Анализа својстава и кључних фактора утицаја пасте из литијумских батерија

Производња литијум-јонских батерија уско је повезан процес процеса. Уопштено говорећи, производња литијумских батерија укључује производни процес стубних делова, поступак склапања батерија и коначно убризгавање течности, претходно пуњење, формирање и процес старења. У тростепеном процесу, сваки процес се може поделити на неколико кључних процеса, а сваки корак ће имати велики утицај на коначне перформансе батерије.

У процесу производње стуба, може се поделити на пет процеса: припрема гнојнице, премазивање гнојницом, ваљање стуба, сечење штапа и сушење стуба. У процесу склапања батерија, према различитим спецификацијама батерије, може се грубо поделити на намотавање, кућиште, заваривање и друге процесе. У завршној фази убризгавања течности укључују се различити процеси као што су убризгавање течности, издувавање, заптивање, претходно пуњење, формирање и старење. Процес израде мотка је основни садржај целокупне производње литијумских батерија, што је повезано са квалитетом електрохемијских перформанси батерије, а квалитет каше је посебно важан.

1. Основна теорија гнојнице

Каша од литијум-јонских батерија је врста течности. Генерално, течности се могу поделити на њутновске и не-њутновске. Међу њима, не-њутновске течности могу се поделити на набрекајуће пластичне течности, временски зависне не-њутновске течности, псеудопластичне течности и бингамске пластичне течности. Њутнов флуид је флуид ниске вискозности који се изузетно лако деформише након напрезања, а посмични напор пропорционалан је брзини деформације. Флуид чији посмични напон у било којој тачки има линеарни однос функције са брзином смицања деформације Многе течности у природи су њутновске течности. Већина чистих течности попут воде и алкохола, лаких уља, раствора једињења са ниским молекуларним саставом и гасова који теку брзином, све су то њутновске течности.

Нењутновске течности се односе на течности које не задовољавају Њутнове експерименталне законе вискозности, односно течности чији смичући напон и брзина смичућег напрезања нису линеарни. Нењутновске течности су широко присутне у животу, производњи и природи. Концентровани раствори и суспензије високо молекуларних полимера углавном нису њутновске течности. Већина биолошких течности припада тренутно њутновским течностима. Течности људског тела као што су крв, лимфа, течност цисте и ГГ, полутекуће ГГ; попут цитоплазме су све не-њутновске течности.

Каша електроде састоји се од различитих сировина различитих специфичних тежина и различитих величина честица, и меша се и распршује у чврстој-течној фази. Настала суспензија је не-њутновска течност. Каша литијумске батерије може се поделити на две врсте: суспензија позитивне електроде и суспензија негативне електроде. Због различитих система гнојнице (масних и на бази воде), њихова својства ће се веома разликовати. Међутим, процена својстава каше није ништа друго до следећи параметри:

1. Вискозност каше

Вискозност је мера вискозности течности и израз силе протока течности на њеном феномену унутрашњег трења. Када течност тече, својство унутрашњег трења између њених молекула назива се вискозитет течности. Вискозност се изражава вискозитетом, који се користи за карактеризацију фактора отпора у вези са својствима течности. Вискозност се дели на динамичку и условну вискозност.

Вискозност се дефинише као пар паралелних плоча са површином А и растојањем др. Плоче су напуњене одређеном течношћу. Сада је сила потиска Ф примењена на горњу плочу да би се постигла промена брзине ду. Будући да вискозност течности преноси овај слој силе по слоју, сваки слој течности се такође креће у складу са тим, формирајући градијент брзине ду / др, назван брзина смицања, који је представљен са р ГГ # 39 ;. Ф / А назива се посмичним напоном и представљен је са τ. Веза између брзине смицања и напрезања посмика је сљедећа:

(Ф / А)=η (ду / др)

Њутнова течност је у складу са формулом Невтон ГГ # 39; Вискозност је повезана само са температуром и нема никакве везе са брзином смицања. τ је пропорционалан Д.

Нењутновске течности нису у складу са Њутновом формулом τ / Д=ф (Д), а ηа представља вискозност под одређеним (τ / Д), што се назива привидна вискозност. Поред температуре, вискозност не-њутновских течности такође је повезана са брзином смицања, временом и променама у танком или задебљању смицања.

