Analisis sifat dan faktor pengaruh utama pes bateri litium

Pengeluaran bateri lithium-ion adalah proses langkah-langkah proses yang berkait rapat. Secara amnya, pengeluaran bateri litium merangkumi proses pembuatan kepingan tiang, proses pemasangan bateri dan proses suntikan cecair akhir, pra-pengisian, pembentukan, dan penuaan. Dalam proses tiga peringkat, setiap proses dapat dibahagikan kepada beberapa proses utama, dan setiap langkah akan memberikan kesan yang besar pada prestasi akhir bateri.

Dalam proses pembuatan potongan tiang, ia dapat dibahagikan kepada lima proses: penyediaan buburan, lapisan buburan, penggulungan potongan tiang, pemotongan potongan tiang, dan pengeringan potongan tiang. Dalam proses pemasangan bateri, mengikut spesifikasi bateri yang berbeza, dapat dibahagikan secara kasar kepada proses penggulungan, selongsong, pengelasan dan proses lain. Pada peringkat akhir suntikan cecair, pelbagai proses seperti suntikan cecair, ekzos, pengedap, pra-pengisian, pembentukan, dan penuaan disertakan. Proses pembuatan kepingan tiang adalah isi inti dari keseluruhan pembuatan bateri litium, yang berkaitan dengan kualiti prestasi elektrokimia bateri, dan kualiti buburan sangat penting.

1. Teori asas buburan

Bubur elektrod bateri lithium-ion adalah sejenis cecair. Secara amnya, cecair boleh dibahagikan kepada cecair Newtonian dan cecair bukan Newton. Antaranya, cecair bukan Newtonian boleh dibahagikan kepada cecair plastik yang membengkak, cecair bukan Newton yang bergantung pada masa, cecair pseudoplastik dan cecair plastik Bingham. Cecair Newtonian adalah cecair dengan kelikatan rendah yang sangat mudah untuk ubah bentuknya setelah tertekan, dan tekanan ricih berkadar dengan kadar ubah bentuk. Cecair yang tegangan ricihnya pada setiap titik mempunyai hubungan fungsi linear dengan kadar ubah bentuk ricih. Sebilangan besar cecair di alam adalah cecair Newton. Sebilangan besar cecair tulen seperti air dan alkohol, minyak ringan, larutan sebatian molekul rendah, dan gas mengalir berkelajuan rendah adalah semua cecair Newton.

Cecair bukan Newtonia merujuk kepada bendalir yang tidak memenuhi undang-undang kelikatan eksperimental Newton, yaitu, cairan yang tekanan tegangan dan ketegangan ricihnya tidak linier. Cecair bukan Newton terdapat secara meluas dalam kehidupan, pengeluaran dan alam semula jadi. Larutan pekat dan penggantungan polimer molekul tinggi biasanya bukan cecair Newton. Sebilangan besar cecair biologi tergolong dalam cecair bukan Newton yang ditentukan sekarang. Cecair tubuh manusia seperti darah, limfa, cecair sista, dan GG; semi-cecair" seperti sitoplasma adalah semua cecair bukan Newton.

Bubur elektrod terdiri daripada pelbagai bahan mentah dengan graviti spesifik yang berbeza dan saiz zarah yang berbeza, dan dicampurkan dan tersebar dalam fasa pepejal-cecair. Bubur yang dihasilkan adalah cecair bukan Newton. Lumpur bateri litium boleh dibahagikan kepada dua jenis: buburan elektrod positif dan buburan elektrod negatif. Oleh kerana sistem buburan yang berbeza (berasaskan berminyak dan air), sifatnya akan sangat berbeza. Walau bagaimanapun, menilai sifat buburan tidak lebih daripada parameter berikut:

1. Kelikatan buburan

Kelikatan adalah ukuran kelikatan bendalir dan ekspresi daya aliran bendalir pada fenomena geseran dalamannya. Apabila cecair mengalir, sifat geseran dalaman antara molekulnya disebut kelikatan cecair. Kelikatan dinyatakan oleh kelikatan, yang digunakan untuk mencirikan faktor ketahanan yang berkaitan dengan sifat-sifat cecair. Kelikatan dibahagikan kepada kelikatan dinamik dan kelikatan bersyarat.

