Uzalishaji na utengenezaji wa betri ya ioni ya lithiamu ni mchakato unaohusishwa kwa karibu na hatua moja ya kiteknolojia. Kwa ujumla, utengenezaji wa betri ya lithiamu ni pamoja na mchakato wa utengenezaji wa elektrodi, mchakato wa kusanyiko la betri na sindano ya mwisho ya kioevu, malipo ya awali, malezi na mchakato wa kuzeeka. Katika hatua hizi tatu za mchakato, kila mchakato unaweza kugawanywa katika michakato kadhaa muhimu, kila hatua itakuwa na athari kubwa juu ya utendaji wa mwisho wa betri.

Katika hatua ya mchakato, inaweza kugawanywa katika taratibu tano: maandalizi ya kuweka, kuweka mipako, roller kubwa, kukata na kukausha. Katika mchakato betri mkutano, na kwa mujibu wa specifikationer mbalimbali betri na mifano, takribani kugawanywa katika vilima, shell, kulehemu na taratibu nyingine. Katika hatua ya mwisho ya sindano kioevu, ikiwa ni pamoja na sindano kioevu, kutolea nje, kuziba, prefilling, malezi, kuzeeka na taratibu nyingine. Mchakato wa utengenezaji wa elektrodi ni maudhui ya msingi ya utengenezaji wote wa betri ya lithiamu, ambayo inahusiana na utendaji wa elektroni wa betri, na ubora wa tope ni muhimu sana.

Moja, nadharia ya msingi ya tope

Lithium ion battery electrode slurry is a kind of fluid, usually can be divided into Newtonian fluid and non-Newtonian fluid. Among them, non-Newtonian fluid can be divided into dilatancy plastic fluid, time dependent non-Newtonian fluid, pseudoplastic fluid and bingham plastic fluid. Newtonian fluid is a low viscosity fluid which is easy to deform under stress and the shear stress is proportional to the deformation rate. Fluid in which the shear stress at any point is a linear function of the rate of shear deformation. Many fluids in nature are Newtonian fluids. Most pure liquids such as water and alcohol, light oil, low molecular compound solutions and low-velocity flowing gases are Newtonian fluids.

Kioevu kisicho na newtonian kinarejelea umajimaji ambao haukidhi sheria ya majaribio ya Newton ya mnato, yaani, uhusiano kati ya mkazo wa kukata manyoya na kasi ya kukauka kwa kukata nywele sio laini. Maji yasiyo ya newtonian hupatikana sana katika maisha, uzalishaji na asili. Ufumbuzi uliokolezwa wa polima na kusimamishwa kwa polima kwa ujumla sio maji ya Newton. Maji mengi ya kibaolojia sasa yanafafanuliwa kuwa maji yasiyo ya Newtonian. Majimaji yasiyo ya newtonian ni pamoja na damu, limfu, na vimiminika vya cystic, na vile vile “miminika-nusu” kama vile saitoplazimu.

Tope la electrode linajumuisha malighafi mbalimbali zenye mvuto mahususi na saizi ya chembe, na huchanganywa na kutawanywa katika awamu ya kioevu-kioevu. Tope linaloundwa ni maji yasiyo ya Newtonian. Lithium tope betri inaweza kugawanywa katika tope chanya na hasi tope aina mbili, kutokana na mfumo tope (mafuta, maji) tofauti, asili yake itatofautiana. Walakini, vigezo vifuatavyo vinaweza kutumika kuamua mali ya tope:

1. Mnato wa tope

Mnato ni kipimo cha mnato wa giligili na usemi wa nguvu ya maji kwenye hali yake ya msuguano wa ndani. Wakati kioevu kinapita, hutoa msuguano wa ndani kati ya molekuli zake, ambayo inaitwa mnato wa kioevu. Viscosity inaonyeshwa na viscosity, ambayo hutumiwa kuashiria sababu ya upinzani inayohusiana na mali ya kioevu. Mnato umegawanywa katika mnato wa nguvu na mnato wa masharti.

Viscosity is defined as A pair of parallel plates, area A, Dr Apart, filled with A liquid. Now apply a thrust F to the upper plate to produce a velocity change DU. Because the viscosity of the liquid transfers this force layer by layer, each layer of liquid also moves accordingly, forming a velocity gradient du/ Dr, called shear rate, represented by R ‘. F/A is called shear stress, expressed as τ. The relationship between shear rate and shear stress is as follows:

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

Kioevu cha Newton kinapatana na fomula ya Newton, mnato unahusiana tu na halijoto, si kiwango cha kung’aa, τ ni sawia na D.