2. Својства гнојнице

Каша је не-њутновска течност, течно-течна мешана течност. Да би се удовољило захтевима наредног поступка наношења премаза, каша треба да има следеће три карактеристике:

① добра ликвидност. Течност се може уочити мешањем каше да би се природно повукла. Добар континуитет, континуирани са прекидима, показује добру ликвидност. Течност је повезана са садржајем чврсте супстанце и вискозношћу каше,

②Нивеллинг. Изравнавање каше утиче на равност и уједначеност премаза.

③ Реологија. Реологија се односи на карактеристике деформације суспензије у току, а њен квалитет утиче на квалитет стуба.

3. Основа дисперзије гнојнице

У производњи електрода за литијум-јонске батерије, суспензија позитивних електрода састоји се од везива, проводног средства и материјала позитивних електрода; суспензија негативне електроде се састоји од везива, графитног угљеног праха итд. Припрема позитивне и негативне суспензије укључује низ технолошких процеса као што су међусобно мешање, растварање и дисперзија течности и течности, течних и чврстих материјала, и овај процес је праћен променама температуре, вискозности и околине. Процес мешања и дисперговања каше литијум-јонске батерије може се поделити на поступак макро-мешања и процес микро-дисперзије. Ова два процеса ће увек бити праћена целокупним поступком припреме каше литијум-јонске батерије. Припрема гнојнице обично пролази кроз следеће фазе:

① Мешајте суви прах. Честице су у међусобном контакту у облику тачака, тачака и тачака,

Стаге Фаза гњечења полусувог блата. У овој фази, након што се суви прах равномерно помеша, додаје се везивна течност или растварач, а сировина се навлажи и замути. Након јаког мешања миксера, материјал се стриже и трење механичком силом, а између честица ће доћи до унутрашњег трења. Под различитим силама, честице сировине имају тенденцију да буду веома распршене. Ова фаза има пресудан утицај на величину честица и вискозност готове каше.

Стаге Фаза разблаживања и дисперзије. Након завршетка гнетења, растварач се полако додаје да би се прилагодио вискозитет каше и садржај чврсте супстанце. У овој фази дисперзија и поновно окупљање коегзистирају и коначно постижу стабилност. У овој фази на дисперзију материјала углавном утичу механичка сила, отпор трења између праха и течности, сила смицања при дисперзији велике брзине и сила интеракције између каше и зида контејнера.

2. Анализа параметара који утичу на својства гнојнице

Каша након мешања треба да има добру стабилност, што је важан показатељ да би се осигурала доследност батерије у процесу производње батерија. Како се мешање суспензије завршава и мешање престаје, суспензија ће се таложити, флокулирати и спајати, што ће резултирати великим честицама, што ће имати већи утицај на накнадно наношење премаза и друге процесе. Главни параметри који карактеришу стабилност каше су флуидност, вискозност, садржај чврсте супстанце, густина и тако даље.

1. Вискозност каше

Каша електроде треба да има стабилну и одговарајућу вискозност, која има витални утицај на поступак превлачења електрода. Ако је вискозност превисока или прениска, није погодна за облагање стуба. Талог високе вискозности није лако таложити и дисперзност ће бити боља, али превисока вискозност није погодна за ефекат изравнавања и превлаке; вискозност је прениска Такође није добра. Иако каша има добру флуидност када је вискозност ниска, тешко се суши, што смањује ефикасност сушења премаза, а јављају се проблеми као што су пуцање премаза, накупљање честица суспензије и лоша конзистенција површинске густине.

Проблем који се често јавља у нашем производном процесу је тај што се мења вискозност, а ГГ „мења ГГ“; овде се могу поделити на тренутне промене и статичке промене. Тренутна промена односи се на драстичну промену у средини поступка испитивања вискозности, а статичка промена односи се на промену вискозности каше након одређеног временског периода. Промена вискозности је висока или ниска, или понекад висока, а понекад ниска. Уопштено говорећи, фактори који утичу на вискозност каше углавном укључују брзину мешања каше, контролу времена, редослед дозирања, температуру и влажност околине итд. Много је фактора, како то анализирати и решити када наиђемо на вискозност Промене? Везиво у основи утиче на вискозност каше. Претпоставимо, ако нема лепка ПВДФ / ЦМЦ / СБР (као што је приказано на сликама 2 и 3), или лепило не комбинује активно активне материјале, да ли ће чврсти активни материјали и проводно средство формирати нењутновску течност са једноличним премаз? ? неће! Због тога, да бисмо анализирали и решили разлоге за промену вискозности гнојнице, морамо поћи од природе везива и степена дисперзије гнојнице.

