Ang produksyon at paggawa ng lithium ion na baterya ay isang prosesong malapit na nauugnay sa isang teknolohikal na hakbang. Sa kabuuan, ang produksyon ng baterya ng lithium ay kinabibilangan ng proseso ng pagmamanupaktura ng elektrod, proseso ng pagpupulong ng baterya at ang panghuling likidong iniksyon, precharge, pagbuo at proseso ng pagtanda. Sa tatlong yugtong ito ng proseso, ang bawat proseso ay maaaring hatiin sa ilang mga pangunahing proseso, ang bawat hakbang ay magkakaroon ng malaking epekto sa panghuling pagganap ng baterya.

Sa yugto ng proseso, maaari itong hatiin sa limang proseso: paghahanda ng i-paste, pag-paste ng patong, pagpindot sa roller, paggupit at pagpapatuyo. Sa proseso ng pagpupulong ng baterya, at ayon sa iba’t ibang mga pagtutukoy at modelo ng baterya, halos nahahati sa paikot-ikot, shell, hinang at iba pang mga proseso. Sa huling yugto ng likido iniksyon, kabilang ang likido iniksyon, tambutso, sealing, prefilling, pagbuo, pag-iipon at iba pang mga proseso. Ang proseso ng pagmamanupaktura ng elektrod ay ang pangunahing nilalaman ng buong pagmamanupaktura ng baterya ng lithium, na nauugnay sa pagganap ng electrochemical ng baterya, at ang kalidad ng slurry ay partikular na mahalaga.

Isa, ang pangunahing teorya ng slurry

Lithium ion baterya elektrod slurry ay isang uri ng likido, kadalasan ay maaaring nahahati sa Newtonian fluid at non-Newtonian fluid. Kabilang sa mga ito, ang non-Newtonian fluid ay maaaring nahahati sa dilatancy plastic fluid, time dependent non-Newtonian fluid, pseudoplastic fluid at bingham plastic fluid. Ang Newtonian fluid ay isang mababang viscosity fluid na madaling ma-deform sa ilalim ng stress at ang shear stress ay proporsyonal sa rate ng deformation. Fluid kung saan ang shear stress sa anumang punto ay isang linear function ng rate ng shear deformation. Maraming likido sa kalikasan ang mga likidong Newtonian. Karamihan sa mga purong likido tulad ng tubig at alkohol, magaan na langis, mababang molekular na solusyon sa tambalan at mababang bilis na dumadaloy na mga gas ay mga likidong Newtonian.

Ang non-newtonian fluid ay tumutukoy sa fluid na hindi nakakatugon sa eksperimental na batas ng lagkit ng Newton, iyon ay, ang relasyon sa pagitan ng shear stress at shear strain rate ay hindi linear. Ang mga non-newtonian fluid ay malawakang matatagpuan sa buhay, produksyon at kalikasan. Ang mga polymer na puro solusyon at mga suspensyon ng mga polymer ay karaniwang mga non-Newtonian fluid. Karamihan sa mga biyolohikal na likido ay tinukoy na ngayon bilang mga non-Newtonian na likido. Kabilang sa mga non-newtonian fluid ang dugo, lymph, at cystic fluid, pati na rin ang “semi-fluids” gaya ng cytoplasm.

Ang electrode slurry ay binubuo ng iba’t ibang hilaw na materyales na may iba’t ibang partikular na gravity at laki ng butil, at hinahalo at dispersed sa solid-liquid phase. Ang slurry na nabuo ay isang non-Newtonian fluid. Lithium baterya slurry ay maaaring nahahati sa positibong slurry at negatibong slurry dalawang uri, dahil sa sistema ng slurry (mantika, tubig) naiiba, ang kalikasan nito ay mag-iiba. Gayunpaman, ang mga sumusunod na parameter ay maaaring gamitin upang matukoy ang mga katangian ng slurry:

1. Lapot ng slurry

Ang lagkit ay isang sukatan ng lagkit ng likido at isang pagpapahayag ng puwersa ng likido sa kababalaghan ng panloob na friction nito. Kapag dumadaloy ang likido, nagdudulot ito ng panloob na alitan sa pagitan ng mga molekula nito, na tinatawag na lagkit ng likido. Ang lagkit ay ipinahayag ng lagkit, na ginagamit upang makilala ang kadahilanan ng paglaban na may kaugnayan sa mga katangian ng likido. Ang lagkit ay nahahati sa dynamic na lagkit at conditional na lagkit.