Kelikatan ditakrifkan sebagai sepasang plat selari dengan luas A dan jarak dr. Plat diisi dengan cecair tertentu. Kini daya tuju F digunakan pada plat atas untuk menghasilkan perubahan kelajuan. Oleh kerana kelikatan cecair memindahkan lapisan kekuatan ini demi lapisan, setiap lapisan cecair juga bergerak sesuai, membentuk kecerunan kecepatan du / dr, yang disebut laju ricih, yang diwakili oleh r'. F / A dipanggil tegasan ricih dan diwakili oleh τ. Hubungan antara kadar ricih dan tegasan ricih adalah seperti berikut:

(F / A)=η (du / dr)

Cecair Newtonian sesuai dengan formula Newton' Kelikatan hanya berkaitan dengan suhu dan tidak ada kaitan dengan kadar ricih. τ berkadaran dengan D.

Cecair bukan Newtonian tidak sesuai dengan formula Newtonian τ / D=f (D), dan ηa mewakili kelikatan di bawah tertentu (τ / D), yang disebut kelikatan jelas. Selain suhu, kelikatan cairan bukan Newtonian juga berkaitan dengan kadar ricih, waktu, dan perubahan penipisan ricih atau penebalan ricih.

2. Sifat buburan

Bubur adalah cecair bukan Newton, cecair campuran pepejal-cecair. Untuk memenuhi keperluan proses pelapisan berikutnya, buburan harus mempunyai tiga ciri berikut:

① Kecairan yang baik. Kelancaran dapat diperhatikan dengan mengaduk buburan agar mengalir turun secara semula jadi. Kesinambungan yang baik, berterusan berterusan, menunjukkan kecairan yang baik. Kelancaran berkaitan dengan kandungan pepejal dan kelikatan buburan,

②Meningkat. Meratakan buburan mempengaruhi kerataan dan keseragaman lapisan.

③ Rheologi. Rheologi merujuk kepada ciri ubah bentuk lumpur dalam aliran, dan kualitinya mempengaruhi kualiti kepingan tiang.

3. Asas penyebaran buburan

Dalam pembuatan elektrod untuk bateri ion litium, buburan elektrod positif terdiri daripada bahan pengikat, agen konduktif, dan bahan elektrod positif; buburan elektrod negatif terdiri daripada pengikat, serbuk karbon grafit, dan lain-lain. Penyediaan buburan positif dan negatif merangkumi serangkaian proses teknologi seperti pencampuran bersama, pembubaran dan penyebaran cecair dan bahan cair, cecair dan pepejal, dan proses ini disertai dengan perubahan suhu, kelikatan, dan persekitaran. Proses pencampuran dan penyebaran buburan bateri ion lithium dapat dibahagikan kepada proses pencampuran makro dan proses penyebaran mikro. Kedua-dua proses ini akan selalu disertai dengan keseluruhan proses penyediaan buburan bateri lithium-ion. Penyediaan buburan biasanya melalui peringkat berikut:

① Campurkan serbuk kering. Zarah-zarah bersentuhan satu sama lain dalam bentuk titik, titik, dan titik,

② Tahap menguli lumpur separa kering. Pada peringkat ini, setelah serbuk kering dicampurkan secara merata, cecair pengikat atau pelarut ditambahkan, dan bahan mentah dibasahi dan berlumpur. Setelah pengadukan kuat pengadun, bahan tersebut dicukur dan digeser oleh daya mekanik, dan akan berlaku geseran dalaman antara zarah. Di bawah pelbagai daya, zarah bahan mentah cenderung sangat tersebar. Tahap ini mempunyai pengaruh penting terhadap ukuran zarah dan kelikatan buburan siap.

③ Tahap pencairan dan penyebaran. Selepas pengulian selesai, pelarut perlahan-lahan ditambahkan untuk menyesuaikan kelikatan buburan dan kandungan pepejal. Pada peringkat ini, penyebaran dan penyatuan kembali wujud, dan akhirnya mencapai kestabilan. Pada peringkat ini, penyebaran bahan terutamanya dipengaruhi oleh daya mekanik, rintangan geseran antara serbuk dan cecair, daya ricih penyebaran berkelajuan tinggi, dan daya interaksi antara buburan dan dinding bekas.

2. Analisis parameter yang mempengaruhi sifat buburan

Bubur setelah mencampurkan perlu mempunyai kestabilan yang baik, yang merupakan petunjuk penting untuk memastikan konsistensi bateri dalam proses pengeluaran bateri. Apabila pencampuran buburan berakhir dan pengadukan berhenti, buburan akan mengendap, mengocok dan menyatu, menghasilkan zarah besar, yang akan memberi kesan yang lebih besar pada lapisan berikutnya dan proses lain. Parameter utama yang menjadi ciri kestabilan buburan adalah kelancaran, kelikatan, kandungan pepejal, ketumpatan dan sebagainya.

