Analyysi litiumakkutahnan ominaisuuksista ja keskeisistä vaikuttavista tekijöistä

Litiumioniakkujen tuotanto on tiiviisti sidoksissa prosessivaiheisiin. Yleensä litiumparistojen tuotanto sisältää napakappaleen valmistusprosessin, paristojen kokoonpanoprosessin ja lopullisen nesteen ruiskutuksen, esilatauksen, muodostamisen ja vanhenemisprosessin. Kolmivaiheisessa prosessissa kukin prosessi voidaan jakaa useisiin keskeisiin prosesseihin, ja jokaisella vaiheella on suuri vaikutus akun lopulliseen suorituskykyyn.

Tankokappaleen valmistusprosessissa se voidaan jakaa viiteen prosessiin: lietteen valmistelu, lietepinnoitus, pylväsvalssaus, pylväspalan leikkaus ja pylväskuivaus. Akkukokoonpanoprosessissa eri akkumääritysten mukaan se voidaan karkeasti jakaa käämitykseen, koteloon, hitsaukseen ja muihin prosesseihin. Viimeiseen nesteen ruiskutusvaiheeseen sisältyvät erilaiset prosessit, kuten nesteen ruiskutus, poisto, tiivistys, esitäyttö, muodostus ja vanheneminen. Sauvakappaleen valmistusprosessi on koko litiumpariston valmistuksen ydinsisältö, joka liittyy akun sähkökemiallisen suorituskyvyn laatuun, ja lietteen laatu on erityisen tärkeä.

1. Lietelieteen perusteoria

Litiumioniakkuelektrodiliete on eräänlainen neste. Yleensä nesteet voidaan jakaa Newtonin nesteisiin ja ei-Newtonin nesteisiin. Niistä ei-Newtonin nesteet voidaan jakaa turpoaviin muovinesteisiin, ajasta riippuvaisiin ei-Newtonin nesteisiin, pseudoplastisiin nesteisiin ja Bingham-muovinesteisiin. Newtonin neste on matalan viskositeetin neste, jota on erittäin helppo muodostaa muodonmuutoksen jälkeen jännityksen jälkeen, ja leikkausjännitys on verrannollinen muodonmuutosnopeuteen. Nesteen, jonka leikkausjännityksellä on jossakin kohdassa lineaarinen funktionaalinen suhde leikkauksen muodonmuutosnopeuteen. Monet luonnon nesteet ovat Newtonin nesteitä. Suurin osa puhtaista nesteistä, kuten vesi ja alkoholi, kevyet öljyt, pienimolekyyliset yhdisteliuokset ja hitaasti virtaavat kaasut ovat kaikki Newtonin nesteitä.

Ei-Newtonin nesteillä tarkoitetaan nesteitä, jotka eivät täytä Newtonin kokeellisia viskositeettilakeja, toisin sanoen nesteitä, joiden leikkausjännitys ja leikkausvetonopeus eivät ole lineaarisia. Ei-Newtonin nesteitä esiintyy laajalti elämässä, tuotannossa ja luonnossa. Suurmolekyylipolymeerien väkevöidyt liuokset ja suspensiot ovat yleensä ei-Newtonin nesteitä. Suurin osa biologisista nesteistä kuuluu tällä hetkellä määriteltyihin ei-Newtonin nesteisiin. Ihmiskehon nesteet, kuten veri, imusolmukkeet, kystaneste ja GG, "semi-fluid GG"; kuten sytoplasma, ovat kaikki ei-Newtonin nesteitä.

Elektrodiliete koostuu erilaisista raaka-aineista, joilla on erilaiset ominaispainot ja hiukkaskoko, ja se sekoitetaan ja dispergoidaan kiinteään nestemäiseen faasiin. Tuloksena oleva liete on ei-Newtonin neste. Litiumparistoliete voidaan jakaa kahteen tyyppiin: positiivisten elektrodien liete ja negatiivisten elektrodien liete. Erilaisten lietejärjestelmien (öljyisten ja vesipohjaisten) ansiosta niiden ominaisuudet vaihtelevat suuresti. Lietteen ominaisuuksien arviointi ei kuitenkaan ole muuta kuin seuraavat parametrit:

1. Lietteen viskositeetti

Viskositeetti on nesteen viskositeetin mitta ja nesteen virtausvoiman ilmaisu sen sisäiseen kitkailmiöön. Kun neste virtaa, sen molekyylien välistä sisäistä kitkaa kutsutaan nesteen viskositeetiksi. Viskositeetti ilmaistaan ​​viskositeetilla, jota käytetään kuvaamaan nesteen ominaisuuksiin liittyvää vastuskerrointa. Viskositeetti jaetaan dynaamiseen viskositeettiin ja ehdolliseen viskositeettiin.