Ang lagkit ay tinukoy bilang Isang pares ng parallel plates, area A, Dr Apart, na puno ng A liquid. Ngayon, maglapat ng thrust F sa itaas na plato upang makabuo ng pagbabago ng bilis na DU. Dahil ang lagkit ng likido ay naglilipat ng puwersang layer na ito sa pamamagitan ng layer, ang bawat layer ng likido ay gumagalaw din nang naaayon, na bumubuo ng velocity gradient du/ Dr, na tinatawag na shear rate, na kinakatawan ng R ‘. Ang F/A ay tinatawag na shear stress, na ipinahayag bilang τ. Ang ugnayan sa pagitan ng shear rate at shear stress ay ang mga sumusunod:

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

Ang Newtonian fluid ay umaayon sa formula ni Newton, ang lagkit ay nauugnay lamang sa temperatura, hindi ang shear rate, ang τ ay proporsyonal sa D.

Ang mga non-newtonian fluid ay hindi umaayon sa formula ni Newton na τ/D=f(D). Ang lagkit sa isang ibinigay na τ/D ay ηa, na tinatawag na maliwanag na lagkit. Ang lagkit ng mga non-Newtonian na likido ay nakadepende hindi lamang sa temperatura, kundi pati na rin sa shear rate, oras, at shear thinning o shear thickening.

2. Mga katangian ng slurry

Ang slurry ay isang non-Newtonian fluid, na isang solid-liquid mixture. Upang matugunan ang mga kinakailangan ng kasunod na proseso ng patong, ang slurry ay kailangang magkaroon ng sumusunod na tatlong katangian:

① Magandang pagkatubig. Ang pagkalikido ay maaaring maobserbahan sa pamamagitan ng pag-agitating sa slurry at pagpayag na dumaloy ito nang natural. Good continuity, continuous off and off means good liquidity. Ang pagkalikido ay nauugnay sa solidong nilalaman at lagkit ng slurry,

(2) leveling. Ang kinis ng slurry ay nakakaapekto sa flatness at evenness ng coating.

③ Rheology. Ang rheology ay tumutukoy sa mga katangian ng pagpapapangit ng slurry sa daloy, at ang mga katangian nito ay nakakaapekto sa kalidad ng pole sheet.

3. Slurry dispersion foundation

Lithium ion baterya elektrod pagmamanupaktura, cathode i-paste sa pamamagitan ng malagkit, conductive ahente, cathode materyal komposisyon; Ang negatibong i-paste ay binubuo ng malagkit, graphite powder at iba pa. Kasama sa paghahanda ng positibo at negatibong slurry ang isang serye ng mga teknolohikal na proseso, tulad ng paghahalo, pagtunaw at pagpapakalat sa pagitan ng likido at likido, likido at solid na mga materyales, at sinamahan ng mga pagbabago sa temperatura, lagkit at kapaligiran sa prosesong ito. Ang proseso ng paghahalo at pagpapakalat ng slurry ng baterya ng lithium ion ay maaaring nahahati sa proseso ng paghahalo ng macro at proseso ng micro dispersion, na palaging sinasamahan ng buong proseso ng paghahanda ng slurry ng baterya ng lithium ion. Ang paghahanda ng slurry ay karaniwang dumadaan sa mga sumusunod na yugto:

① Paghahalo ng tuyong pulbos. Ang mga particle ay nakikipag-ugnayan sa isa’t isa sa anyo ng mga tuldok, tuldok, eroplano, at linya,

② Yugto ng semi-dry mud kneading. Sa yugtong ito, pagkatapos ng tuyong pulbos ay halo-halong pantay, ang binder liquid o solvent ay idinagdag, at ang hilaw na materyal ay basa at maputik. Matapos ang malakas na pagpapakilos ng panghalo, ang materyal ay napapailalim sa paggugupit at alitan ng mekanikal na puwersa, at magkakaroon ng panloob na alitan sa pagitan ng mga particle. Sa ilalim ng bawat puwersa, ang mga particle ng hilaw na materyal ay malamang na lubos na nakakalat. Ang yugtong ito ay may napakahalagang epekto sa laki at lagkit ng natapos na slurry.