1. Kelikatan buburan

Bubur elektrod perlu mempunyai kelikatan yang stabil dan sesuai, yang mempunyai pengaruh penting pada proses pelapisan bahagian elektrod. Sekiranya kelikatan terlalu tinggi atau terlalu rendah, ia tidak kondusif untuk lapisan kepingan tiang. Bubur kelikatan tinggi tidak mudah didakan dan daya serentak akan lebih baik, tetapi kelikatan yang terlalu tinggi tidak kondusif untuk kesan meratakan dan lapisan; kelikatannya terlalu rendah Ia juga tidak baik. Walaupun buburan mempunyai kelancaran yang baik ketika kelikatannya rendah, sukar dikeringkan, yang mengurangkan kecekapan pengeringan lapisan, dan masalah seperti keretakan lapisan, pengagregatan zarah buburan, dan konsistensi kepadatan permukaan yang buruk akan terjadi.

Masalah yang sering timbul dalam proses pengeluaran kita ialah kelikatan berubah, dan" ubah" di sini boleh dibahagikan kepada perubahan seketika dan perubahan statik. Perubahan seketika merujuk kepada perubahan drastik di tengah proses pengujian kelikatan, dan perubahan statik merujuk pada perubahan kelikatan buburan setelah jangka waktu tertentu. Perubahan kelikatan tinggi atau rendah, atau kadang-kadang tinggi dan kadang-kadang rendah. Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi kelikatan buburan terutamanya merangkumi kelajuan pengadukan buburan, kawalan masa, urutan kumpulan, suhu dan kelembapan persekitaran, dan lain-lain. Terdapat banyak faktor, bagaimana kita harus menganalisis dan menyelesaikannya ketika kita mengalami kelikatan perubahan? Kelikatan buburan pada dasarnya dipengaruhi oleh pengikat. Katakan, jika tidak ada pelekat PVDF / CMC / SBR (seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2 dan 3), atau pelekat tidak menggabungkan bahan aktif dengan baik, adakah bahan aktif pepejal dan agen konduktif akan membentuk cecair bukan Newton dengan seragam salutan? ? tidak akan! Oleh itu, untuk menganalisis dan menyelesaikan sebab-sebab perubahan kelikatan buburan, kita mesti bermula dari sifat pengikat dan tahap penyebaran buburan.

Rajah 2. Struktur susunan molekul PVDF

Rajah 3. Struktur molekul CMC

(1) Peningkatan kelikatan

Sistem buburan yang berbeza mempunyai perubahan kelikatan yang berbeza. Sistem buburan arus perdana semasa adalah sistem berminyak PVDF / NMP slurry elektrod positif, dan buburan elektrod negatif adalah sistem berair grafit / CMC / SBR.

① Kelikatan buburan elektrod positif meningkat setelah dibiarkan untuk jangka masa tertentu. Salah satu sebabnya (penyimpanan jangka pendek) adalah bahawa kelajuan pengadukan buburan terlalu cepat dan pengikat tidak larut sepenuhnya. Selepas jangka masa, serbuk PVDF dilarutkan sepenuhnya dan kelikatannya meningkat. Secara umum, PVDF memerlukan sekurang-kurangnya 3 jam untuk larut sepenuhnya, tidak kira seberapa pantas kelajuan pengadukan tidak dapat mengubah faktor yang mempengaruhi ini, apa yang dipanggil&"tergesa-gesa tidak cepat GG"; Sebab kedua (penyimpanan jangka panjang) adalah bahawa koloid berubah dari keadaan sol ke keadaan gel ketika buburan tetap diam. Sekiranya dihomogenkan pada kelajuan perlahan, kelikatannya dapat dipulihkan. Sebab ketiga ialah struktur khas terbentuk antara koloid, bahan hidup, dan zarah agen konduktif. Keadaan ini tidak dapat dipulihkan dan tidak dapat dipulihkan setelah kelikatan buburan meningkat.

Vis Kelikatan buburan elektrod negatif meningkat. Peningkatan kelikatan buburan elektrod negatif terutamanya disebabkan oleh pemusnahan struktur molekul pengikat. Kelikatan buburan meningkat setelah rantai molekul pecah dan teroksidasi. Sekiranya bahan terlalu tersebar, ukuran zarah akan berkurang, yang juga akan meningkatkan kelikatan buburan.

