Lityum iyon pilin üretimi ve üretimi, tek bir teknolojik adımla yakından bağlantılı bir süreçtir. Bir bütün olarak, lityum pil üretimi, elektrot üretim sürecini, pil montaj sürecini ve nihai sıvı enjeksiyonu, ön şarj, oluşum ve yaşlanma sürecini içerir. Sürecin bu üç aşamasında, her süreç birkaç temel sürece ayrılabilir, her adımın pilin nihai performansı üzerinde büyük bir etkisi olacaktır.

Proses aşamasında, beş prosese ayrılabilir: macun hazırlama, macun kaplama, silindir presleme, kesme ve kurutma. Pil montaj işleminde ve farklı pil özelliklerine ve modellerine göre, kabaca sarım, kabuk, kaynak ve diğer işlemlere ayrılmıştır. Sıvı enjeksiyon, egzoz, sızdırmazlık, ön doldurma, oluşum, yaşlanma ve diğer işlemler dahil olmak üzere sıvı enjeksiyonunun son aşamasında. Elektrot üretim süreci, pilin elektrokimyasal performansı ile ilgili olan tüm lityum pil üretiminin temel içeriğidir ve bulamaç kalitesi özellikle önemlidir.

Bir, bulamacın temel teorisi

Lityum iyon pil elektrot bulamacı, genellikle Newton sıvısı ve Newton olmayan sıvıya bölünebilen bir tür sıvıdır. Bunlar arasında Newton tipi olmayan akışkan, genişlemeli plastik akışkan, zamana bağlı Newton tipi olmayan akışkan, psödoplastik akışkan ve bingham plastik akışkan olarak ayrılabilir. Newtonian akışkan, stres altında deforme olması kolay olan ve kayma gerilmesi, deformasyon hızı ile orantılı olan, düşük viskoziteli bir akışkandır. Herhangi bir noktadaki kesme geriliminin, kesme deformasyon hızının doğrusal bir fonksiyonu olduğu sıvı. Doğadaki birçok akışkan Newton tipi akışkanlardır. Su ve alkol, hafif yağ, düşük moleküler bileşik çözeltiler ve düşük hızlı akan gazlar gibi çoğu saf sıvı Newton akışkanlarıdır.

Newton tipi olmayan akışkan, Newton’un deneysel viskozite yasasını karşılamayan akışkanı ifade eder, yani kayma gerilimi ile kayma gerinimi oranı arasındaki ilişki doğrusal değildir. Newton olmayan akışkanlar yaşamda, üretimde ve doğada yaygın olarak bulunur. Polimerlerin konsantre çözeltileri ve polimer süspansiyonları genellikle Newton tipi olmayan sıvılardır. Çoğu biyolojik sıvı artık Newtonyen olmayan sıvılar olarak tanımlanmaktadır. Newton olmayan sıvılar arasında kan, lenf ve kistik sıvılar ile sitoplazma gibi “yarı sıvılar” bulunur.

Elektrot bulamacı, farklı özgül ağırlık ve parçacık boyutuna sahip çeşitli hammaddelerden oluşur ve katı-sıvı fazında karıştırılır ve dağıtılır. Oluşan bulamaç Newton tipi olmayan bir sıvıdır. Lityum pil bulamacı, bulamaç sistemi (yağlı, su) farklı olduğundan, pozitif bulamaç ve negatif bulamaç iki türe ayrılabilir, doğası değişecektir. Ancak, bulamacın özelliklerini belirlemek için aşağıdaki parametreler kullanılabilir:

1. Bulamacın viskozitesi

Viskozite, akışkan viskozitesinin bir ölçüsüdür ve iç sürtünme fenomeni üzerindeki akışkan kuvvetinin bir ifadesidir. Sıvı akarken, molekülleri arasında sıvının viskozitesi olarak adlandırılan iç sürtünme üretir. Viskozite, sıvı özellikleriyle ilgili direnç faktörünü karakterize etmek için kullanılan viskozite ile ifade edilir. Viskozite, dinamik viskozite ve koşullu viskozite olarak ikiye ayrılır.