③ Yugto ng dilution at dispersion. Pagkatapos ng pagmamasa, ang solvent ay idinagdag nang dahan-dahan upang ayusin ang slurry lagkit at solidong nilalaman. Sa yugtong ito, magkakasamang nabubuhay ang dispersion at agglomeration, at sa wakas ay maabot ang katatagan. Sa yugtong ito, ang dispersion ng mga materyales ay pangunahing apektado ng mekanikal na puwersa, frictional resistance sa pagitan ng pulbos at likido, high-speed dispersion shear force, at ang impact interaction sa pagitan ng slurry at container wall.

Ang larawan

Pagsusuri ng mga parameter na nakakaapekto sa mga katangian ng slurry

Ito ay isang mahalagang index upang matiyak ang pagkakapare-pareho ng baterya sa proseso ng produksyon ng baterya na ang slurry ay dapat magkaroon ng mahusay na katatagan. Sa pagtatapos ng pinagsamang slurry, huminto ang paghahalo, lilitaw ang slurry ng settlement, flocculation at iba pang mga phenomena, na nagreresulta sa malalaking particle, na magkakaroon ng mas malaking epekto sa kasunod na patong at iba pang mga proseso. Ang pangunahing mga parameter ng slurry stability ay fluidity, lagkit, solid content at density.

1. Lapot ng slurry

Ang matatag at naaangkop na lagkit ng electrode paste ay napakahalaga sa proseso ng patong ng electrode sheet. Ang lagkit ay masyadong mataas o masyadong mababa ay hindi kaaya-aya sa polar piece coating, ang slurry na may mataas na lagkit ay hindi madaling mamuo at ang pagpapakalat ay magiging mas mahusay, ngunit ang mataas na lagkit ay hindi nakakatulong sa leveling effect, ay hindi nakakatulong sa coating; Lagkit masyadong mababa ay hindi maganda, lagkit ay mababa, kahit na ang slurry daloy ay mabuti, ngunit ito ay mahirap na matuyo, bawasan ang pagpapatayo kahusayan ng patong, patong crack, slurry particle pagsasama-sama, ibabaw density pagkakapare-pareho ay hindi mabuti.

Ang problema na kadalasang nangyayari sa ating proseso ng produksyon ay ang pagbabago ng lagkit, at ang “pagbabago” dito ay maaaring hatiin sa madalian na pagbabago at static na pagbabago. Ang lumilipas na pagbabago ay tumutukoy sa matinding pagbabago sa proseso ng pagsubok ng lagkit, at ang static na pagbabago ay tumutukoy sa pagbabago ng lagkit pagkatapos ng isang yugto ng panahon. Ang lagkit ay nag-iiba mula mataas hanggang mababa, mula mataas hanggang mababa. Sa pangkalahatan, ang pangunahing mga kadahilanan na nakakaapekto sa slurry lagkit ay ang bilis ng paghahalo ng slurry, oras control, sangkap order, kapaligiran temperatura at halumigmig, atbp Mayroong maraming mga kadahilanan, kapag natugunan namin ang lagkit pagbabago ay dapat na kung paano pag-aralan at malutas ito? Ang lagkit ng slurry ay mahalagang tinutukoy ng binder. Isipin na walang binder na PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), o kung hindi pinagsasama ng binder ang live matter nang maayos, ang solid live matter ba at ang conductive agent ay bubuo ng non-Newtonian fluid na may unipormeng coating? huwag! Samakatuwid, upang pag-aralan at malutas ang dahilan ng pagbabago ng lagkit ng slurry, dapat nating simulan mula sa likas na katangian ng binder at slurry dispersion degree.

Ang larawan

FIG. 2. Molecular structure ng PVDF

Ang larawan

Figure 3. Molecular formula ng CMC

(1) tumataas ang lagkit

Ang iba’t ibang mga sistema ng slurry ay may iba’t ibang mga panuntunan sa pagbabago ng lagkit. Sa kasalukuyan, ang mainstream slurry system ay positive slurry PVDF/NMP oily system, at ang negatibong slurry ay graphite/CMC/SBR aqueous system.

