Litiumparistolietteen sekoittamisen, pinnoittamisen ja myöhemmän kokoonpanon tuotannon etulinjassa lietteen laskeutuminen, geeliytyminen (hyytelömäinen{0}}konsistenssi) ja pinnoituspään tukkeumat ovat kolme jatkuvaa "sairautta", jotka vaikeuttavat prosessisuunnittelijoita. Nämä ongelmat voivat edelleen laukaista ketjureaktioita, kuten elektrodien halkeilua, kalvon irtoamista ja akun muodonmuutoksia. Tällaiset epävakaudet eivät ainoastaan johda huonoon elektrodien konsistenssiin, vaan heikentävät myös suoraan tuotannon saantoa ja kapasiteettia.
Usein meillä on tapana säätää sekoitusprosessia tai kiintoainepitoisuutta unohtamatta kaavan pienemmän mutta keskeisen komponentin – sideaineen – kriittistä roolia. Tämä artikkeli alkaa sideaineiden mikro-mekanismeista, selvittää monimutkaisuudet kerros kerrokselta ja tarjoaa "yhden-" vianmääritys- ja ratkaisuoppaan edellä mainittuihin ongelmiin.
I. Kuinka käsitellä lietteen sedimentaatiota?
Syyt:
(1) Valittu CMC-tyyppi ei sovellu. CMC:n substituutioaste (DS) ja molekyylipaino voivat vaikuttaa lietteen stabiilisuuteen. Esimerkiksi CMC:llä, jolla on alhainen DS, on huono hydrofiilisyys, mutta hyvä grafiitin kostuvuus; Se tarjoaa kuitenkin heikon lietteen jousituskyvyn.
(2) Riittämätön CMC:n käyttö, joka ei pysty suspendoimaan lietteen komponentteja tehokkaasti.
(3) Liian paljon CMC:tä osallistuu vaivausprosessiin, mikä johtaa siihen, että hiukkasten välissä ei ole riittävästi vapaata CMC:tä suspensiota varten, mikä usein johtaa huonoon lietteen stabiilisuuteen.
(4) Suuret mekaaniset leikkausvoimat tai lietteen pH:n vaihtelut voivat aiheuttaa SBR:n demulsifikaatiota, mikä johtaa lietteen sedimentoitumiseen.
Ratkaisut:
(1) Vaihda CMC:hen tai sekoita siihen, jolla on korkea DS ja suuri molekyylipaino. Esimerkiksi WSC:n (pieni molekyylipaino, alhainen DS, hyvä grafiitin kostuvuus, heikko suspensio) ja CMC2200:n yhdistelmän käyttäminen massatuotannon kaavoissa voi parantaa merkittävästi lietteen stabiilisuutta.
(2) CMC-annoksen lisääminen on yksi tehokkaimmista tavoista parantaa lietteen stabiilisuutta, mutta tasapaino on löydettävä ottaen huomioon prosessikapasiteetti ja akun suorituskyky alhaisessa lämpötilassa.
(3) Vaivaamiseen osallistuvan CMC:n määrän vähentäminen ja vapaan CMC:n pitoisuuden lisääminen voi parantaa lietteen stabiilisuutta jossain määrin.
(4) Kun olet lisännyt SBR:ää lietejärjestelmään, vähennä planeettasekoittimen sekoitusnopeutta demulsifioitumisen estämiseksi.
Tutustu akkulaitteiden räätälöintipalveluihimme optimoituja lietteensekoitusprosesseja varten.
II. Suodattimen tukos suodatuksen aikana – mitä tehdä?
Syyt:
(1) Aktiivisten aineiden huono kostutus, mikä johtaa riittämättömään leviämiseen.
(2) SBR-demulgoituminen aiheuttaa suodatusvirheen.
Ratkaisut:
(1) Käytä vaivausprosessia dispersion parantamiseksi.