Viskozite, A alanı, Dr Apart, A sıvısı ile doldurulmuş bir çift paralel plaka olarak tanımlanır. Şimdi bir hız değişimi DU oluşturmak için üst plakaya bir F itme kuvveti uygulayın. Sıvının viskozitesi bu kuvveti katman katman aktardığından, sıvının her katmanı da buna göre hareket eder ve R ‘ ile temsil edilen kesme hızı adı verilen bir du/ Dr hız gradyanı oluşturur. F/A, τ olarak ifade edilen kesme gerilimi olarak adlandırılır. Kayma hızı ve kayma gerilimi arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir:

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

Newton akışkanı Newton’un formülüne uygundur, viskozite sadece sıcaklıkla ilgilidir, kayma hızıyla değil, τ, D ile orantılıdır.

Newton olmayan akışkanlar Newton’un τ/D=f(D) formülüne uymaz. Belirli bir τ/D’deki viskozite, görünen viskozite olarak adlandırılan ηa’dır. Newton tipi olmayan sıvıların viskozitesi sadece sıcaklığa değil, aynı zamanda kesme hızına, zamana ve kesme incelmesi veya kesme kalınlaşmasına da bağlıdır.

2. Bulamaç özellikleri

Bulamaç, katı-sıvı bir karışım olan Newton tipi olmayan bir sıvıdır. Sonraki kaplama işleminin gereksinimlerini karşılamak için bulamacın aşağıdaki üç özelliğe sahip olması gerekir:

① İyi likidite. Akışkanlık, bulamacı karıştırarak ve doğal olarak akmasına izin vererek gözlemlenebilir. İyi süreklilik, sürekli kapanma ve kapanma, iyi likidite anlamına gelir. Akışkanlık, bulamacın katı içeriği ve viskozitesi ile ilgilidir.

(2) tesviye. Bulamacın düzgünlüğü, kaplamanın düzlüğünü ve düzgünlüğünü etkiler.

③ Reoloji. Reoloji, akıştaki bulamacın deformasyon özelliklerini ifade eder ve özellikleri, kutup levhasının kalitesini etkiler.

3. Slurry dispersion foundation

Lityum iyon pil elektrot imalatı, yapıştırıcı ile katot macunu, iletken madde, katot malzeme bileşimi; Negatif macun yapıştırıcı, grafit tozu vb. Pozitif ve negatif bulamacın hazırlanması, sıvı ve sıvı, sıvı ve katı malzemeler arasında karıştırma, çözme ve dağıtma gibi bir dizi teknolojik süreci içerir ve bu süreçte sıcaklık, viskozite ve ortamdaki değişiklikler eşlik eder. Lityum iyon pil bulamacının karıştırma ve dağıtma işlemi, her zaman tüm lityum iyon pil bulamacı hazırlama sürecinin eşlik ettiği makro karıştırma işlemine ve mikro dağıtma işlemine ayrılabilir. Bulamacın hazırlanması genellikle aşağıdaki aşamalardan geçer:

① Kuru toz karıştırma. Parçacıklar birbirleriyle noktalar, noktalar, düzlemler ve çizgiler şeklinde temas eder,

② Yarı kuru çamur yoğurma aşaması. Bu aşamada kuru toz eşit şekilde karıştırıldıktan sonra bağlayıcı sıvı veya solvent eklenir ve ham madde ıslak ve çamurlu olur. Karıştırıcının kuvvetlice karıştırılmasından sonra, malzeme mekanik kuvvetin kesme ve sürtünmesine maruz kalır ve parçacıklar arasında iç sürtünme olacaktır. Her bir kuvvet altında, ham madde parçacıkları yüksek oranda dağılma eğilimindedir. Bu aşama, bitmiş bulamacın boyutu ve viskozitesi üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir.

③ Dilution and dispersion stage. After kneading, solvent was added slowly to adjust slurry viscosity and solid content. At this stage, dispersion and agglomeration coexist, and finally reach stability. At this stage, the dispersion of materials is mainly affected by mechanical force, frictional resistance between powder and liquid, high-speed dispersion shear force, and the impact interaction between slurry and container wall.

Fotoğraf

Analysis of parameters affecting slurry properties

Bulamacın iyi bir stabiliteye sahip olması, pil üretimi sürecinde pilin tutarlılığını sağlamak için önemli bir indekstir. Kombine bulamacın sona ermesiyle, karıştırma durur, bulamaç çökelme, topaklanma ve diğer fenomenler ortaya çıkar ve sonraki kaplama ve diğer işlemler üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olacak büyük partiküllerle sonuçlanır. Bulamaç stabilitesinin ana parametreleri akışkanlık, viskozite, katı içerik ve yoğunluktur.