① Ang lagkit ng positive slurry ay tumataas pagkatapos ng isang yugto ng panahon. Ang isang dahilan (maikling paglalagay ng oras) ay ang bilis ng paghahalo ng slurry ay masyadong mabilis, ang binder ay hindi ganap na natunaw, at ang PVDF powder ay ganap na natutunaw pagkatapos ng isang yugto ng panahon, at ang lagkit ay tumataas. Sa pangkalahatan, ang PVDF ay nangangailangan ng hindi bababa sa 3 oras upang ganap na matunaw, gaano man kabilis ang bilis ng pagpapakilos ay hindi mababago ang salik na ito na nakakaimpluwensya, ang tinatawag na “pagmamadali ay gumagawa ng basura”. Ang pangalawang dahilan (mahabang panahon) ay na sa proseso ng slurry standing, nagbabago ang colloid mula sa sol state hanggang sa gel state. Sa oras na ito, kung ito ay homogenized sa isang mabagal na bilis, ang lagkit nito ay maaaring maibalik. Ang ikatlong dahilan ay ang isang espesyal na istraktura ay nabuo sa pagitan ng colloid at buhay na materyal at mga particle ng conductive agent. Ang estado na ito ay hindi maibabalik, at ang slurry na lagkit ay hindi na maibabalik pagkatapos tumaas.

Ang lagkit ng negatibong slurry ay tumataas. Ang lagkit ng negatibong slurry ay pangunahing sanhi ng pagkasira ng molekular na istraktura ng binder, at ang lagkit ng slurry ay nadagdagan pagkatapos ng oksihenasyon ng molecular chain fracture. Kung ang materyal ay labis na nakakalat, ang laki ng butil ay lubos na mababawasan, at ang lagkit ng slurry ay tataas din.

(2) ang lagkit ay nabawasan

① Bumababa ang lagkit ng positive slurry. Isa sa mga dahilan, ang malagkit na colloid ay nagbabago sa karakter. Mayroong maraming mga dahilan para sa pagbabago, tulad ng malakas na puwersa ng paggugupit sa panahon ng paglilipat ng slurry, pagbabago ng husay ng pagsipsip ng tubig sa pamamagitan ng binder, pagbabago sa istruktura at pagkasira ng sarili nito sa proseso ng paghahalo. Ang pangalawang dahilan ay ang hindi pantay na pagpapakilos at pagpapakalat ay humahantong sa malaking lugar na pag-aayos ng mga solidong materyales sa slurry. Ang pangatlong dahilan ay na sa proseso ng pagpapakilos, ang malagkit ay napapailalim sa malakas na puwersa ng paggugupit at alitan ng mga kagamitan at nabubuhay na materyal, at mga pagbabago sa mga katangian sa mataas na temperatura, na nagreresulta sa pagbaba ng lagkit.

Bumababa ang lagkit ng negatibong slurry. Isa sa mga dahilan ay may mga impurities na nahalo sa CMC. Karamihan sa mga impurities sa CMC ay hindi matutunaw na polymer resin. Kapag ang CMC ay nahahalo sa calcium at magnesium, mababawasan ang lagkit nito. Ang pangalawang dahilan ay ang sodium hydroxymethyl cellulose, na pangunahing kumbinasyon ng C/O. Ang lakas ng bono ay napakahina at madaling masira ng puwersa ng paggugupit. Kapag ang bilis ng pagpapakilos ay masyadong mabilis o ang oras ng pagpapakilos ay masyadong mahaba, ang istraktura ng CMC ay maaaring masira. Ang CMC ay gumaganap ng pampalapot at pagpapatatag ng papel sa negatibong slurry, at gumaganap ng mahalagang papel sa pagpapakalat ng mga hilaw na materyales. Kapag nasira ang istraktura nito, hindi maiiwasang magdulot ito ng slurry settlement at pagbabawas ng lagkit. Ang ikatlong dahilan ay ang pagkasira ng SBR binder. Sa aktwal na produksyon, karaniwang pinipili ang CMC at SBR na magtutulungan, at magkaiba ang kanilang mga tungkulin. Pangunahing ginagampanan ng SBR ang papel ng binder, ngunit ito ay madaling kapitan ng demulsification sa ilalim ng pangmatagalang pagpapakilos, na nagreresulta sa pagkabigo ng bono at pagbabawas ng lagkit ng slurry.