Majimaji yasiyo ya newtonian hayaambatani na fomula ya Newton τ/D=f(D). Mnato katika τ/D fulani ni ηa, ambayo inaitwa mnato dhahiri. Mnato wa vimiminika visivyo vya Newton hutegemea sio joto tu, bali pia kasi ya kukata, wakati, na upunguzaji wa shear au unene wa kukata manyoya.

2. Mali ya tope

Slurry ni maji yasiyo ya Newtonian, ambayo ni mchanganyiko wa kioevu-kioevu. Ili kukidhi mahitaji ya mchakato unaofuata wa mipako, tope inahitaji kuwa na sifa tatu zifuatazo:

① Ukwasi mzuri. Umiminiko wa maji unaweza kuzingatiwa kwa kuchochea tope na kuiruhusu kutiririka kawaida. Mwendelezo mzuri, kuzima na kuzima mfululizo kunamaanisha ukwasi mzuri. Umeme unahusiana na yaliyomo dhabiti na mnato wa tope,

(2) kusawazisha. Laini ya slurry huathiri kujaa na usawa wa mipako.

③ Rheolojia. Rheolojia inahusu sifa za deformation ya slurry katika mtiririko, na sifa zake huathiri ubora wa karatasi ya nguzo.

3. Msingi wa utawanyiko wa tope

Lithium ion betri electrode viwanda, cathode kuweka kwa wambiso, wakala conductive, cathode nyenzo utungaji; Kuweka hasi kunajumuisha wambiso, poda ya grafiti na kadhalika. Maandalizi ya slurry chanya na hasi ni pamoja na mfululizo wa michakato ya kiteknolojia, kama vile kuchanganya, kufuta na kutawanya kati ya kioevu na kioevu, kioevu na nyenzo imara, na inaambatana na mabadiliko ya joto, mnato na mazingira katika mchakato huu. Mchakato wa kuchanganya na utawanyiko wa tope la betri ya lithiamu ion inaweza kugawanywa katika mchakato wa kuchanganya macro na mchakato wa utawanyiko mdogo, ambao daima unaambatana na mchakato mzima wa maandalizi ya tope ya betri ya lithiamu. Utayarishaji wa slurry kawaida hupitia hatua zifuatazo:

① Kuchanganya poda kavu. Chembe hugusana kwa namna ya nukta, nukta, ndege na mistari,

② Hatua ya kukandia matope nusu-kavu. Katika hatua hii, baada ya poda kavu kuchanganywa sawasawa, kioevu cha binder au kutengenezea huongezwa, na malighafi ni mvua na matope. Baada ya kuchochea kwa nguvu ya mchanganyiko, nyenzo zinakabiliwa na shear na msuguano wa nguvu za mitambo, na kutakuwa na msuguano wa ndani kati ya chembe. Chini ya kila nguvu, chembe za malighafi huwa hutawanywa sana. Hatua hii ina athari muhimu sana kwa ukubwa na mnato wa slurry iliyokamilishwa.

③ Hatua ya dilution na mtawanyiko. Baada ya kukandia, kutengenezea kuliongezwa polepole ili kurekebisha mnato wa tope na yaliyomo kigumu. Katika hatua hii, utawanyiko na mkusanyiko huishi pamoja, na hatimaye kufikia utulivu. Katika hatua hii, mtawanyiko wa nyenzo huathiriwa zaidi na nguvu ya mitambo, upinzani wa msuguano kati ya poda na kioevu, nguvu ya mtawanyiko wa kasi, na mwingiliano wa athari kati ya tope na ukuta wa chombo.

Picha

Uchambuzi wa vigezo vinavyoathiri mali ya tope

Ni index muhimu ili kuhakikisha uthabiti wa betri katika mchakato wa uzalishaji wa betri kwamba tope inapaswa kuwa na utulivu mzuri. Na mwisho wa tope pamoja, kuchanganya ataacha, tope utaonekana makazi, flocculation na matukio mengine, na kusababisha chembe kubwa, ambayo itakuwa na athari kubwa juu ya mipako baadae na taratibu nyingine. Vigezo kuu vya utulivu wa slurry ni fluidity, viscosity, maudhui imara na wiani.

1. Mnato wa tope

Viscosity imara na inayofaa ya kuweka electrode ni muhimu sana kwa mchakato wa mipako ya karatasi ya electrode. mnato ni kubwa mno au chini sana si mazuri kwa mipako Polar kipande, tope tope na mnato juu si rahisi precipitate na utawanyiko itakuwa bora, lakini mnato juu si mazuri kwa kusawazisha athari, si mazuri kwa mipako; Mnato chini sana si nzuri, mnato ni ya chini, ingawa mtiririko tope ni nzuri, lakini ni vigumu kukauka, kupunguza ufanisi kukausha ya mipako, ngozi ngozi, tope chembe agglomeration, uso wiani konsekvensen si nzuri.

