Ličio baterijų pastos savybių ir pagrindinių veiksnių analizė

Ličio jonų baterijų gamyba yra glaudžiai susijęs su proceso etapais. Paprastai kalbant, ličio baterijų gamyba apima stulpų dalių gamybos procesą, baterijų surinkimo procesą ir galutinį skysčio įpurškimą, išankstinį įkrovimą, formavimą ir senėjimo procesą. Trijų etapų procese kiekvieną procesą galima suskirstyti į kelis pagrindinius procesus, o kiekvienas žingsnis turės didelę įtaką galutiniam akumuliatoriaus veikimui.

Stulpų detalių gamybos procese jį galima suskirstyti į penkis procesus: srutų paruošimas, srutų dengimas, stulpų valcavimas, stulpų pjovimas ir stulpų dalių džiovinimas. Baterijos surinkimo procese, atsižvelgiant į skirtingas akumuliatoriaus specifikacijas, jis gali būti apytiksliai suskirstytas į vyniojimo, korpuso, suvirinimo ir kitus procesus. Paskutiniame skysčio įpurškimo etape yra įvairūs procesai, tokie kaip skysčio įpurškimas, išmetimas, sandarinimas, išankstinis užpildymas, formavimas ir senėjimas. Stulpų detalių gamybos procesas yra pagrindinis visos ličio baterijų gamybos kiekis, susijęs su akumuliatoriaus elektrocheminių savybių kokybe, o srutų kokybė yra ypač svarbi.

1. Pagrindinė srutų teorija

Ličio jonų akumuliatoriaus elektrodo srutos yra tam tikras skystis. Paprastai skysčius galima skirstyti į Niutono ir ne Niutono skysčius. Tarp jų ne Niutono skysčius galima suskirstyti į patinančius plastikinius skysčius, nuo laiko priklausančius ne Niutono skysčius, pseudoplastinius skysčius ir Binghamo plastikinius skysčius. Niutono skystis yra mažos klampos skystis, kurį po įtempimo yra ypač lengva deformuoti, o šlyties įtempis yra proporcingas deformacijos greičiui. Skystis, kurio kirpimo įtempis bet kuriame taške turi linijinę funkcinę sąsają su šlyties deformacijos greičiu. Daugelis skysčių gamtoje yra Niutono skysčiai. Dauguma grynų skysčių, tokių kaip vanduo ir alkoholis, lengvieji aliejai, mažo molekulinio junginio tirpalai ir mažo greičio tekančios dujos, yra visi Niutono skysčiai.

Ne Niutono skysčiai reiškia skysčius, kurie netenkina eksperimentinių Niutono klampos dėsnių, tai yra skysčiai, kurių kirpimo įtempis ir kirpimo tempimo greitis nėra tiesiniai. Ne Niutono skysčiai yra plačiai paplitę gyvenime, gamyboje ir gamtoje. Koncentruoti didelių molekulių polimerų tirpalai ir suspensijos paprastai yra ne Niutono skysčiai. Dauguma biologinių skysčių priklauso šiuo metu apibrėžtiems ne Niutono skysčiams. Žmogaus kūno skysčiai, tokie kaip kraujas, limfa, cistos skystis ir GG, yra pusiau skystas GG; kaip ir citoplazma yra visi ne Niutono skysčiai.

Elektrodų srutas susideda iš įvairių žaliavų, turinčių skirtingus specifinius sunkumus ir skirtingų dalelių dydį, sumaišomos ir išsklaidomos kietojo skysčio fazėje. Susidariusios srutos yra ne Niutono skystis. Ličio baterijų srutas galima suskirstyti į dvi rūšis: teigiamo elektrodo ir neigiamo elektrodo srutas. Dėl skirtingų srutų sistemų (riebių ir vandens pagrindu) jų savybės labai skirsis. Tačiau vertinant srutų savybes yra ne kas kita, kaip šie parametrai:

1. Srutų klampa

Klampa yra skysčio klampumo matas ir skysčio srauto jėgos išraiška jo vidiniam trinties reiškiniui. Kai skystis teka, vidinės trinties savybė tarp jo molekulių vadinama skysčio klampa. Klampa išreiškiama klampa, kuri naudojama apibūdinant atsparumo faktorių, susijusį su skysčio savybėmis. Klampa skirstoma į dinaminę klampą ir sąlyginę klampą.