Слика 2. Структура молекуларног распореда ПВДФ

Слика 3. ЦМЦ молекуларна структура

(1) Повећана вискозност

Различити системи гнојнице имају различите промене вискозности. Тренутни главни систем суспензије је суспензија позитивних електрода ПВДФ / НМП уљни систем, а суспензија негативних електрода је водени систем графит / ЦМЦ / СБР.

① Вискозност суспензије позитивне електроде се повећава након што је неко време остављено. Један од разлога (краткотрајно складиштење) је тај што је брзина мешања каше пребрза и везиво није потпуно растворено. После одређеног времена, ПВДФ прах се потпуно раствара и вискозност се повећава. Уопштено говорећи, ПВДФ-у требају најмање 3 сата да се потпуно отопи, без обзира колико брза брзина мешања не може променити овај фактор утицаја, такозвани ГГ „брзоплет није брз ГГ“. Други разлог (дуготрајно складиштење) је тај што колоид прелази из стања раствора у стање гела када гнојница стоји. Ако се хомогенизује при малој брзини, његова вискозност се може вратити. Трећи разлог је тај што се између колоида, живе супстанце и честица проводљивог агенса формира посебна структура. Ово стање је неповратно и не може се повратити након што се повећа вискозност гнојнице.

ИнцреасесВискозност суспензије негативне електроде се повећава. Повећање вискозности суспензије негативне електроде углавном је узроковано уништавањем молекуларне структуре везива. Вискозност каше се повећава након прекида и оксидације молекуларног ланца. Ако је материјал превише распршен, величина честица ће се знатно смањити, што ће такође повећати вискозност каше.

(2) Смањена вискозност

① Вискозност суспензије позитивне електроде се смањује. Један од разлога је што су се својства адхезивног колоида променила. Много је разлога за промене, као што су јака сила смицања током процеса преноса гнојнице, квалитативне промене услед упијања влаге везивом, структурне промене током процеса мешања и саморазградња. Други разлог је тај што неравномерно мешање и распршивање доводи до таложења чврсте материје у гнојници на великом простору. Трећи разлог је тај што је лепак подвргнут јаким снагама смицања и трења од опреме и живих материјала током процеса мешања, а његова својства се мењају под условима високе температуре, што резултира смањењем вискозности.

②Вискозност суспензије негативне електроде се смањује. Један од разлога је што ЦМЦ садржи нечистоће. Већина нечистоћа у ЦМЦ су слабо растворљиве полимерне смоле. Када се ЦМЦ меша са калцијумом, магнезијумом итд., Његова вискозност ће се смањити. Други разлог је тај што је ЦМЦ натријум хидроксиметил целулоза, која је углавном комбинација Ц / О. Веза је врло слаба и лако се оштећује силом смицања. Када је брзина мешања пребрза или време предуго, структура ЦМЦ може бити уништена. ЦМЦ игра улогу у згушњавању и стабилизацији суспензије негативне електроде, а истовремено игра важну улогу у дисперзији сировина. Једном када се оштети његова структура, неизбежно ће се талог таложити и смањити вискозност. Трећи разлог је уништавање СБР лепка. У стварној производњи ЦМЦ и СБР се обично бирају за заједнички рад, а улоге њих двојице су различите. СБР углавном делује као везивно средство, али је склон демулгацији под дуготрајним мешањем, што резултира неуспехом кохезије и смањењем вискозности гнојнице.

(3) Посебне околности (облик желеа је висок, а понекад низак)

Током припреме суспензије позитивне електроде, понекад каша постаје ГГ "желе ГГ". Два су главна разлога за ову ситуацију: Прво, влага. Узмите у обзир да ће упијање влаге живог материјала, лоша контрола влаге током процеса мешања и висока влажност сировине након што сировина упије влагу или окружење за мешање проузроковати да ПВДФ упије влагу и постане желе. Друго, пХ вредност каше или материјала. Што је већа пХ вредност, то је строжа контрола влаге, посебно мешање материјала са високим садржајем никла као што су НЦА и НЦМ811.

Вискозност каше флуктуира високо и ниско. Један од разлога може бити тај што густа смеша није потпуно стабилизована током процеса испитивања, а на вискозност каше у великој мери утиче температура. Нарочито након распршивања великом брзином, унутрашња температура суспензије има одређени градијент температуре, а различите вискозности узорака нису исте. Други разлог је тај што је дисперзија суспензије слаба, активни материјал, везиво и проводно средство нису добро распршени, суспензија нема добру флуидност, а вискозност природне суспензије флуктуира високо и мало.