Tatizo ambalo mara nyingi hutokea katika mchakato wetu wa uzalishaji ni mabadiliko ya viscosity, na “mabadiliko” hapa yanaweza kugawanywa katika mabadiliko ya papo hapo na mabadiliko ya tuli. Mabadiliko ya muda mfupi hurejelea mabadiliko makubwa katika mchakato wa kupima mnato, na mabadiliko tuli hurejelea mabadiliko ya mnato baada ya muda fulani. Viscosity inatofautiana kutoka juu hadi chini, kutoka juu hadi chini. Kwa ujumla, sababu kuu zinazoathiri mnato wa tope ni kasi ya kuchanganya tope, udhibiti wa wakati, utaratibu wa viungo, joto la mazingira na unyevu, nk Kuna mambo mengi, tunapokutana na mabadiliko ya viscosity inapaswa kuwa jinsi ya kuchambua na kutatua? Mnato wa tope kimsingi imedhamiriwa na binder. Hebu fikiria kwamba bila kifungashio PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), au ikiwa kiunganisha hakichanganyiki jambo lililo hai vizuri, je, kitu kilicho hai kigumu na kidhibiti cha upitishaji hewa kitaunda umajimaji usio wa Newton na upakaji sare? Usifanye! Kwa hivyo, kuchambua na kutatua sababu ya mabadiliko ya mnato wa tope, tunapaswa kuanza kutoka asili ya binder na digrii ya utawanyiko wa tope.

Picha

FIG. 2. Muundo wa Masi ya PVDF

Picha

Kielelezo 3. Fomula ya molekuli ya CMC

(1) the viscosity increases

Mifumo tofauti ya tope ina sheria tofauti za mabadiliko ya mnato. Kwa sasa, mfumo mkuu wa tope ni tope chanya PVDF/NMP mfumo wa mafuta, na tope hasi ni grafiti /CMC/SBR mfumo wa maji.

① Mnato wa tope chanya huongezeka baada ya muda fulani. Sababu moja (uwekaji wa muda mfupi) ni kwamba kasi ya kuchanganya slurry ni haraka sana, binder haijafutwa kikamilifu, na poda ya PVDF inafutwa kikamilifu baada ya muda, na viscosity huongezeka. Kwa ujumla, PVDF inahitaji angalau masaa 3 kufuta kikamilifu, bila kujali kasi ya kuchochea haiwezi kubadilisha sababu hii ya ushawishi, kinachojulikana kama “haraka hufanya taka”. Sababu ya pili (muda mrefu) ni kwamba katika mchakato wa kusimama kwa slurry, colloid inabadilika kutoka hali ya sol hadi hali ya gel. Kwa wakati huu, ikiwa ni homogenized kwa kasi ya polepole, viscosity yake inaweza kurejeshwa. Sababu ya tatu ni kwamba muundo maalum huundwa kati ya colloid na nyenzo hai na chembe za wakala wa conductive. Hali hii haiwezi kutenduliwa, na mnato wa slurry hauwezi kurejeshwa baada ya kuongezeka.

Viscosity ya slurry hasi huongezeka. Mnato wa tope hasi husababishwa hasa na uharibifu wa muundo wa Masi ya binder, na mnato wa slurry huongezeka baada ya oxidation ya fracture ya mnyororo wa Masi. Ikiwa nyenzo hutawanywa kwa kiasi kikubwa, saizi ya chembe itapunguzwa sana, na mnato wa tope pia utaongezeka.

(2) mnato ni kupunguzwa

① Mnato wa tope chanya hupungua. Moja ya sababu, adhesive colloid mabadiliko katika tabia. Kuna sababu nyingi za mabadiliko, kama vile nguvu kali ya kukata nywele wakati wa uhamisho wa tope, mabadiliko ya ubora wa kunyonya maji kwa binder, mabadiliko ya muundo na uharibifu wa yenyewe katika mchakato wa kuchanganya. Sababu ya pili ni kwamba msukumo usio na usawa na mtawanyiko husababisha makazi ya eneo kubwa la nyenzo ngumu kwenye tope. Sababu ya tatu ni kwamba katika mchakato wa kuchochea, adhesive inakabiliwa na nguvu kali ya shear na msuguano wa vifaa na nyenzo za kuishi, na mabadiliko ya mali kwa joto la juu, na kusababisha kupungua kwa viscosity.