(3) Mga espesyal na pangyayari (hugis halaya napapanahon mataas at mababa)

Sa proseso ng paghahanda ng positibong paste, ang i-paste kung minsan ay nagiging halaya. Mayroong dalawang pangunahing dahilan para dito: una, tubig. Isinasaalang-alang na ang moisture absorption ng mga buhay na sangkap at ang moisture control sa proseso ng paghahalo ay hindi maganda, ang moisture absorption ng mga hilaw na materyales o ang halumigmig ng kapaligiran ng paghahalo ay mataas, na nagreresulta sa pagsipsip ng tubig ng PVDF sa halaya. Pangalawa, ang halaga ng pH ng slurry o materyal. Kung mas mataas ang halaga ng pH, mas mahigpit ang kontrol ng moisture, lalo na ang paghahalo ng mataas na nickel na materyales tulad ng NCA at NCM811.

Ang lagkit ng slurry ay nagbabago, ang isa sa mga dahilan ay maaaring ang slurry ay hindi ganap na nagpapatatag sa proseso ng pagsubok, at ang lagkit ng slurry ay lubhang apektado ng temperatura. Lalo na pagkatapos ng pagkalat sa mataas na bilis, mayroong isang tiyak na gradient ng temperatura sa panloob na temperatura ng slurry, at ang lagkit ng iba’t ibang mga sample ay hindi pareho. Ang pangalawang dahilan ay hindi magandang pagpapakalat ng slurry, live na materyal, panali, kondaktibo ahente ay hindi magandang pagpapakalat, slurry ay hindi magandang pagkalikido, natural slurry lagkit ay mataas o mababa.

2. Sukat ng slurry

Matapos ang slurry ay pinagsama, kinakailangan upang sukatin ang laki ng butil nito, at ang paraan ng pagsukat ng laki ng butil ay karaniwang paraan ng scraper. Ang laki ng butil ay isang mahalagang parameter upang makilala ang kalidad ng slurry. Ang laki ng butil ay may mahalagang impluwensya sa proseso ng patong, proseso ng pag-roll at pagganap ng baterya. Sa teoryang, mas maliit ang laki ng slurry, mas mabuti. Kapag ang laki ng butil ay masyadong malaki, ang katatagan ng slurry ay maaapektuhan, sedimentation, slurry consistency ay mahirap. Sa proseso ng extrusion coating, magkakaroon ng blocking material, pole dry pagkatapos ng pitting, na magreresulta sa pole quality problem. Sa sumusunod na proseso ng pag-roll, dahil sa hindi pantay na stress sa masamang lugar ng patong, madaling magdulot ng pagkasira ng poste at mga lokal na micro-crack, na magiging sanhi ng malaking pinsala sa pagganap ng pagbibisikleta, pagganap ng ratio at pagganap ng kaligtasan ng baterya.

Ang mga positibo at negatibong aktibong sangkap, adhesive, conductive agent at iba pang pangunahing materyales ay may iba’t ibang laki at densidad ng particle. Sa proseso ng pagpapakilos, magkakaroon ng paghahalo, pagpilit, alitan, pagsasama-sama at iba pang iba’t ibang mga mode ng pakikipag-ugnay. Sa mga yugto ng mga hilaw na materyales na unti-unting pinaghalo, nabasa ng solvent, malalaking materyal na nasisira at unti-unting nagiging matatag, magkakaroon ng hindi pantay na paghahalo ng materyal, mahinang pagkatunaw ng malagkit, malubhang pagsasama-sama ng mga pinong particle, mga pagbabago sa mga katangian ng malagkit at iba pang mga kondisyon, na kung saan ay humantong sa pagbuo ng malalaking particle.

