Na pierwszych liniach produkcyjnych związanych z mieszaniem, powlekaniem i późniejszym montażem szlamu z baterii litowych sedymentacja szlamu, żelowanie (konsystencja-galaretowata) i blokady głowicy powlekającej to trzy uporczywe „dolegliwości”, które nękają inżynierów zajmujących się procesami. Problemy te mogą dodatkowo wywołać reakcje łańcuchowe, takie jak pękanie elektrody, rozwarstwianie folii i deformacja akumulatora. Takie niestabilności nie tylko prowadzą do złej konsystencji elektrody, ale także bezpośrednio obniżają wydajność i wydajność produkcji.
Często mamy tendencję do dostosowywania procesu mieszania lub zawartości substancji stałych, pomijając kluczową rolę drobnego, ale kluczowego składnika receptury – spoiwa. Ten artykuł zacznie się od mikro-mechanizmów spoiw, odkryje złożoność warstwa po warstwie i zapewni kompleksowe-przewodnik dotyczący rozwiązywania problemów i rozwiązywania wyżej wymienionych problemów.
I. Jak zaradzić sedymentacji gnojowicy?
Powoduje:
(1) Wybrany typ CMC jest nieodpowiedni. Stopień podstawienia (DS) i masa cząsteczkowa CMC mogą wpływać na stabilność zawiesiny. Na przykład CMC o niskim DS ma słabą hydrofilowość, ale dobrą zwilżalność jak na grafit; jednakże oferuje słabą zdolność zawieszania gnojowicy.
(2) Niewystarczające użycie CMC, nieskuteczne zawieszanie składników zawiesiny.
(3) Zbyt dużo CMC uczestniczącego w procesie ugniatania, co prowadzi do niewystarczającej ilości wolnego CMC dostępnego pomiędzy cząstkami do tworzenia zawiesiny, co często skutkuje słabą stabilnością zawiesiny.
(4) Duże mechaniczne siły ścinające lub wahania pH szlamu mogą powodować demulgację SBR, prowadząc do sedymentacji szlamu.
Rozwiązania:
(1) Zmień lub zmieszaj z CMC o wysokiej DS i dużej masie cząsteczkowej. Na przykład zastosowanie kombinacji WSC (niska masa cząsteczkowa, niski DS, dobra zwilżalność grafitu, słaba zawiesina) i CMC2200 w recepturach produkcji masowej może znacząco poprawić stabilność zawiesiny.
(2) Zwiększanie dawki CMC jest jednym z najskuteczniejszych sposobów zwiększenia stabilności szlamu, należy jednak znaleźć równowagę, biorąc pod uwagę możliwości procesu i wydajność akumulatora w niskich-temperaturach.
(3) Zmniejszenie ilości CMC potrzebnej do ugniatania i zwiększenie zawartości wolnego CMC może w pewnym stopniu poprawić stabilność zawiesiny.
(4) Po dodaniu SBR do układu zawiesiny zmniejszyć prędkość mieszania mieszalnika planetarnego, aby zapobiec deemulgowaniu.
II. Zablokowanie filtra podczas filtracji – co robić?
Powoduje:
(1) Słabe zwilżenie materiałów aktywnych, prowadzące do niewystarczającej dyspersji.
(2) Demulgacja SBR powodująca awarię filtracji.
Rozwiązania:
(1) Zastosuj proces ugniatania, aby poprawić dyspersję.
(2) Po dodaniu SBR do układu zawiesiny zmniejszyć prędkość mieszania, aby zapobiec deemulgowaniu.
III. Jak postępować z żelowaniem zawiesiny?
Powoduje:Żelowanie dzieli się głównie na dwie kategorie: żel fizyczny i żel chemiczny.
(1) Żel fizyczny: powodowany przez aktywny materiał katody, przewodzącą sadzę (SP) lub rozpuszczalnik NMP pochłaniający wilgoć lub nadmierną wilgotność otoczenia. Cząsteczki otoczone są łańcuchami polimerowymi PVDF. Gdy zawartość wody przekracza limit, ruch łańcucha jest utrudniony, co prowadzi do-splątania łańcuchów, zmniejszenia płynności zawiesiny i żelowania.
(2) Żel chemiczny: Może wystąpić podczas przetwarzania lub przechowywania materiałów aktywnych o wysokiej-niklu lub o wysokiej{2}}zasadowości. W środowisku o wysokim pH utworzonym przez pozostałości zasadowe szkielet polimeru PVDF łatwo ulega dehydrofluorowaniu (utracie HF), tworząc wiązania podwójne. Istniejąca woda lub aminy w rozpuszczalniku mogą następnie zaatakować te podwójne wiązania, powodując-wiązania krzyżowe. To poważnie zmniejsza wydajność produkcyjną i pogarsza wydajność baterii. Generalnie żelowanie pogarsza się wraz ze wzrostem zasadowości substancji czynnej.