1. Bulamacın viskozitesi

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.

The problem that often occurs in our production process is the change of viscosity, and the “change” here can be divided into instantaneous change and static change. Transient change refers to the drastic change in the viscosity testing process, and static change refers to the viscosity change after a period of time. The viscosity varies from high to low, from high to low. Generally speaking, the main factors affecting slurry viscosity are the speed of mixing slurry, time control, ingredients order, environmental temperature and humidity, etc. There are many factors, when we meet viscosity change should be how to analyze and solve it? The viscosity of slurry is essentially determined by the binder. Imagine that without the binder PVDF/CMC/SBR (FIG. 2, 3), or if the binder does not combine the live matter well, will the solid live matter and the conductive agent form a non-Newtonian fluid with uniform coating? Don’t! Therefore, to analyze and solve the reason of slurry viscosity change, we should start from the nature of binder and slurry dispersion degree.

Fotoğraf

FIG. 2. Molecular structure of PVDF

Fotoğraf

Figure 3. Molecular formula of CMC

(1) the viscosity increases

Farklı bulamaç sistemlerinin farklı viskozite değişim kuralları vardır. Şu anda, ana bulamaç sistemi, pozitif bulamaç PVDF/NMP yağlı sistemdir ve negatif bulamaç, grafit/CMC/SBR sulu sistemdir.

① Pozitif bulamacın viskozitesi bir süre sonra artar. Bunun bir nedeni (kısa süreli yerleştirme), bulamaç karıştırma hızının çok hızlı olması, bağlayıcının tamamen çözünmemesi ve PVDF tozunun bir süre sonra tamamen çözülmesi ve viskozitenin artmasıdır. Genel olarak konuşursak, PVDF’nin tamamen çözünmesi için en az 3 saate ihtiyacı vardır, karıştırma hızı ne kadar hızlı olursa olsun bu etki faktörünü değiştiremez, sözde “acele israf eder”. İkinci neden (uzun süre), bulamaç bekletme sürecinde kolloidin sol halinden jel durumuna değişmesidir. Bu sırada eğer düşük hızda homojenize edilirse viskozitesi eski haline dönebilir. Üçüncü neden ise kolloid ve canlı madde ile iletken madde partikülleri arasında özel bir yapı oluşmasıdır. Bu durum geri döndürülemez ve bulamaç viskozitesi artırıldıktan sonra geri yüklenemez.

Negatif bulamacın viskozitesi artar. Negatif bulamacın viskozitesi, esas olarak bağlayıcının moleküler yapısının tahrip edilmesinden kaynaklanır ve moleküler zincir kırılmasının oksidasyonundan sonra bulamacın viskozitesi artar. Malzeme aşırı dağılırsa, parçacık boyutu büyük ölçüde azalır ve bulamacın viskozitesi de artar.

(2) viskozite azalır

① Pozitif bulamacın viskozitesi azalır. Sebeplerden biri, yapışkan kolloidin karakterdeki değişiklikleridir. Bulamaç transferi sırasında güçlü kesme kuvveti, bağlayıcı tarafından su absorpsiyonunun niteliksel değişimi, yapısal değişim ve karıştırma sürecinde kendisinin bozulması gibi değişimin birçok nedeni vardır. İkinci neden, düzensiz karıştırma ve dağılmanın, bulamaçta katı malzemelerin geniş alan yerleşimine yol açmasıdır. Üçüncü neden, karıştırma işleminde, yapıştırıcının güçlü kesme kuvvetine ve ekipmanın ve canlı malzemenin sürtünmesine maruz kalması ve yüksek sıcaklıkta özelliklerin değişmesi ve bunun sonucunda viskozitenin azalmasıdır.