Sa sandaling maunawaan natin kung ano ang nagiging sanhi ng paglitaw ng mga particle, kailangan nating tugunan ang mga problemang ito gamit ang mga naaangkop na gamot. Tulad ng para sa paghahalo ng dry powder ng mga materyales, personal kong iniisip na ang bilis ng mixer ay may maliit na impluwensya sa antas ng paghahalo ng dry powder, ngunit kailangan nila ng sapat na oras upang matiyak ang pagkakapareho ng paghahalo ng dry powder. Ngayon ang ilang mga tagagawa ay pumili ng powdery adhesive at ang ilan ay pumili ng likidong solusyon magandang malagkit, dalawang magkaibang adhesive ang tumutukoy sa magkaibang proseso, ang paggamit ng powdery adhesive ay nangangailangan ng mas mahabang oras upang matunaw, kung hindi man sa huli ay lilitaw ang pamamaga, rebound, pagbabago ng lagkit, atbp. Ang pagsasama-sama sa pagitan ng mga pinong particle ay hindi maiiwasan, ngunit dapat nating tiyakin na mayroong sapat na alitan sa pagitan ng mga materyales upang paganahin ang mga particle ng agglomeration na lumitaw na pagpilit, pagdurog, kaaya-aya sa paghahalo. Nangangailangan ito sa amin na kontrolin ang solid content sa iba’t ibang yugto ng slurry, masyadong mababa ang solid content ay makakaapekto sa friction dispersion sa pagitan ng mga particle.

3. Solid na nilalaman ng slurry

Ang solid na nilalaman ng slurry ay malapit na nauugnay sa katatagan ng slurry, ang parehong proseso at formula, mas mataas ang solid na nilalaman ng slurry, mas malaki ang lagkit, at vice versa. Sa isang tiyak na hanay, mas mataas ang lagkit, mas mataas ang katatagan ng slurry. Kapag idinisenyo namin ang baterya, karaniwang hinuhusgahan namin ang kapal ng core-core mula sa kapasidad ng baterya hanggang sa disenyo ng electrode sheet, kaya ang disenyo ng electrode sheet ay nauugnay lamang sa density ng ibabaw, density ng live na bagay, kapal. at iba pang mga parameter. Ang mga parameter ng electrode sheet ay nababagay sa pamamagitan ng coater at roller press, at ang solidong nilalaman ng slurry ay walang direktang impluwensya dito. Kaya, hindi mahalaga ang antas ng solidong nilalaman ng slurry?

(1) Ang solid na nilalaman ay may tiyak na impluwensya sa pagpapabuti ng kahusayan sa pagpapakilos at kahusayan ng patong. Kung mas mataas ang solidong nilalaman, mas maikli ang oras ng pagpapakilos, mas kaunting pagkonsumo ng solvent, mas mataas ang kahusayan sa pagpapatuyo ng patong, makatipid ng oras.

(2) Ang solid na nilalaman ay may ilang mga kinakailangan para sa kagamitan. Ang slurry na may mataas na solid content ay may mas mataas na pagkawala sa kagamitan, dahil mas mataas ang solid content, mas seryoso ang pagsusuot ng kagamitan.

(3) Ang slurry na may mataas na solidong nilalaman ay mas matatag. Ang mga resulta ng pagsubok sa katatagan ng ilang slurry (tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba) ay nagpapakita na ang TSI(instability index) ng 1.05 sa conventional stirring ay mas mataas kaysa sa 0.75 sa high-viscosity stirring process, kaya ang slurry stability na nakuha ng high-viscosity Ang proseso ng pagpapakilos ay mas mahusay kaysa sa nakuha sa pamamagitan ng maginoo na proseso ng pagpapakilos. Ngunit ang slurry na may mataas na solidong nilalaman ay makakaapekto rin sa pagkalikido nito, na napakahirap para sa kagamitan at mga technician ng proseso ng patong.

Ang larawan

(4) Ang slurry na may mataas na solid content ay maaaring mabawasan ang kapal sa pagitan ng mga coatings at mabawasan ang panloob na resistensya ng baterya.

4. Densidad ng pulp

Ang density ng laki ay isang mahalagang parameter upang ipakita ang pagkakapare-pareho ng laki. Maaaring ma-verify ang dispersion effect ng laki sa pamamagitan ng pagsubok sa density ng laki sa iba’t ibang posisyon. Sa ito ay hindi mauulit, sa pamamagitan ng buod sa itaas, naniniwala ako na naghahanda kami ng isang mahusay na electrode paste.