Klampa apibrėžiama kaip lygiagrečių plokščių pora, kurios plotas A ir atstumas dr. Plokštės užpildomos tam tikru skysčiu. Dabar viršutinei plokštelei taikoma traukos jėga F, kad būtų sukurtas greičio pokytis du. Kadangi skysčio klampa perduoda šią jėgą sluoksniu po sluoksnio, kiekvienas skysčio sluoksnis taip pat juda atitinkamai, formuodamas greičio gradientą du / dr, vadinamą šlyties greičiu, kurį žymi r'. F / A yra vadinamas kirpimo įtempiu ir jį žymi τ. Ryšys tarp šlyties greičio ir kirpimo įtempio yra toks:

(F / A)=η (du / dr)

Niutono skystis atitinka Newton' formulę. Klampa yra susijusi tik su temperatūra ir neturi nieko bendra su šlyties greičiu. τ yra proporcingas D.

Ne Niutono skysčiai neatitinka Niutono formulės τ / D=f (D), o ηa reiškia klampą pagal tam tikrą (τ / D), kuris vadinamas tariamuoju klampumu. Be temperatūros, ne Niutono skysčių klampa taip pat yra susijusi su šlyties greičiu, laiku ir šlyties plonėjimo ar šlyties sustorėjimo pokyčiais.

2. Srutų savybės

Srutos yra ne Niutono skystis, kieto skysčio mišrus skystis. Norint patenkinti vėlesnio dengimo proceso reikalavimus, srutai turi būti šios trys charakteristikos:

① Geras likvidumas. Skystumą galima stebėti maišant srutą, kad ji tekėtų natūraliai. Geras tęstinumas, nuolatinis su pertraukomis, rodo gerą likvidumą. Skystumas yra susijęs su srutų kietuoju kiekiu ir klampa,

②Lygumas. Srutų išlyginimas turi įtakos dangos lygumui ir tolygumui.

③ Reologija. Reologija nurodo srutų deformacijos charakteristikas sraute, o jos kokybė turi įtakos stiebo gabalo kokybei.

3. Srutų dispersijos pagrindas

Gaminant ličio jonų baterijų elektrodus, teigiamo elektrodo srutą sudaro rišiklis, laidus agentas ir teigiamų elektrodų medžiagos; neigiamo elektrodo srutą sudaro rišiklis, grafito anglies milteliai ir kt. Teigiamų ir neigiamų srutų paruošimas apima daugybę technologinių procesų, tokių kaip skysčių ir skysčių, skystų ir kietų medžiagų tarpusavio maišymas, tirpinimas ir dispersija, ir šis procesas. lydi temperatūros, klampos ir aplinkos pokyčiai. Ličio jonų akumuliatorių srutų maišymo ir dispersijos procesą galima suskirstyti į makro maišymo procesą ir mikrodispersinį procesą. Šiuos du procesus visada lydės visas ličio jonų akumuliatorių srutų paruošimo procesas. Srutų paruošimas paprastai eina per šiuos etapus:

① Sumaišykite sausus miltelius. Dalelės liečiasi taškų, taškų ir taškų pavidalu,

② Pusiau sausas purvo minkymo etapas. Šiame etape po to, kai sausi milteliai tolygiai sumaišomi, pridedamas rišiklio skystis arba tirpiklis, o žaliava sudrėksta ir purvina. Stipriai maišant maišytuvą, mechanine jėga medžiaga yra nupjaunama ir trinama, o tarp dalelių bus vidinė trintis. Veikiant įvairioms jėgoms, žaliavų dalelės paprastai būna labai išsklaidytos. Šis etapas turi lemiamą įtaką gatavos srutos dalelių dydžiui ir klampumui.

Skiedimo ir dispersijos stadija. Baigus minkyti, tirpiklis lėtai pridedamas, kad būtų galima sureguliuoti srutų klampumą ir kietąjį kiekį. Šiame etape dispersija ir susivienijimas egzistuoja kartu ir galiausiai pasiekia stabilumą. Šiame etape medžiagų dispersijai daugiausia įtakos turi mechaninė jėga, miltelių ir skysčio atsparumas trinčiai, didelio greičio dispersijos šlyties jėga ir srutų bei talpyklos sienelės sąveikos jėga.

2. Srutų savybes turinčių parametrų analizė

Po maišymo suspensija turi būti gero stabilumo, o tai yra svarbus rodiklis, užtikrinantis akumuliatoriaus pastovumą gaminant akumuliatorių. Kai suspensija susimaišo ir maišymas sustoja, srutos nusės, flokuliuos ir susijungs, todėl susidarys didelės dalelės, kurios turės didesnę įtaką vėlesniems dengimo procesams ir kitiems procesams. Pagrindiniai srutų stabilumą apibūdinantys parametrai yra skystumas, klampa, kietųjų medžiagų kiekis, tankis ir pan.