Viskositeetti määritellään yhdensuuntaisten levyjen pariksi, jonka pinta-ala on A ja etäisyys dr. Levyt täytetään tietyllä nesteellä. Nyt työntövoima F kohdistetaan ylempään levyyn nopeuden muutoksen aikaansaamiseksi. Koska nesteen viskositeetti siirtää tämän voiman kerroksittain, myös jokainen nestekerros liikkuu vastaavasti muodostaen nopeusgradientin du / dr, jota kutsutaan leikkausnopeudeksi, jota edustaa r'. F / A: ta kutsutaan leikkausjännitykseksi ja sitä edustaa τ. Leikkausnopeuden ja leikkausjännityksen suhde on seuraava:

(F / A)=η (du / dr)

Newtonin neste on Newton&# 39: n kaavan mukainen. Viskositeetti liittyy vain lämpötilaan, eikä sillä ole mitään tekemistä leikkausnopeuden kanssa. τ on verrannollinen D: hen.

Ei-Newtonin nesteet eivät ole Newtonin kaavan τ / D=f (D) mukaisia, ja ηa edustaa viskositeettia tietyllä (τ / D), jota kutsutaan näennäiseksi viskositeetiksi. Lämpötilan lisäksi muiden kuin Newtonin nesteiden viskositeetti liittyy myös leikkausnopeuteen, aikaan ja leikkauksen ohenemisen tai leikkauksen sakeutumisen muutoksiin.

2. Lieteominaisuudet

Liete on ei-Newtonin neste, kiinteä-neste sekoitettu neste. Seuraavan päällystysprosessin vaatimusten täyttämiseksi lietelannalla on oltava seuraavat kolme ominaisuutta:

① Hyvä likviditeetti. Juoksevuus voidaan havaita sekoittamalla lietettä sen virtaamiseksi alas luonnollisesti. Hyvä jatkuvuus, jatkuva ajoittainen, osoittaa hyvää likviditeettiä. Juoksevuus riippuu lietteen kiintoainepitoisuudesta ja viskositeetista,

EvelTaso. Lietteen tasoitus vaikuttaa pinnoitteen tasaisuuteen ja tasaisuuteen.

③ Reologia. Reologia viittaa lieteen muodonmuutosominaisuuksiin virtauksessa, ja sen laatu vaikuttaa napakappaleen laatuun.

3. Lieteliemen perusta

Litiumioniakkujen elektrodien valmistuksessa positiivisten elektrodien liete koostuu sideaineesta, johtavasta aineesta ja positiivisista elektrodimateriaaleista; negatiivisen elektrodin liete koostuu sideaineesta, grafiittihiilijauheesta jne. Positiivisen ja negatiivisen lietteen valmistus sisältää sarjan teknisiä prosesseja, kuten nestemäisten ja nestemäisten, nestemäisten ja kiinteiden materiaalien keskinäisen sekoittamisen, liukenemisen ja dispergoinnin sekä tämän prosessin. siihen liittyy lämpötilan, viskositeetin ja ympäristön muutoksia. Litium-ioniakkulietteen sekoitus- ja dispersioprosessi voidaan jakaa makrosekoitusprosessiin ja mikrodispersioprosessiin. Näihin kahteen prosessiin liittyy aina koko litiumioniakkulieteen valmistusprosessi. Lietteen valmistus tapahtuu yleensä seuraavissa vaiheissa:

① Sekoita kuivajauhe. Hiukkaset ovat kosketuksessa toistensa kanssa pisteiden, pisteiden ja pisteiden muodossa,