(2) Kun olet lisännyt SBR:ää lietejärjestelmään, vähennä sekoitusnopeutta demulsifioitumisen estämiseksi.
III. Kuinka käsitellä lietegeeliytymistä?
Syyt:Geelitys jakautuu ensisijaisesti kahteen luokkaan: fysikaalinen geeli ja kemiallinen geeli.
(1) Fysikaalinen geeli: Syynä on katodiaktiivinen materiaali, johtava noki (SP) tai kosteutta absorboiva liuotus-NMP tai liiallinen ympäristön kosteus. Hiukkasia ympäröivät PVDF-polymeeriketjut. Kun vesipitoisuus ylittää rajat, ketjun liike estyy, mikä johtaa ketjujen väliseen-kietoutumiseen, lietteen juoksevuuden vähenemiseen ja geeliytymiseen.
(2) Kemiallinen geeli: Altistunut esiintymään korkean -nikkelin tai korkean -emäksisten aktiivisten materiaalien käsittelyn tai varastoinnin aikana. Emäksisten jäännösten luomassa korkean pH:n ympäristössä PVDF-polymeerirunko käy helposti läpi dehydrofluorauksen (HF:n häviäminen), jolloin muodostuu kaksoissidoksia. Liuottimessa oleva vesi tai amiinit voivat sitten hyökätä näihin kaksoissidoksiin aiheuttaen ristisitoutumisen. Tämä heikentää huomattavasti tuotantokapasiteettia ja heikentää akun suorituskykyä. Yleensä geeliytyminen pahenee aktiivisen materiaalin lisääntyneen alkaliteetin myötä.
Ratkaisut:
(1) Fysikaalinen geeli: Hallitse tiukasti raaka-aineiden ja ympäristön kosteuden hallintaa ja käyttämällä asianmukaisia sekoitusnopeuksia lietteen varastoinnin aikana.
(2) Kemiallinen geeli: Voidaan lieventää seuraavilla menetelmillä:
* Kuivaa aktiiviset materiaalit ja johtava hiili ennen dispersiota adsorboituneen veden poistamiseksi; käytä puhtaampaa NMP:tä.
* Säädä ympäristön kosteutta tiukasti sekoitusprosessin aikana.
* Lähde NCM-materiaalit, joissa on vähennetty pintavapaa Li alentaa alkaliisuutta.
* Kehitä anti-geeli-PVDF. Kehitysstrategiaan kuuluu muiden monomeeriyksiköiden (esim. vinyylieetteri, heksafluoripropeeni, tetrafluorieteeni) oksastaminen korvaamaan H/F -CH2-CF2-yksikössä, mikä estää jatkuvaa HF-häviötä ja vähentää silloituskohtia.
* Kehitä muita kuin{0}}PVDF-katodisideaineita. Koska yllä olevat menetelmät eivät pysty täysin estämään PVDF:n dehydrofluorausta, riskit säilyvät käytettäessä erittäin alkalisia katodeja (paljon -nikkeliä, NCA) tai toiminnallisia lisäaineita (alkalinen Li2CO3). Vaihtoehtoisten sideaineiden kehittämisellä pyritään ratkaisemaan tämä ongelma perusteellisesti.
Tutustu edistyneisiin akkumateriaaleihimme, mukaan lukien erikoissideaineet.
IV. Huono päällystetyn elektrodin ulkonäkö (halkeileva)
Syyt:
(1) Itse sideaineella on korkea lasittumislämpötila (Tg), minkä vuoksi sen kalvonmuodostuslämpötila ylittää pinnoituslämpötilan. Vaikea kalvon muodostus johtaa elektrodin halkeilemiseen.
(2) Vesi{1}}pohjaisissa sideaineissa voimakas kutistuminen kovettumisen vesihäviön aikana voi aiheuttaa elektrodin yleistä halkeilua, esim. vesipitoisissa PAA-järjestelmissä.