Rozwiązania:
(1) Żel fizyczny: Kontrola poprzez ścisłe kontrolowanie wilgoci w surowcach i środowisku oraz stosowanie odpowiednich prędkości mieszania podczas przechowywania zawiesiny.
(2) Żel chemiczny: można złagodzić za pomocą następujących metod:
* Wysuszyć materiały aktywne i węgiel przewodzący przed dyspersją w celu usunięcia zaadsorbowanej wody; użyj NMP o wyższej czystości.
* Ściśle kontroluj wilgotność otoczenia podczas procesu mieszania.
* Pozyskuj materiały NCM o zmniejszonej powierzchni wolnego Li w celu obniżenia zasadowości.
* Opracuj anty-żelowy PVDF. Strategia rozwoju obejmuje szczepienie innych jednostek monomeru (np. eteru winylowego, heksafluoropropylenu, tetrafluoroetylenu) w celu zastąpienia H/F w jednostce -CH2-CF2-, hamując ciągłą utratę HF i redukując miejsca sieciowania.
* Opracuj spoiwa katodowe inne niż-PVDF. Ponieważ powyższe metody nie mogą całkowicie zahamować odwodorofluorowania PVDF, istnieje ryzyko w przypadku stosowania silnie alkalicznych katod (wysoko-niklu, NCA) lub dodatków funkcjonalnych (alkaliczny Li2CO3). Opracowanie alternatywnych spoiw ma na celu dokładne rozwiązanie tego problemu.
Poznaj nasze zaawansowane materiały akumulatorowe, w tym specjalistyczne spoiwa.
IV. Zły wygląd elektrody powlekanej (pękanie)
Powoduje:
(1) Samo spoiwo ma wysoką temperaturę zeszklenia (Tg), co powoduje, że temperatura-tworzenia jego powłoki przekracza temperaturę powlekania. Trudne tworzenie się filmu prowadzi do pękania elektrody.
(2) W przypadku spoiw na bazie wody-silny skurcz podczas utraty wody podczas utwardzania może spowodować ogólne pękanie elektrody, np. w wodnych układach PAA.
Przykład: Polimery kwasu poliakrylowego są sztywne i mają słabą elastyczność. Podczas produkcji elektrod może wystąpić-zwijanie się i pękanie na dużej powierzchni, co prowadzi do bardzo niskiej wydajności produkcji powłoki i uzwojenia.
Elektroda PAA wykazująca zwijanie się i pękanie podczas obróbki
Rozwiązania:
(1) Jeśli zły wygląd powłoki wynika z wysokiej temperatury-tworzenia powłoki spoiwa, należy zastosować spoiwo o niższej temperaturze-tworzenia powłoki.
(2) W przypadku wodnych układów PAA dodanie EC jako plastyfikatora znacząco pomaga poprawić pękanie elektrod.
Test trzpienia wykazujący lepszą elastyczność elektrody
V. Słaby wygląd elektrody powlekanej (pęcherzyki)
Powoduje:
(1) Nierozpuszczalne włókna w CMC mogą powodować powstawanie ziarnistych pęcherzyków podczas powlekania.
(2) Nadmiar emulgatora w SBR. Emulgatory działają jak środki powierzchniowo czynne, stabilizując napięcie powierzchniowe pęcherzyków i zapobiegając ich usuwaniu.
Pianka stabilizująca emulgator
Rozwiązania:
(1) Stosuj CMC o niskiej zawartości substancji nierozpuszczalnych, np. zastępując CMC2200 MAC500 w niektórych formułach produkcji pojazdów elektrycznych.
(2) Zmniejszyć ilość emulgatora w używanym SBR.
VI. Gazowanie akumulatora w wysokiej temperaturze?
Przyczyna:Kiedy cząsteczki polimeru zawierają wiele polarnych grup funkcyjnych, mają tendencję do pochłaniania wilgoci. Wilgoć ta może reagować z jonami litu podczas-przechowywania w wysokiej temperaturze, wytwarzając wodór.
Rozwiązanie:Kontroluj zawartość wilgoci w ogniwie i/lub stosuj procesy tworzenia-wysokiej-temperatury i wysokiego-stanu-ładunku (SOC).
Przykład:Komórki, w których zastosowano spoiwo SD-3, wykazywały znaczny pęcznienie w wyniku gazowania podczas przechowywania w temperaturze 85 stopni. Kontrolując wilgotność komórek poniżej 100 ppm i stosując proces tworzenia wysokiego SOC, znacznie poprawiono problem przechowywania w wysokiej temperaturze.
VII. Szybki spadek wydajności w-cyklach wysokotemperaturowych?
Powoduje:
(1) Nadmierne pęcznienie spoiwa w wysokiej temperaturze, zakłócające ciągłą sieć przewodzącą pomiędzy cząstkami.