Viscosity ya slurry hasi hupungua. Moja ya sababu ni kwamba kuna uchafu uliochanganyika kwenye CMC. Uchafu mwingi katika CMC ni resin ya polima isiyoyeyuka. Wakati CMC inachanganyika na kalsiamu na magnesiamu, mnato wake utapunguzwa. Sababu ya pili ni selulosi ya sodium hydroxymethyl, ambayo hasa ni mchanganyiko wa C/O. Nguvu ya dhamana ni dhaifu sana na inaharibiwa kwa urahisi na nguvu ya kukata. Wakati kasi ya kuchochea ni ya haraka sana au wakati wa kuchochea ni mrefu sana, muundo wa CMC unaweza kuharibiwa. CMC ina jukumu mnene na kuleta utulivu katika tope hasi, na ina jukumu muhimu katika mtawanyiko wa malighafi. Mara tu muundo wake unapoharibiwa, bila shaka itasababisha makazi ya tope na kupunguza mnato. Sababu ya tatu ni uharibifu wa binder ya SBR. Katika uzalishaji halisi, CMC na SBR kawaida huchaguliwa kufanya kazi pamoja, na majukumu yao ni tofauti. SBR hasa ina jukumu la binder, lakini inakabiliwa na demulsification chini ya kuchochea kwa muda mrefu, na kusababisha kushindwa kwa dhamana na kupunguza mnato wa tope.

(3) Hali maalum (umbo la jeli kwa wakati ufaao juu na chini)

Katika mchakato wa kuandaa kuweka chanya, kuweka wakati mwingine hugeuka kuwa jelly. Kuna sababu mbili kuu za hii: kwanza, maji. Kwa kuzingatia kwamba kunyonya unyevu wa vitu vilivyo hai na udhibiti wa unyevu katika mchakato wa kuchanganya sio mzuri, ngozi ya unyevu wa malighafi au unyevu wa mazingira ya kuchanganya ni ya juu, na kusababisha ngozi ya maji na PVDF kwenye jelly. Pili, thamani ya pH ya tope au nyenzo. Kadiri thamani ya pH inavyokuwa juu, udhibiti wa unyevunyevu ni mkali zaidi, hasa uchanganyaji wa vifaa vya juu vya nikeli kama vile NCA na NCM811.

Mnato wa tope hubadilika, moja ya sababu inaweza kuwa kwamba tope halijatulia kabisa katika mchakato wa upimaji, na mnato wa tope huathiriwa sana na joto. Hasa baada ya kutawanywa kwa kasi ya juu, kuna gradient fulani ya joto katika joto la ndani la slurry, na viscosity ya sampuli tofauti si sawa. Sababu ya pili ni utawanyiko duni wa tope, nyenzo hai, binder, wakala conductive si nzuri utawanyiko, tope si nzuri fluidity, asili tope mnato ni ya juu au ya chini.

2. Ukubwa wa slurry

Baada ya tope kuunganishwa, ni muhimu kupima ukubwa wa chembe, na njia ya kipimo cha ukubwa wa chembe kawaida ni njia ya scraper. Ukubwa wa chembe ni kigezo muhimu cha kuashiria ubora wa tope. Ukubwa wa chembe una ushawishi muhimu juu ya mchakato wa mipako, mchakato wa rolling na utendaji wa betri. Kinadharia, ukubwa mdogo wa slurry ni, bora zaidi. Wakati ukubwa wa chembe ni kubwa mno, utulivu wa tope huathirika, mchanga, uthabiti wa tope ni duni. Katika mchakato wa mipako ya extrusion, kutakuwa na kuzuia nyenzo, pole kavu baada ya shimo, na kusababisha matatizo ya ubora wa pole. Katika mchakato unaofuata wa kusonga, kwa sababu ya mkazo usio sawa katika eneo la mipako mbaya, ni rahisi kusababisha kuvunjika kwa pole na nyufa ndogo za mitaa, ambayo itasababisha madhara makubwa kwa utendaji wa baiskeli, utendaji wa uwiano na utendaji wa usalama wa betri.

Dutu chanya na hasi hai, adhesives, mawakala conductive na vifaa vingine kuu vina ukubwa tofauti wa chembe na msongamano. Katika mchakato wa kuchochea, kutakuwa na kuchanganya, extrusion, msuguano, agglomeration na njia nyingine tofauti za mawasiliano. Katika hatua za malighafi kuchanganywa hatua kwa hatua, kuyeyushwa na kutengenezea, kuvunjika kwa nyenzo kubwa na polepole kutunza utulivu, kutakuwa na mchanganyiko wa nyenzo zisizo sawa, utaftaji duni wa wambiso, mkusanyiko mkubwa wa chembe nzuri, mabadiliko ya tabia ya wambiso na hali zingine. kusababisha uzalishaji wa chembe kubwa.