Esimerkki: Polyakryylihappopolymeerit ovat jäykkiä ja huonosti joustavia. Elektrodien valmistuksen aikana voi esiintyä suuria-alueita käpristymään ja halkeilemaan, mikä johtaa erittäin alhaiseen tuotantosaantoon pinnoituksessa ja käämiössä.
PAA-elektrodi, joka näyttää käpristymistä ja halkeilua käsittelyn aikana
Ratkaisut:
(1) Jos pinnoitteen huono ulkonäkö johtuu sideaineen korkeasta kalvonmuodostuslämpötilasta, vaihda sideaineeseen, jonka kalvonmuodostuslämpötila on alhaisempi.
(2) Vesipitoisissa PAA-järjestelmissä EC:n lisääminen pehmittimenä auttaa merkittävästi parantamaan elektrodin halkeilua.
Karatesti osoittaa parannetun elektrodin joustavuuden
V. Huonosti päällystetyn elektrodin ulkonäkö (kuplat)
Syyt:
(1) CMC:n liukenemattomat kuidut voivat aiheuttaa rakeisia kuplia pinnoituksen aikana.
(2) Liiallinen emulgointiaine SBR:ssä. Emulgaattorit toimivat kuten pinta-aktiiviset aineet, jotka stabiloivat kuplien pintajännitystä ja estävät kuplien poistumisen.
Emulgointiaine stabiloiva vaahto
Ratkaisut:
(1) Käytä CMC:tä, jonka liukenematon pitoisuus on alhainen, esim. korvaa CMC2200 MAC500:lla joissakin sähköajoneuvojen tuotantokaavoissa.
(2) Vähennä käytetyn SBR:n emulgointiaineen määrää.
VI. Akun kaasutus korkeassa lämpötilassa?
Aiheuttaa:Kun polymeerimolekyylit sisältävät monia polaarisia funktionaalisia ryhmiä, niillä on taipumus imeä kosteutta. Tämä kosteus voi reagoida litiumionien kanssa varastoinnin aikana korkeassa-lämpötilassa ja muodostaa vetykaasua.
Ratkaisu:Säädä kennon kosteuspitoisuutta ja/tai käytä korkean-lämpötilan, korkean-tila-latauksen (SOC) muodostumisprosesseja.
Esimerkki:Solut, joissa käytettiin SD-3-sideainetta, osoittivat merkittävää turpoamista kaasuttamisen vuoksi 85 asteen varastoinnin aikana. Säätämällä solun kosteutta alle 100 ppm ja käyttämällä korkeaa SOC-muodostusprosessia korkean lämpötilan varastointiongelma parani huomattavasti.
VII. Nopea kapasiteetin häviäminen korkeassa{1}}lämpötiloissa?
Syyt:
(1) Liiallinen sideaineen turpoaminen korkeassa lämpötilassa, mikä häiritsee jatkuvaa johtavaa verkostoa hiukkasten välillä.
(2) Sideaineen huono stabiilisuus korkeassa lämpötilassa, mikä johtaa liukenemiseen tai kemialliseen reaktioon Li:n kanssa.
(3) Korkean lämpötilan elektrolyytille altistumisen jälkeen sideaineen lujuus heikkenee, eikä se pysty tehokkaasti tukahduttamaan aktiivisen materiaalin jauhamista pyöräilyn aikana.
Ratkaisut:
(1) Valitse tai sekoita sideaineita, joilla on korkeampi Tg, mikä vähentää asianmukaisesti niiden affiniteettia elektrolyyttiin minimoidaksesi korkean lämpötilan turpoamisvauriot.
(2) Pii-anodimateriaaleille, joiden kiertolaajeneminen on suuri, käytä korkean moduulin sideaineita, kuten PA/PI/PAI-tyyppejä, estämään tai vähentämään tehokkaasti piihiukkasten halkeilua ja jauhamista pyöräilyn aikana.
VIII. Onko akku alttiina muodonmuutokselle?
Aiheuttaa:