1. Srutų klampa

Elektrodo srutos klampumas turi būti stabilus ir tinkamas, o tai turi gyvybinę įtaką elektrodo elemento dengimo procesui. Jei klampa yra per didelė arba per maža, tai nėra palanki stiebo dalies dangai. Didelio klampumo srutas nėra lengva nusodinti, o disperguotumas bus geresnis, tačiau per didelė klampa nėra palanki išlyginamajam poveikiui ir dangai; per maža klampa Tai taip pat nėra gerai. Nors srutos skystis yra geras, kai klampa yra maža, ją sunku išdžiovinti, o tai sumažina dangos džiūvimo efektyvumą ir iškils tokių problemų kaip dangos įtrūkimai, srutų dalelių aglomeracija ir bloga paviršiaus tankio konsistencija.

Mūsų gamybos procese dažnai iškylanti problema yra ta, kad klampa keičiasi, o&keičia; keičia GG. čia galima suskirstyti į momentinius pokyčius ir statinius pokyčius. Momentiniai pokyčiai reiškia drastiškus pokyčius klampos bandymo proceso viduryje, o statiniai pokyčiai - srutų klampos pokytį po tam tikro laikotarpio. Klampos pokytis yra didelis ar mažas, arba kartais didelis, o kartais ir mažas. Apskritai, faktoriai, darantys įtaką srutų klampai, daugiausia yra srutų maišymo greitis, laiko kontrolė, partijų seka, aplinkos temperatūra ir drėgmė ir kt. Yra daugybė veiksnių, kaip turėtume jį analizuoti ir išspręsti susidūrę su klampa pokyčiai? Suspensija iš esmės turi įtakos srutų klampai. Tarkime, jei nėra klijų PVDF / CMC / SBR (kaip parodyta 2 ir 3 paveiksluose) arba klijai gerai nesuderina aktyviųjų medžiagų, ar kietosios veikliosios medžiagos ir laidžioji medžiaga sudarys ne Niutono skystį su vienodu danga? ? nedarys! Todėl norėdami išanalizuoti ir išspręsti srutų klampos pokyčio priežastis, turime pradėti nuo rišiklio pobūdžio ir srutų dispersijos laipsnio.

2 paveikslas. PVDF molekulinio išsidėstymo struktūra

3 pav. CMC molekulinė struktūra

(1) Padidėjęs klampumas

Skirtingos srutų sistemos turi skirtingus klampos pokyčius. Dabartinė pagrindinė srutų sistema yra teigiamo elektrodo srutų PVDF / NMP aliejinė sistema, o neigiamo elektrodo srovė - grafito / CMC / SBR vandeninė sistema.

① Teigiamo elektrodo srutos klampa padidėja palikus tam tikrą laiką. Viena iš priežasčių (trumpalaikis laikymas) yra tai, kad srutų maišymo greitis yra per didelis ir rišiklis nėra visiškai ištirpęs. Praėjus tam tikram laikotarpiui, PVDF milteliai visiškai ištirpsta ir padidėja klampa. Apskritai, norint visiškai ištirpti, PVDF reikia mažiausiai 3 valandų, nepaisant to, kaip greitai maišymo greitis negali pakeisti šio įtakojančio veiksnio, vadinamasis" skubotas nėra greitas" ;. Antroji priežastis (ilgalaikis saugojimas) yra ta, kad koloidas, stovėdamas vietoje, koloidas keičiasi iš solo į gelio būseną. Jei jis homogenizuojamas lėtu greičiu, jo klampa gali būti atkurta. Trečioji priežastis yra ta, kad tarp koloido, gyvosios medžiagos ir laidžiosios medžiagos dalelių susidaro speciali struktūra. Ši būsena yra negrįžtama ir padidėjus srutų klampai jos atkurti negalima.

②Padidėja neigiamo elektrodo srutų klampa. Neigiamų elektrodų srutų klampos padidėjimą daugiausia lemia rišamosios medžiagos molekulinės struktūros sunaikinimas. Suskaidžius ir oksidavus molekulinę grandinę, srutos klampa padidėja. Jei medžiaga bus per daug išsisklaidžiusi, dalelių dydis labai sumažės, o tai taip pat padidins srutų klampumą.