Mara tu tunapoelewa ni nini husababisha chembe kuonekana, tunahitaji kushughulikia matatizo haya na dawa zinazofaa. Kuhusu mchanganyiko wa poda kavu ya vifaa, mimi binafsi nadhani kwamba kasi ya mchanganyiko ina ushawishi mdogo juu ya kiwango cha kuchanganya poda kavu, lakini wanahitaji muda wa kutosha ili kuhakikisha usawa wa kuchanganya poda kavu. Sasa baadhi ya wazalishaji kuchagua adhesive poda na baadhi ya kuchagua kioevu ufumbuzi adhesive nzuri, adhesives mbili tofauti kuamua mchakato tofauti, matumizi ya adhesive poda inahitaji muda mrefu zaidi kufuta, vinginevyo katika marehemu itaonekana uvimbe, rebound, mabadiliko ya mnato, nk. agglomeration kati ya chembe faini ni kuepukika, lakini tunapaswa kuhakikisha kuwa kuna msuguano wa kutosha kati ya vifaa ili kuwezesha chembe agglomeration kuonekana extrusion, kusagwa, mazuri kwa kuchanganya. Hii inatuhitaji kudhibiti maudhui dhabiti katika hatua tofauti za tope, maudhui yaliyo chini sana yataathiri msuguano wa msuguano kati ya chembe.

3. Maudhui imara ya tope

Yaliyomo dhabiti ya tope yanahusiana kwa karibu na uimara wa tope, mchakato sawa na fomula, kadiri kiwango kigumu cha tope, ndivyo mnato unavyoongezeka, na kinyume chake. Katika aina fulani, juu ya mnato, juu ya utulivu wa slurry. Tunapotengeneza betri, kwa ujumla tunaamua unene wa msingi-msingi kutoka kwa uwezo wa betri hadi muundo wa karatasi ya elektrodi, kwa hivyo muundo wa karatasi ya elektrodi inahusiana tu na msongamano wa uso, wiani wa vitu hai, unene. na vigezo vingine. Vigezo vya karatasi ya electrode vinarekebishwa na mipako na vyombo vya habari vya roller, na maudhui imara ya slurry haina ushawishi wa moja kwa moja juu yake. Kwa hivyo, kiwango cha yaliyomo kwenye tope ni muhimu kidogo?

(1) Maudhui madhubuti yana ushawishi fulani katika kuboresha utendakazi wa kusisimua na ufanisi wa upakaji. Ya juu ya maudhui imara, muda mfupi wa kuchochea, matumizi ya chini ya kutengenezea, juu ya ufanisi wa kukausha mipako, kuokoa muda.

(2) Maudhui thabiti yana mahitaji fulani ya kifaa. Tope zenye kiwango cha juu cha ugumu huwa na hasara kubwa zaidi kwa vifaa, kwa sababu kadiri maudhui dhabiti yalivyo juu, ndivyo kifaa huvaliwa kwa uzito zaidi.

(3) Tope lenye maudhui ya juu gumu ni thabiti zaidi. Matokeo ya mtihani wa uthabiti wa baadhi ya tope (kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini) yanaonyesha kuwa TSI(instability index) ya 1.05 katika ukorogaji wa kawaida ni ya juu kuliko ile ya 0.75 katika mchakato wa kusisimua wa mnato wa juu, hivyo utulivu wa tope unaopatikana kwa mnato wa juu. mchakato wa kuchochea ni bora zaidi kuliko ule unaopatikana kwa mchakato wa kawaida wa kuchochea. Lakini tope iliyo na maudhui ya juu ya imara pia itaathiri maji yake, ambayo ni changamoto sana kwa vifaa na mafundi wa mchakato wa mipako.

Picha

(4) Tope lenye maudhui ya juu ya kigumu linaweza kupunguza unene kati ya mipako na kupunguza upinzani wa ndani wa betri.

4. Uzito wa massa

Uzito wa saizi ni kigezo muhimu cha kuonyesha uthabiti wa saizi. Athari ya mtawanyiko ya saizi inaweza kuthibitishwa kwa kupima msongamano wa saizi katika nafasi tofauti. Katika hili haitarudiwa, kwa njia ya muhtasari hapo juu, naamini kwamba tunatayarisha kuweka nzuri ya electrode.