Emi Puolikuiva mudan vaivaamisvaihe. Tässä vaiheessa sen jälkeen kun kuiva jauhe on sekoitettu tasaisesti, lisätään sideainetta tai liuotinta, ja raaka-aine kastuu ja mutaa. Sekoittimen voimakkaan sekoittamisen jälkeen materiaali leikataan ja kitkaa mekaanisella voimalla, ja hiukkasten välillä on sisäinen kitka. Eri voimien vaikutuksesta raaka-ainehiukkaset ovat yleensä hyvin hajaantuneita. Tällä vaiheella on ratkaiseva vaikutus valmiin lietteen hiukkaskokoon ja viskositeettiin.

Laimennus- ja dispergointivaihe. Kun vaivaaminen on valmis, liuotinta lisätään hitaasti lieteviskositeetin ja kiinteän aineen pitoisuuden säätämiseksi. Tässä vaiheessa hajonta ja jälleenyhdistyminen ovat rinnakkain ja saavuttavat lopulta vakauden. Tässä vaiheessa materiaalien leviämiseen vaikuttavat pääasiassa mekaaninen voima, jauheen ja nesteen välinen kitkakestävyys, nopea dispersioleikkausvoima sekä lieteen ja astian seinämän välinen vuorovaikutusvoima.

2. Lietteen ominaisuuksiin vaikuttavien parametrien analyysi

Sekoituksen jälkeisen lietteen on oltava hyvä vakaus, mikä on tärkeä indikaattori akun sakeuden varmistamiseksi pariston valmistusprosessissa. Kun lieteen sekoittuminen loppuu ja sekoitus loppuu, liete laskeutuu, flokkuloituu ja yhdistyy, mikä johtaa suuriin hiukkasiin, joilla on suurempi vaikutus myöhempään päällystykseen ja muihin prosesseihin. Lietteen stabiilisuutta kuvaavat pääparametrit ovat juoksevuus, viskositeetti, kiintoainepitoisuus, tiheys ja niin edelleen.

1. Lietteen viskositeetti

Elektrodilietteen on oltava vakaa ja sopiva viskositeetti, jolla on tärkeä vaikutus elektrodikappaleen päällystysprosessiin. Jos viskositeetti on liian korkea tai liian matala, se ei edistä napakappaleen päällystystä. Suuren viskositeetin lietettä ei ole helppo saostaa ja dispergoituvuus on parempi, mutta liian korkea viskositeetti ei edistä tasoitusvaikutusta ja pinnoitetta; viskositeetti on liian pieni Se ei ole myöskään hyvä. Vaikka liete on hyvin juoksevaa, kun viskositeetti on matala, sitä on vaikea kuivata, mikä heikentää päällysteen kuivaustehokkuutta, ja esiintyy ongelmia, kuten päällysteen halkeilua, lietepartikkelien agglomeroitumista ja huonoa pintatiheyden sakeutta.

Tuotantoprosessissamme usein syntyvä ongelma on, että viskositeetti muuttuu ja&"muuttaa GG"; tässä voidaan jakaa hetkellisiin muutoksiin ja staattisiin muutoksiin. Välitön muutos viittaa dramaattiseen muutokseen viskositeettiprosessin keskellä, ja staattinen muutos tarkoittaa lietteen viskositeetin muutosta tietyn ajan kuluttua. Viskositeetin muutos on korkea tai pieni tai joskus korkea ja joskus pieni. Lietteen viskositeettiin vaikuttavat tekijät sisältävät yleensä lietteen sekoitusnopeuden, ajanhallinnan, annostelusekvenssin, ympäristön lämpötilan ja kosteuden jne. On monia tekijöitä, kuinka meidän pitäisi analysoida ja ratkaista se, kun kohtaamme viskositeetin muutoksia? Sideaine vaikuttaa olennaisesti lietteen viskositeettiin. Oletetaan, että jos ei ole liimaa PVDF / CMC / SBR (kuten kuvissa 2 ja 3 on esitetty) tai jos liima ei yhdistä aktiivisia aineita hyvin, muodostavatko kiinteät aktiiviset aineet ja johtavan aineen ei-Newtonin nesteen yhtenäisen pinnoite? ? ei! Siksi lietteen viskositeetin muutoksen syiden analysoimiseksi ja ratkaisemiseksi meidän on aloitettava sideaineen luonteesta ja lietteen dispersioasteesta.