(2) Sumažinta klampa

① Teigiamų elektrodų srutų klampa mažėja. Viena iš priežasčių yra ta, kad pasikeitė lipniojo koloido savybės. Yra daugybė pokyčių priežasčių, tokių kaip stipri šlyties jėga srutų perdavimo procese, kokybiniai pokyčiai dėl drėgmės absorbcijos rišikliui, struktūriniai pokyčiai maišant ir savaiminis degradavimas. Antroji priežastis yra ta, kad netolygus maišymasis ir dispersija suspensijoje esančiose kietosiose medžiagose nusėda dideliame plote. Trečioji priežastis yra ta, kad maišant klijai veikiami stiprių įrangos ir gyvų medžiagų šlyties ir trinties jėgų, o jų savybės pakinta esant aukštai temperatūrai ir dėl to sumažėja klampa.

②Sumažėja neigiamų elektrodų srutų klampa. Viena iš priežasčių yra ta, kad CMC yra priemaišų. Dauguma CMC priemaišų yra blogai tirpios polimerinės dervos. Kai CMC maišosi su kalciu, magniu ir kt., Jo klampa sumažės. Antroji priežastis yra ta, kad CMC yra natrio hidroksimetilceliuliozė, kuri daugiausia yra C / O derinys. Ryšys yra labai silpnas ir lengvai pažeidžiamas kirpimo jėgos. Kai maišymo greitis yra per didelis arba laikas yra per ilgas, CMC struktūra gali būti sunaikinta. CMC vaidina vaidmenį tirštinant ir stabilizuojant neigiamo elektrodo srutas, tuo pačiu metu atliekant svarbų vaidmenį disperguojant žaliavas. Pažeista jo struktūra neišvengiamai sukels srutas ir sumažins jos klampumą. Trečioji priežastis yra SBR klijų sunaikinimas. Faktinėje gamyboje CMC ir SBR dažniausiai pasirenkamos dirbti kartu, o jų abiejų vaidmenys skiriasi. SBR daugiausia veikia kaip rišiklis, tačiau ilgai maišant jis yra linkęs demulifikuotis, todėl sutrinka ir sumažėja srutų klampa.

(3) Ypatingos aplinkybės (želė forma yra aukšta ir kartais žema)

Ruošiant teigiamo elektrodo srutas, kartais srutos tampa&„želė GG“. Yra dvi pagrindinės tokios situacijos priežastys: pirma, drėgmė. Apsvarstykite, kad gyvosios medžiagos drėgmės absorbcija, bloga drėgmės kontrolė maišymo proceso metu ir didelė žaliavos drėgmė po to, kai žaliava sugeria drėgmę arba maišymo aplinka sukels PVDF drėgmės absorbciją ir taps želė. Antra, srutų ar medžiagos pH vertė. Kuo didesnė pH vertė, tuo griežčiau kontroliuojama drėgmė, ypač maišant daug nikelio turinčias medžiagas, tokias kaip NCA ir NCM811.

Srutų klampa svyruoja aukštai ir žemai. Viena iš priežasčių gali būti ta, kad bandymo metu srutos nėra visiškai stabilizuotos, o srutų klampumą labai veikia temperatūra. Ypač po to, kai skiedžiama dideliu greičiu, vidinė srutų temperatūra turi tam tikrą temperatūros gradientą, o skirtingi mėginių klampumai nėra vienodi. Antroji priežastis yra ta, kad srutų dispersija yra menka, veiklioji medžiaga, rišiklis ir laidus agentas nėra gerai išsklaidyti, srutos skystumas nėra geras, o natūralios srutos klampa svyruoja aukštai ir mažai.

2. Srutų dydis

Sumaišius reikia išmatuoti dalelių dydį. Dalelių dydžio matavimo metodu paprastai naudojamas grandiklio metodas. Dalelių dydis yra svarbus parametras, apibūdinantis srutų kokybę. Dalelių dydis turi didelę įtaką dengimo procesui, valcavimo procesui ir akumuliatoriaus veikimui. Teoriškai kuo geriau srutos dalelių dydis, tuo geriau. Kai dalelių dydis yra per didelis, tai turės įtakos srutų stabilumui, dėl ko susikaupia ir blogai suspensijos konsistencija. Ekstruzijos dengimo procese bus užblokuota medžiaga, duobelė išdžiovinus stulpo gabalą, o tai lemia stiebo gabalo kokybę. Vėlesniame valcavimo procese dėl netolygios jėgos ant prastos dangos gali lengvai lūžti stiebo dalis ir atsirasti vietinių mikroplyšių, o tai gali pakenkti akumuliatoriaus veikimo ciklui, greičio ir saugos rodikliams.