Negatif bulamacın viskozitesi azalır. Sebeplerden biri, CMC’de karışık safsızlıklar olmasıdır. CMC’deki safsızlıkların çoğu, çözünmeyen polimer reçinesidir. CMC, kalsiyum ve magnezyum ile karışabilir olduğunda viskozitesi azalacaktır. İkinci neden, esas olarak C/O kombinasyonu olan sodyum hidroksimetil selülozdur. Bağ gücü çok zayıftır ve kesme kuvveti tarafından kolayca yok edilir. Karıştırma hızı çok yüksek olduğunda veya karıştırma süresi çok uzun olduğunda, CMC’nin yapısı bozulabilir. CMC, negatif bulamaçta koyulaştırıcı ve stabilize edici bir rol oynar ve hammaddelerin dağılmasında önemli bir rol oynar. Yapısı bozulduğunda, kaçınılmaz olarak bulamaç oturmasına ve viskozite azalmasına neden olacaktır. Üçüncü neden ise SBR bağlayıcının yok edilmesidir. Gerçek yapımda, CMC ve SBR genellikle birlikte çalışmak üzere seçilir ve rolleri farklıdır. SBR esas olarak bağlayıcı rolünü oynar, ancak uzun süreli karıştırma altında demulsifikasyona eğilimlidir, bu da bağın bozulmasına ve bulamacın viskozitesinin azalmasına neden olur.

(3) Özel durumlar (zamanında yüksek ve düşük jöle şeklinde)

Pozitif macun hazırlama sürecinde macun bazen jöleye dönüşür. Bunun iki ana nedeni var: Birincisi, su. Canlı maddelerin nem absorpsiyonunun ve karıştırma işlemindeki nem kontrolünün iyi olmadığı göz önüne alındığında, hammaddelerin nem absorpsiyonu veya karıştırma ortamının nemi yüksektir, bu da suyun PVDF tarafından jöle içine emilmesine neden olur. İkincisi, bulamaç veya malzemenin pH değeri. pH değeri ne kadar yüksek olursa, özellikle NCA ve NCM811 gibi yüksek nikel malzemelerin karıştırılması olmak üzere nem kontrolü daha sıkı olur.

Bulamacın viskozitesi dalgalanır, bunun nedenlerinden biri, bulamacın test sürecinde tamamen stabilize olmaması ve bulamacın viskozitesinin sıcaklıktan büyük ölçüde etkilenmesi olabilir. Özellikle yüksek hızda dağıtıldıktan sonra, bulamacın iç sıcaklığında belirli bir sıcaklık gradyanı vardır ve farklı numunelerin viskozitesi aynı değildir. İkinci neden, bulamaç, canlı malzeme, bağlayıcının zayıf dağılımı, iletken ajanın iyi dağılım olmaması, bulamaç akışkanlığın iyi olmaması, doğal bulamaç viskozitesinin yüksek veya düşük olmasıdır.

2. Bulamaç boyutu

Bulamaç birleştirildikten sonra, parçacık boyutunu ölçmek gerekir ve parçacık boyutu ölçüm yöntemi genellikle sıyırıcı yöntemidir. Partikül boyutu, bulamaç kalitesini karakterize etmek için önemli bir parametredir. Partikül boyutunun kaplama işlemi, haddeleme işlemi ve pil performansı üzerinde önemli bir etkisi vardır. Teorik olarak, bulamaç boyutu ne kadar küçükse o kadar iyidir. Parçacık boyutu çok büyük olduğunda, bulamacın stabilitesi etkilenecektir, tortulaşma, bulamaç kıvamı zayıftır. Ekstrüzyon kaplama işleminde, bloklama malzemesi olacak, çukurdan sonra direk kuruyacak ve bu da direk kalitesi sorunlarına neden olacaktır. Bir sonraki haddeleme işleminde, kötü kaplama alanındaki eşit olmayan stres nedeniyle, pilin döngü performansına, oran performansına ve güvenlik performansına büyük zarar verecek olan kutup kırılmasına ve yerel mikro çatlaklara neden olmak kolaydır.

Pozitif ve negatif aktif maddeler, yapıştırıcılar, iletken maddeler ve diğer ana malzemeler farklı partikül boyutlarına ve yoğunluklarına sahiptir. Karıştırma sürecinde karıştırma, ekstrüzyon, sürtünme, aglomerasyon ve diğer farklı temas modları olacaktır. Hammaddelerin kademeli olarak karıştırılması, solvent ile ıslanması, büyük malzemenin kırılması ve kademeli olarak stabilite eğiliminde olması aşamalarında, düzensiz malzeme karışımı, zayıf yapışkan çözünmesi, ince parçacıkların ciddi şekilde yığılması, yapışkan özelliklerinde değişiklikler ve diğer koşullar olacaktır. büyük parçacıkların oluşumuna yol açar.