Kuva 2. PVDF-molekyylijärjestelyrakenne

Kuva 3. CMC-molekyylirakenne

(1) Lisääntynyt viskositeetti

Eri lietesysteemeillä on erilaiset viskositeetin muutokset. Nykyinen päävirtalietejärjestelmä on positiivisen elektrodilietteen PVDF / NMP-öljyjärjestelmä ja negatiivisen elektrodilietteen grafiitti / CMC / SBR-vesipitoinen järjestelmä.

① Positiivisen elektrodilietteen viskositeetti kasvaa, kun se on jätetty tietyksi ajaksi. Yksi syy (lyhytaikainen varastointi) on se, että lietteen sekoitusnopeus on liian nopea eikä sideaine ole täysin liuennut. Jonkin ajan kuluttua PVDF-jauhe on täysin liuennut ja viskositeetti kasvaa. Yleisesti ottaen PVDF tarvitsee vähintään 3 tuntia täydellisen liukenemisen suhteen, riippumatta siitä, kuinka nopeasti sekoitusnopeus ei voi muuttaa tätä vaikuttavaa tekijää, niin sanottu GG-lainaus; hätäinen ei ole nopeaa GG-annosta. Toinen syy (pitkäaikainen varastointi) on, että kolloidi muuttuu soolitilasta geelitilaan, kun liete seisoo paikallaan. Jos se homogenoidaan hitaalla nopeudella, sen viskositeetti voidaan palauttaa. Kolmas syy on, että kolloidin, elävän aineen ja johtavan aineen hiukkasten välille muodostuu erityinen rakenne. Tämä tila on peruuttamaton eikä sitä voida palauttaa lieteviskositeetin kasvaessa.

Negatiivisen elektrodilietteen viskositeetti kasvaa. Negatiivisen elektrodilietteen viskositeetin kasvu johtuu pääasiassa sideaineen molekyylirakenteen tuhoutumisesta. Lietelannan viskositeetti kasvaa sen jälkeen, kun molekyyliketju on hajonnut ja hapettunut. Jos materiaali dispergoidaan liikaa, hiukkaskoko pienenee huomattavasti, mikä lisää myös lietteen viskositeettia.

(2) Pienempi viskositeetti

① Positiivisen elektrodilietteen viskositeetti pienenee. Yksi syy on, että liimakolloidin ominaisuudet ovat muuttuneet. Muutoksille on monia syitä, kuten voimakas leikkausvoima lietteensiirtoprosessin aikana, sideaineen kosteuden imeytymisestä johtuva laadullinen muutos, sekoitusprosessin aikana tapahtuneet rakenteelliset muutokset ja itsensä hajoaminen. Toinen syy on se, että epätasainen sekoittuminen ja dispersio saa lieteen kiinteän aineen laskeutumaan suurelle alueelle. Kolmas syy on, että liima altistuu laitteiden ja elävien materiaalien voimakkaille leikkaus- ja kitkavoimille sekoitusprosessin aikana, ja sen ominaisuudet muuttuvat korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa viskositeetin laskuun.

Negatiivisen elektrodilietteen viskositeetti pienenee. Yksi syy on, että CMC sisältää epäpuhtauksia. Suurin osa CMC: n epäpuhtauksista on huonosti liukoisia polymeerihartseja. Kun CMC sekoittuu kalsiumin, magnesiumin jne. Kanssa, sen viskositeetti pienenee. Toinen syy on, että CMC on natriumhydroksimetyyliselluloosa, joka on pääasiassa C / O: n yhdistelmä. Sidos on hyvin heikko ja helposti leikkaavan voiman vaurioittama. Kun sekoitusnopeus on liian nopea tai aika on liian pitkä, CMC: n rakenne voi tuhoutua. CMC: llä on rooli negatiivisen elektrodilietteen sakeuttamisessa ja stabiloinnissa, ja samalla sillä on tärkeä rooli raaka-aineiden leviämisessä. Kun sen rakenne on vaurioitunut, se aiheuttaa väistämättä lieteen laskeutumisen ja vähentää sen viskositeettia. Kolmas syy on SBR-liiman tuhoutuminen. Todellisessa tuotannossa CMC ja SBR valitaan yleensä toimimaan yhdessä, ja näiden kahden roolit ovat erilaiset. SBR toimii pääasiassa sideaineena, mutta se on taipuvainen hajoamaan pitkäaikaisessa sekoituksessa, mikä johtaa koheesion epäonnistumiseen ja lietteen viskositeetin vähenemiseen.