Pagrindinės medžiagos, tokios kaip teigiamos ir neigiamos veikliosios medžiagos, klijai, laidžiosios medžiagos ir kt., Turi skirtingus dalelių dydžius ir skirtingą tankį, o maišymo metu bus naudojami įvairūs kontaktiniai metodai, tokie kaip maišymas, suspaudimas, trintis ir aglomeracija. Tais etapais, kai žaliavos yra palaipsniui maišomos, drėkinamos tirpikliais, dideli medžiagų gabalai sulaužomi ir palaipsniui stabilizuojasi, bus nevienodas medžiagų maišymasis, blogas klijų tirpimas, sunki smulkių dalelių aglomeracija ir klijų savybių atsiradimas. Pokyčiai ir kt. Paskatins didelių dalelių susidarymą.

Supratę dalelių priežastį, turime paskirti tinkamą vaistą šioms problemoms išspręsti. Kalbant apie medžiagų sausų miltelių maišymą, aš asmeniškai manau, kad maišytuvo greitis mažai įtakoja sausų miltelių maišymo laipsnį, tačiau šiems dviem reikia pakankamai laiko, kad būtų užtikrintas sausų miltelių maišymas. Dabar kai kurie gamintojai renkasi miltelinius klijus, o kiti - skystyje ištirpintus klijus. Du skirtingi klijai lemia proceso skirtumą. Naudojant miltelinius klijus, ištirpsta ilgiau, kitaip vėlesniame etape atsiras patinimas, atšokimas, klampos pokytis ir kt. Aglomeracija tarp smulkių dalelių yra neišvengiama, tačiau turime užtikrinti, kad tarp medžiagų būtų pakankamai trinties, kad būtų skatinamas aglomeruotų dalelių ekstruzija ir sutraiškymas, o tai skatina maišymą. Tam mums reikia kontroliuoti kietą srutų kiekį skirtingais etapais. Per mažas kietųjų medžiagų kiekis paveiks dalelių trintį ir dispersiją.

3. Srutų kietasis kiekis

Kietas srutų kiekis yra glaudžiai susijęs su srutų stabilumu. Taikant tą patį procesą ir formulę, kuo didesnis srutų kietųjų medžiagų kiekis, tuo didesnė klampa ir atvirkščiai. Tam tikrame diapazone, kuo didesnė klampa, tuo didesnis srutų stabilumas. Kurdami baterijas, mes paprastai pakeičiame šerdies storį nuo akumuliatoriaus talpos iki poliaus elemento konstrukcijos. Tada stiebo gabalo konstrukcija yra susijusi tik su tokiais parametrais kaip srities tankis, aktyviosios medžiagos tankis ir storis. Stulpo gabalo parametrus reguliuoja dengimo mašina ir ritininis presas, o kietas srutų kiekis tam tiesioginės įtakos neturi. Taigi, ar kietas srutų kiekis nėra svarbus?

(1) Kietųjų medžiagų kiekis turi tam tikrą poveikį gerinant maišymo efektyvumą ir dangos efektyvumą. Kuo didesnis kietųjų medžiagų kiekis, tuo trumpesnis srutų maišymo laikas, tuo mažiau sunaudojama tirpiklio, tuo didesnis dangos džiovinimo efektyvumas ir sutaupoma laiko.

(2) Kietosios medžiagos kiekiui keliami reikalavimai. Didelio kietojo kiekio srutų nuostoliai yra didesni, nes kuo didesnis kietųjų medžiagų kiekis, tuo rimtesnė įranga nusidėvi.

(3) Srutų, kuriose yra daug kietų medžiagų, stabilumas yra didesnis. Kai kurie srutų stabilumo bandymo rezultatai rodo (kaip parodyta toliau pateiktame paveikslėlyje), kad didelio klampumo maišymo procese tradicinio maišymo TSS (nestabilumo indeksas) 1,05 yra didesnis nei TSS vertė 0,75, taigi - klampumo maišymo procesas yra geresnis nei įprasto maišymo proceso. Tačiau didelio kietojo kiekio srutos taip pat paveiks jos skystumą, o tai yra labai sudėtinga dengimo proceso įrangai ir technikams.

(4) Didelio kietojo kiekio srutos gali sumažinti storį tarp dangų ir sumažinti vidinį akumuliatoriaus atsparumą.

4. Pastos tankis

Srutų tankis yra svarbus reakcijos suspensijos konsistencijos parametras, o srutos dispersijos poveikį galima patikrinti išbandant srutų tankį skirtingose ​​vietose. Čia nesigilinsiu ir, remdamasis aukščiau pateikta santrauka, manau, kad kiekvienas gali paruošti gerą elektrodo srutą.