Parçacıkların ortaya çıkmasına neyin neden olduğunu anladıktan sonra, bu sorunları uygun ilaçlarla çözmemiz gerekiyor. Malzemelerin kuru toz karışımına gelince, ben kişisel olarak mikser hızının kuru toz karıştırma derecesi üzerinde çok az etkisi olduğunu düşünüyorum, ancak kuru toz karışımının homojenliğini sağlamak için yeterli zamana ihtiyaçları var. Şimdi bazı üreticiler toz yapıştırıcıyı seçiyor ve bazıları sıvı çözelti iyi yapıştırıcıyı seçiyor, iki farklı yapıştırıcı farklı işlemi belirliyor, toz yapıştırıcı kullanımının çözülmesi için daha uzun zamana ihtiyacı var, aksi takdirde geç şişme, geri tepme, viskozite değişikliği vb. ince parçacıklar arasında yığılma kaçınılmazdır, ancak yığılma parçacıklarının ekstrüzyon, kırma ve karıştırmaya elverişli görünmesini sağlamak için malzemeler arasında yeterli sürtünme olduğundan emin olmalıyız. Bu, bulamacın farklı aşamalarında katı içeriği kontrol etmemizi gerektirir, çok düşük katı içeriği parçacıklar arasındaki sürtünme dağılımını etkiler.

3. Bulamacın katı içeriği

Bulamacın katı içeriği, bulamacın kararlılığı, aynı işlem ve formül ile yakından ilişkilidir, bulamacın katı içeriği ne kadar yüksek olursa, viskozite o kadar büyük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Belirli bir aralıkta, viskozite ne kadar yüksek olursa, bulamacın stabilitesi de o kadar yüksek olur. Pili tasarladığımızda, genellikle pilin kapasitesinden elektrot levhasının tasarımına kadar çekirdek çekirdeğin kalınlığını çıkarırız, bu nedenle elektrot levhasının tasarımı yalnızca yüzey yoğunluğu, canlı madde yoğunluğu, kalınlık ile ilgilidir. ve diğer parametreler. Elektrot tabakasının parametreleri kaplayıcı ve silindir pres ile ayarlanır ve bulamacın katı içeriğinin üzerinde doğrudan bir etkisi yoktur. Öyleyse, bulamacın katı içeriğinin seviyesi çok mu önemli?

(1) Katı içeriğin, karıştırma verimini ve kaplama verimini iyileştirmede belirli bir etkisi vardır. Katı içeriği ne kadar yüksek olursa, karıştırma süresi o kadar kısa olur, solvent tüketimi o kadar az olur, kaplama kurutma verimliliği o kadar yüksek olur ve zamandan tasarruf edilir.

(2) Katı içeriğin ekipman için belirli gereksinimleri vardır. Yüksek katı içerikli bulamaç, ekipman kaybı daha yüksektir, çünkü katı içerik ne kadar yüksek olursa, ekipman aşınması o kadar ciddi olur.

(3) Yüksek katı içerikli bulamaç daha kararlıdır. Bazı bulamaçların stabilite testi sonuçları (aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi), geleneksel karıştırmada 1.05 olan TSI’nin (kararsızlık indeksi) yüksek viskoziteli karıştırma işleminde 0.75’inkinden daha yüksek olduğunu göstermektedir, bu nedenle yüksek viskozite ile elde edilen bulamaç stabilitesi karıştırma işlemi, geleneksel karıştırma işlemiyle elde edilenden daha iyidir. Ancak yüksek katı içerikli bulamaç, kaplama işleminin ekipman ve teknisyenleri için çok zor olan akışkanlığını da etkileyecektir.

Fotoğraf

(4) Yüksek katı içerikli bulamaç, kaplamalar arasındaki kalınlığı azaltabilir ve pilin iç direncini azaltabilir.

4. Hamur yoğunluğu

Boyut yoğunluğu, boyutun tutarlılığını yansıtmak için önemli bir parametredir. Boyutun dağılma etkisi, boyutun yoğunluğunun farklı konumlarda test edilmesiyle doğrulanabilir. Bunda tekrarı olmayacak, yukarıdaki özet üzerinden iyi bir elektrot pastası hazırladığımıza inanıyorum.