(3) Erityiset olosuhteet (hyytelön muoto on korkea ja joskus matala)

Positiivisen elektrodilietteen valmistuksen aikana lietteestä tulee joskus&"hyytelö GG". Tähän tilanteeseen on kaksi pääasiallista syytä: Ensinnäkin kosteus. Ota huomioon, että elävän materiaalin kosteuden imeytyminen, huono kosteuden säätö sekoitusprosessin aikana ja raaka-aineen korkea kosteus sen jälkeen, kun raaka-aine imee kosteutta tai sekoitusympäristö saa PVDF: n imemään kosteutta ja siitä tulee hyytelö. Toiseksi lietteen tai materiaalin pH-arvo. Mitä korkeampi pH-arvo, sitä tiukempi kosteuden säätö, erityisesti korkean nikkelin materiaalien, kuten NCA ja NCM811, sekoittaminen.

Lietelannan viskositeetti vaihtelee korkealla ja matalalla. Yksi syy voi olla, että liete ei ole täysin vakiintunut testausprosessin aikana ja lämpötila vaikuttaa suuresti lietteen viskositeettiin. Varsinkin suurella nopeudella dispergoinnin jälkeen lietteen sisäisellä lämpötilalla on tietty lämpötilagradientti, ja näytteiden erilaiset viskositeetit eivät ole samat. Toinen syy on se, että lietteen dispersio on heikko, aktiivinen materiaali, sideaine ja johtava aine eivät ole hyvin dispergoituneet, liete ei ole hyvin juoksevaa ja luonnollisen lietteen viskositeetti vaihtelee korkealla ja matalalla.

2. Lietelannan koko

Sekoittamisen jälkeen hiukkaskoko on mitattava. Hiukkaskoon mittausmenetelmässä käytetään yleensä kaavinmenetelmää. Hiukkaskoko on tärkeä parametri lietteen laadun kuvaamiseksi. Hiukkaskoko vaikuttaa merkittävästi päällystysprosessiin, valssausprosessiin ja pariston suorituskykyyn. Teoriassa, mitä pienempi lietepartikkelikoko, sitä parempi. Kun hiukkaskoko on liian suuri, se vaikuttaa lietteen stabiilisuuteen, mikä johtaa sedimentoitumiseen ja lietteen huonoon sakeuteen. Ekstruusiopäällystysprosessissa tapahtuu materiaalin tukkeutuminen, kuoppa napakappaleen kuivumisen jälkeen, mikä aiheuttaa napakappaleen laadun. Seuraavassa vierintäprosessissa huonon päällysteen epätasainen voima voi helposti aiheuttaa napakappaleen murtumisen ja paikallisia mikrohalkeamia, mikä aiheuttaa suurta haittaa akun syklin suorituskyvylle, nopeuden suorituskyvylle ja turvallisuustasolle.

Päämateriaaleilla, kuten positiivisilla ja negatiivisilla aktiivisilla materiaaleilla, liimoilla, johtavilla aineilla jne., On erilainen hiukkaskoko ja tiheys, ja sekoitusprosessin aikana tapahtuu erilaisia ​​kontaktimenetelmiä, kuten sekoittaminen, puristaminen, kitka ja agglomeraatio. Raaka-aineiden sekoittumisvaiheissa, liuottimien kostuttamissa vaiheissa, suurten materiaalipalojen rikkoutumisessa ja tasaantumisessa tapahtuu materiaalien epätasaista sekoittumista, liiman heikko liukeneminen, hienojen hiukkasten voimakas agglomeroituminen ja tarttuvuusominaisuuksia. Muutokset jne. Johtavat suurten hiukkasten tuotantoon.

