess, på grund av den ojämna spänningen i det dåliga beläggningsområdet, är det lätt att orsaka polbrott och lokala mikrosprickor, vilket kommer att orsaka stor skada på cykelprestanda, förhållandeprestanda och säkerhetsprestanda för batteriet.

Positiva och negativa aktiva substanser, lim, ledande medel och andra huvudmaterial har olika partikelstorlekar och densiteter. Under omrörning kommer det att finnas blandning, extrudering, friktion, agglomeration och andra olika kontaktlägen. I stadierna av att råmaterial gradvis blandas, vätas av lösningsmedel, stora material går sönder och gradvis tenderar till stabilitet, kommer det att uppstå ojämn materialblandning, dålig limupplösning, allvarlig agglomerering av fina partiklar, förändringar i vidhäftningsegenskaper och andra förhållanden, vilket kommer att leda till generering av stora partiklar.

När vi väl förstår vad som gör att partiklarna dyker upp måste vi ta itu med dessa problem med lämpliga läkemedel. När det gäller torrpulverblandning av material, tror jag personligen att mixerhastigheten har liten inverkan på graden av torrpulverblandning, men de behöver tillräckligt med tid för att säkerställa enhetligheten i torrpulverblandningen. Nu väljer vissa tillverkare pulverformigt lim och vissa väljer flytande lösning bra lim, två olika lim bestämmer den olika processen, användningen av pulverformigt lim behöver längre tid för att lösas upp, annars kommer svullnad, återhämtning, viskositetsförändring, etc. agglomerering mellan fina partiklar är oundviklig, men vi bör se till att det finns tillräckligt med friktion mellan materialen för att agglomerationspartiklarna ska kunna verka extruderade, krossande, gynnsamma för blandning. Detta kräver att vi kontrollerar fastämneshalten i olika stadier av slurry, för låg fasthalt kommer att påverka friktionsspridningen mellan partiklar.

3. Fastämneshalt i slurry

Fastämneshalten i slurryn är nära relaterad till slurryns stabilitet, samma process och formel, ju högre fasthalten i slurryn är, desto högre viskositet och vice versa. Inom ett visst område gäller att ju högre viskositet, desto högre stabilitet hos slurryn. När vi designar batteriet härleder vi i allmänhet kärnans tjocklek från batteriets kapacitet till designen av elektrodskivan, så designen av elektrodskivan är endast relaterad till ytdensiteten, densiteten för levande material, tjockleken och andra parametrar. Parametrarna för elektrodplåten justeras med bestrykare och rullpress, och det fasta innehållet i slurry har ingen direkt inverkan på det. Så, spelar nivån av fast innehåll i flytgödsel liten roll?

(1) Innehållet av fast material har en viss inverkan på att förbättra omrörningseffektiviteten och beläggningseffektiviteten. Ju högre fast innehåll, desto kortare omrörningstid, desto mindre förbrukning av lösningsmedel, desto högre torkningseffektivitet för beläggningen, vilket sparar tid.

(2) Det fasta innehållet har vissa krav på utrustning. Uppslamning med högt fast material har en högre förlust till utrustning, eftersom ju högre fast innehåll, desto allvarligare slits utrustningen.

(3) The slurry with high solid content is more stable. The stability test results of some slurry (as shown in the figure below) show that the TSI(instability index) of 1.05 in conventional stirring is higher than that of 0.75 in high-viscosity stirring process, so the slurry stability obtained by high-viscosity stirring process is better than that obtained by conventional stirring process. But the slurry with high solid content will also affect its fluidity, which is very challenging for the equipment and technicians of the coating process.

Bilden

(4) Uppslamningen med högt fast innehåll kan minska tjockleken mellan beläggningarna och minska batteriets inre motstånd.

4. Massdensitet

The density of size is an important parameter to reflect the consistency of size. The dispersion effect of size can be verified by testing the density of size at different positions. In this will not be repeated, through the above summary, I believe that we prepare a good electrode paste.