2. Величина гнојнице

Након мешања потребно је измерити величину честица. Метода мерења величине честица обично усваја методу стругања. Величина честица је важан параметар који карактерише квалитет гнојнице. Величина честица има важан утицај на поступак превлачења, поступак ваљања и перформансе батерије. Теоретски, што је мања величина честица суспензије, то боље. Када је величина честица превелика, то ће утицати на стабилност каше, што ће довести до таложења и слабе конзистенције каше. У процесу екструдирања премаза доћи ће до блокаде материјала, издубљења након сушења стуба, што узрокује квалитет стуба. У следећем процесу ваљања, неуједначена сила на лошем премазу може лако проузроковати пуцање стуба и локалне микропукотине, што наноси велику штету перформансама циклуса, брзини и сигурносним перформансама батерије.

Главни материјали као што су позитивни и негативни активни материјали, лепкови, проводна средства итд. Имају различите величине честица и различиту густину, а током процеса мешања јављаће се различити контактни методи као што су мешање, цеђење, трење и накупљање. У фазама сировина које се постепено мешају, влаже растварачима, ломе се велики комади материјала и постепено се стабилизују, доћи ће до неравномерног мешања материјала, слабог растварања лепка, јаке накупине финих честица и појаве лепљивих својстава. Промене, итд., Довешће до стварања великих честица.

Када схватимо узрок честица, морамо да препишемо прави лек за решавање ових проблема. Што се тиче мешања сувог праха у материјале, лично сматрам да брзина мешалице има мало утицаја на степен мешања сувог праха, али њима двоје треба довољно времена да обезбеде мешање сувог праха. Сада неки произвођачи бирају прашкасте лепкове, а неки лепкове растворене у течности. Два различита лепка одређују разлику у процесу. Употреба лепкова у праху траје дуже да би се растворила, у супротном ће се у каснијој фази појавити оток, одскок, промена вискозности итд. Агломерација између финих честица је неизбежна, али морамо осигурати да постоји довољно трења између материјала да поспеши истискивање и дробљење накупљених честица, што је погодно за мешање. То захтева да у различитим фазама контролишемо чврсти садржај каше. Премали садржај чврсте супстанце утицаће на трење и дисперзију између честица.

3. Садржај чврсте супстанце у густини

Садржај чврсте супстанце у гнојници је уско повезан са стабилношћу гнојнице. Са истим поступком и формулом, што је већи садржај чврсте масе у гнојници, то је већа вискозност и обрнуто. Унутар одређеног опсега, што је већа вискозност, то је већа стабилност каше. Када дизајнирамо батерије, обично мењамо дебљину језгра са капацитета батерије на дизајн стуба. Тада се дизајн стуба односи само на параметре као што су површинска густина, густина активног материјала и дебљина. Параметре мотке прилагођавају машина за наношење премаза и ваљкаста преса, а чврсти садржај каше нема директни утицај на њу. Дакле, да ли је чврсти садржај каше небитан?

(1) Садржај чврстих састојака има одређени ефекат на побољшање ефикасности мешања и ефикасности облагања. Што је већи садржај чврсте супстанце, краће је време мешања каше, што се мање троши растварача, већа је ефикасност сушења премаза и уштеда времена.

(2) Садржај чврстих састојака има одређене захтеве за опрему. Каша са високим садржајем чврсте супстанце има већи губитак опреме, јер што је већи садржај чврсте супстанце, то је опрема озбиљнија.

(3) Каша са високим садржајем чврсте супстанце има већу стабилност. Неки резултати испитивања стабилности каше показују (као што је приказано на доњој слици) да је ТСИ (индекс нестабилности) 1,05 конвенционалног мешања већи од вредности ТСИ од 0,75 у процесу мешања са високом вискозношћу, тако да стабилност каше добијена високим -процес мешања вискозности је бољи од уобичајеног поступка мешања. Међутим, каша са високим садржајем чврсте супстанце такође ће утицати на њену флуидност, што је веома изазовно за опрему и техничаре поступка наношења премаза.

(4) Каша са високим садржајем чврсте супстанце може смањити дебљину између премаза и смањити унутрашњи отпор батерије.

4. Густина пасте

Густина суспензије је важан параметар за конзистентност реакционе суспензије, а ефекат дисперзије суспензије може се потврдити испитивањем густине суспензије на различитим положајима. Овде нећу улазити у детаље, а кроз горњи сажетак верујем да свако може припремити добру суспензију електрода.