Kun ymmärrämme hiukkasten syyn, meidän on määrättävä oikea lääke näiden ongelmien ratkaisemiseksi. Mitä tulee materiaalien kuivajauhesekoitukseen, olen henkilökohtaisesti sitä mieltä, että sekoittimen nopeudella on vain vähän vaikutusta kuivajauheen sekoitusasteeseen, mutta molemmat tarvitsevat riittävästi aikaa kuivajauheen sekoittamisen varmistamiseksi. Jotkut valmistajat valitsevat jauhemaiset liimat ja jotkut nesteessä liuenneet liimat. Kaksi erilaista liimaa määrää eron prosessissa. Jauhemaisten liimojen käyttö liukenee kauemmin, muuten myöhemmässä vaiheessa tapahtuu turvotusta, palautumista, viskositeetin muutosta jne. Hienojen hiukkasten välinen yhteenpuristuminen on väistämätöntä, mutta on varmistettava, että materiaalien välillä on riittävästi kitkaa agglomeroituneiden hiukkasten puristamisen ja murskaamisen edistämiseksi, mikä edistää sekoittumista. Tämä vaatii meitä hallitsemaan lietteen kiintoainepitoisuutta eri vaiheissa. Liian pieni kiintoainepitoisuus vaikuttaa hiukkasten väliseen kitkaan ja dispersioon.

3. Lieteen kiinteä sisältö

Lietteen kiinteä sisältö liittyy läheisesti lietteen stabiilisuuteen. Samalla menetelmällä ja kaavalla, mitä korkeampi kiinteä lietepitoisuus, sitä suurempi viskositeetti ja päinvastoin. Tietyllä alueella, mitä korkeampi viskositeetti, sitä suurempi liete on stabiili. Suunnitellessamme paristoja käännämme ytimen paksuuden yleensä paristokapasiteetista napakappaleen suunnitteluun. Sitten napakappaleen suunnittelu liittyy vain parametreihin, kuten pinta-aktiivisuuden tiheys, aktiivisen materiaalin tiheys ja paksuus. Napakappaleen parametrit säädetään päällystyskoneella ja telapuristimella, eikä lieteen kiinteällä pitoisuudella ole suoraa vaikutusta siihen. Onko lietteen kiinteällä pitoisuudella merkitystä?

(1) Kiinteällä aineella on tietty vaikutus sekoitustehokkuuden ja päällystystehokkuuden parantamiseen. Mitä korkeampi kiintoainepitoisuus, sitä lyhyempi lietteen sekoitusaika, sitä vähemmän liuotinta kulutetaan, sitä korkeampi päällysteen kuivausteho ja aikaa säästävä.

(2) Kiinteällä aineella on tiettyjä vaatimuksia laitteille. Suuren kiinteän aineen lietelannalla on suurempi laitteiden menetys, koska mitä korkeampi kiinteä aine, sitä vakavammin laite kuluu.

(3) Lietteen, jolla on korkea kiintoainepitoisuus, stabiilisuus on parempi. Jotkut lietteen stabiilisuustestitulokset osoittavat (kuten alla olevassa kuvassa on esitetty), että tavanomaisen sekoituksen TSI (epästabiilisuusindeksi) 1,05 on korkeampi kuin YTE: n arvo 0,75 korkean viskositeetin sekoitusprosessissa, joten korkean -viskositeettisekoitusprosessi on parempi kuin tavanomaisen sekoitusprosessin. Kuitenkin korkea kiintoainepitoinen liete vaikuttaa myös sen juoksevuuteen, mikä on erittäin haastavaa pinnoitusprosessin laitteille ja teknikoille.

(4) Korkea kiintoainepitoinen liete voi vähentää pinnoitteiden välistä paksuutta ja vähentää akun sisäistä vastusta.

4. Liitä tiheys

Lietteen tiheys on tärkeä parametri reaktiolietteen sakeudelle, ja lietteen dispersiovaikutus voidaan todentaa testaamalla lietteen tiheys eri paikoissa. En käsittele yksityiskohtia täällä, ja yllä olevan yhteenvedon kautta uskon, että jokainen voi valmistaa hyvän elektrodilietteen.