(2) Pengurangan kelikatan

① Kelikatan buburan elektrod positif menurun. Salah satu sebabnya ialah sifat koloid pelekat telah berubah. Terdapat banyak sebab untuk perubahan tersebut, seperti daya ricih yang kuat semasa proses pemindahan buburan, perubahan kualitatif kerana penyerapan kelembapan oleh pengikat, perubahan struktur semasa proses pengadukan, dan penurunannya sendiri. Sebab kedua ialah pencampuran dan penyebaran yang tidak rata menyebabkan bahan pepejal dalam buburan menetap di kawasan yang luas. Sebab ketiga adalah bahawa pelekat dikenakan daya ricih dan geseran yang kuat dari peralatan dan bahan hidup semasa proses pengadukan, dan sifatnya berubah dalam keadaan suhu tinggi, yang mengakibatkan penurunan kelikatan.

Vis Kelikatan buburan elektrod negatif berkurang. Salah satu sebabnya ialah CMC mengandungi kekotoran. Sebilangan besar kekotoran dalam CMC adalah resin polimer yang kurang larut. Apabila CMC larut dengan kalsium, magnesium, dan lain-lain, kelikatannya akan berkurang. Sebab kedua ialah CMC adalah natrium hidroksimetil selulosa, yang merupakan gabungan antara C / O. Ikatan sangat lemah dan mudah rosak oleh daya ricih. Apabila kelajuan pengadukan terlalu cepat atau waktunya terlalu lama, struktur CMC mungkin musnah. CMC berperanan dalam menebal dan menstabilkan buburan elektrod negatif, dan pada masa yang sama memainkan peranan penting dalam penyebaran bahan mentah. Apabila strukturnya rosak, pasti akan menyebabkan buburan mengendap dan mengurangkan kelikatannya. Sebab ketiga ialah pemusnahan pelekat SBR. Dalam pengeluaran sebenar, CMC dan SBR biasanya dipilih untuk bekerjasama, dan peranan keduanya berbeza. SBR terutamanya bertindak sebagai pengikat, tetapi rentan terhadap demulsifikasi dengan pengadukan jangka panjang, mengakibatkan kegagalan kohesi dan pengurangan kelikatan buburan.

(3) Keadaan khas (bentuk jeli tinggi dan kadang-kadang rendah)

Semasa penyediaan buburan elektrod positif, kadangkala buburan menjadi" jeli" ;. Terdapat dua sebab utama untuk keadaan ini: Pertama, kelembapan. Pertimbangkan bahawa penyerapan kelembapan bahan hidup, kawalan kelembapan yang buruk semasa proses pencampuran, dan kelembapan tinggi bahan mentah setelah bahan mentah menyerap kelembapan atau persekitaran pencampuran akan menyebabkan PVDF menyerap kelembapan dan menjadi jeli. Kedua, nilai pH buburan atau bahan. Semakin tinggi nilai pH, kawalan kelembapan lebih ketat, terutama pengadukan bahan nikel tinggi seperti NCA dan NCM811.

Kelikatan buburan berfluktuasi tinggi dan rendah. Salah satu sebabnya ialah bahawa buburan tidak stabil sepenuhnya semasa proses pengujian, dan kelikatan buburan sangat dipengaruhi oleh suhu. Terutama setelah tersebar pada kelajuan tinggi, suhu dalaman buburan mempunyai kecerunan suhu tertentu, dan kelikatan sampel yang berbeza tidak sama. Sebab kedua adalah bahawa penyebaran buburan kurang baik, bahan aktif, pengikat, dan agen konduktif tidak tersebar dengan baik, buburan tidak mempunyai kelancaran yang baik, dan kelikatan buburan semula jadi berubah-ubah tinggi dan rendah.

2. Saiz buburan

Setelah dicampurkan, ukuran zarah perlu diukur. Kaedah pengukuran ukuran partikel biasanya menggunakan kaedah pengikis. Ukuran zarah adalah parameter penting untuk mencirikan kualiti buburan. Ukuran zarah mempunyai pengaruh penting pada proses pelapisan, proses penggulungan dan prestasi bateri. Secara teorinya, semakin kecil ukuran zarah buburan, semakin baik. Apabila ukuran zarah terlalu besar, kestabilan buburan akan terjejas, mengakibatkan pemendapan dan konsistensi buburan yang buruk. Dalam proses pelapisan penyemperitan, akan ada penyekat bahan, pitting setelah pengeringan potongan tiang, yang menyebabkan kualiti potongan tiang. Dalam proses penggulungan berikutnya, daya tidak rata pada lapisan yang buruk dapat dengan mudah menyebabkan potongan tiang pecah dan mikrokrok tempatan, yang menyebabkan bahaya besar pada prestasi kitaran, prestasi kadar dan prestasi keselamatan bateri.