(2) Słaba stabilność spoiwa w wysokiej temperaturze, prowadząca do rozpuszczenia lub reakcji chemicznej z Li.
(3) Po wystawieniu-elektrolitu na działanie wysokiej temperatury wytrzymałość spoiwa spada, przez co nie zapobiega skutecznie proszkowaniu materiału aktywnego podczas cyklu.
Rozwiązania:
(1) Wybierz lub zmieszaj spoiwa o wyższej Tg, odpowiednio zmniejszając ich powinowactwo z elektrolitem, aby zminimalizować-uszkodzenia spowodowane pęcznieniem w wysokiej temperaturze.
(2) W przypadku materiałów na anody krzemowe charakteryzujące się dużą rozszerzalnością cykliczną należy stosować spoiwa o wysokim-module, takie jak typy PA/PI/PAI, aby skutecznie tłumić lub ograniczać pękanie i proszkowanie cząstek krzemu podczas cykli.
VIII. Bateria podatna na odkształcenia?
Przyczyna:Gdy spoiwo polimerowe jest zbyt sztywne, wytwarza znaczne naprężenia wewnętrzne w elektrodzie. Podczas cykli ładowania/rozładowania uwolnienie tego wewnętrznego naprężenia może spowodować skręcenie i deformację elektrody, co ostatecznie prowadzi do deformacji akumulatora.
Rozwiązanie:Dodaj plastyfikatory, aby zmniejszyć wewnętrzne naprężenia elektrody.
Przykład:Spoiwo BI-4 wykazało doskonałe właściwości kinetyczne w CE, ale spowodowało poważne odkształcenie akumulatora. Aby temu zaradzić, podczas mieszania zawiesiny wprowadzono 2% wag. dodatku EC. EC, drobnocząsteczkowy plastyfikator, całkowicie ulatnia się podczas suszenia elektrody, nie mając w ten sposób znaczącego wpływu na parametry elektryczne ogniwa, jednocześnie znacznie zmniejszając problem deformacji.
Wniosek
Chociaż spoiwa stanowią jedynie „kroplę w morzu” receptury elektrod, to one stanowią klucz do reologii zawiesiny i stabilności dyspersji. W obliczu wyzwań, takich jak sedymentacja, żelowanie, blokady i związanych z nimi problemów, takich jak pękanie elektrod i-gazowanie w wysokiej temperaturze, jedno-wymiarowe dostosowania procesu często eliminują jedynie objawy, a nie pierwotną przyczynę. Tylko dogłębnie poznając strukturę molekularną spoiwa, charakterystykę rozpuszczania i interakcję z materiałami aktywnymi, możemy dokładnie zidentyfikować „dolegliwość” i przepisać odpowiednie lekarstwo. Mamy nadzieję, że podejście przedstawione w tym artykule zapewni cenne odniesienia techniczne do optymalizacji systemu zawiesiny, dostosowania parametrów procesu i poprawy jakości produkcji elektrod.
O TOB NOWA ENERGIA
TOB NEW ENERGY jest wiodącym dostawcą kompleksowych rozwiązań dla przemysłu akumulatorowego oraz sektora badawczo-rozwojowego. Specjalizujemy się w dostarczaniu kompleksowych-{2}}linii do produkcji akumulatorów, linii pilotażowych i linii eksperymentalnych dostosowanych do konkretnych wymagań budżetowych i wyjściowych. Nasze usługi obejmują wszystko, od projektu i budowy obiektu po dobór sprzętu, dostawę, instalację, uruchomienie i szkolenie personelu.
Jesteśmy dumni, że oferujemy wsparcie w zakresie najnowocześniejszych-technologii akumulatorów, w tym wiedzę specjalistyczną w zakresie akumulatorów-półprzewodnikowych, akumulatorów sodowych-jonowych, akumulatorów litowo-siarkowych i technologii elektrod suchych. Nasz oddany zespół ekspertów ds. akumulatorów zapewnia wskazówki techniczne mające na celu poprawę wydajności produktu w zakresie pojemności, wydajności, żywotności i bezpieczeństwa.
Ponadto dostarczamy szeroką gamę dostosowanego do indywidualnych potrzeb sprzętu na wszystkich etapach, od laboratorium, przez pilotaż, po produkcję masową, wraz z kompleksowym portfolio zaawansowanych materiałów akumulatorowych wspierających wysiłki badawczo-rozwojowe. Zaufaj firmie TOB NEW ENERGY w zakresie wszystkich swoich potrzeb związanych z produkcją akumulatorów oraz badaniami i rozwojem.
Skontaktuj się z nami już dziśaby omówić, w jaki sposób możemy wzmocnić Twoją innowację.