Bahan utama seperti bahan aktif positif dan negatif, pelekat, agen konduktif, dan lain-lain mempunyai ukuran zarah dan ketumpatan yang berbeza, dan pelbagai kaedah hubungan seperti pencampuran, pemerasan, geseran, dan pengagregatan akan berlaku semasa proses pengadukan. Pada peringkat bahan mentah dicampur secara beransur-ansur, dibasahi oleh pelarut, sebilangan besar bahan yang pecah dan stabil secara beransur-ansur, akan berlaku pencampuran bahan yang tidak rata, pembubaran pelekat yang lemah, pengagregatan zarah halus yang teruk, dan berlakunya sifat pelekat. Perubahan, dan lain-lain, akan menyebabkan pengeluaran zarah besar.

Apabila kita memahami punca zarah, kita mesti memberi ubat yang tepat untuk menyelesaikan masalah ini. Mengenai pencampuran serbuk kering bahan, saya secara peribadi merasakan bahawa kelajuan pengadun sedikit mempengaruhi tahap pencampuran serbuk kering, tetapi keduanya memerlukan cukup masa untuk memastikan pencampuran serbuk kering. Kini beberapa pengeluar memilih pelekat serbuk dan ada yang memilih pelekat larut cecair. Kedua-dua pelekat yang berbeza menentukan perbezaan prosesnya. Penggunaan pelekat serbuk memerlukan masa lebih lama untuk larut, jika tidak, Pembengkakan, pemulihan, perubahan kelikatan, dan lain-lain akan berlaku pada peringkat kemudian. Pengagregatan antara zarah halus tidak dapat dielakkan, tetapi kita mesti memastikan bahawa terdapat geseran yang cukup antara bahan untuk mendorong penyemperitan dan penghancuran zarah-zarah terkumpul, yang kondusif untuk pencampuran. Ini memerlukan kita untuk mengawal kandungan pepejal pada tahap yang berbeza. Kandungan pepejal yang terlalu rendah akan mempengaruhi geseran dan penyebaran antara zarah.

3. Kandungan padat buburan

Kandungan pepejal buburan berkait rapat dengan kestabilan buburan. Dengan proses dan formula yang sama, semakin tinggi kandungan pepejal buburan, semakin tinggi kelikatannya, dan sebaliknya. Dalam julat tertentu, semakin tinggi kelikatannya, semakin tinggi kestabilan buburan. Apabila kita merancang bateri, kita secara amnya membalikkan ketebalan teras dari kapasiti bateri ke reka bentuk bahagian tiang. Maka reka bentuk tiang hanya berkaitan dengan parameter seperti ketumpatan isal, ketumpatan bahan aktif, dan ketebalan. Parameter potongan tiang diselaraskan oleh mesin pelapis dan mesin roller, dan kandungan pepejal buburan tidak mempunyai pengaruh langsung ke atasnya. Oleh itu, adakah kandungan pepejal buburan tidak relevan?

(1) Kandungan padat mempunyai pengaruh tertentu untuk meningkatkan kecekapan pencampuran dan kecekapan lapisan. Semakin tinggi kandungan pepejal, semakin pendek masa pengadukan buburan, semakin sedikit pelarut yang digunakan, semakin tinggi kecekapan pengeringan lapisan, dan penjimatan masa.

(2) Kandungan padat mempunyai keperluan tertentu untuk peralatan. Bubur kandungan pepejal yang tinggi mempunyai kehilangan peralatan yang lebih tinggi, kerana semakin tinggi kandungan pepejal, semakin serius alat memakai.

(3) Bubur dengan kandungan pepejal yang tinggi mempunyai kestabilan yang lebih tinggi. Beberapa hasil ujian kestabilan buburan menunjukkan (seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah) bahawa TSI (indeks ketidakstabilan) 1.05 pengadukan konvensional lebih tinggi daripada nilai TSI 0.75 dalam proses pengadukan kelikatan tinggi, sehingga kestabilan buburan yang diperoleh tinggi Proses pencampuran viskositi lebih baik daripada proses pencampuran konvensional. Walau bagaimanapun, buburan kandungan pepejal yang tinggi juga akan mempengaruhi kelancarannya, yang sangat mencabar bagi peralatan dan juruteknik proses pelapisan.

(4) Bubur kandungan pepejal yang tinggi dapat mengurangkan ketebalan antara pelapis dan mengurangkan ketahanan dalaman bateri.

4. Tampal ketumpatan

Ketumpatan buburan adalah parameter penting untuk konsistensi buburan reaksi, dan kesan penyebaran buburan dapat disahkan dengan menguji ketumpatan buburan pada kedudukan yang berbeza. Saya tidak akan memperincikannya di sini, dan melalui ringkasan di atas, saya percaya semua orang dapat menyediakan buburan elektrod yang baik.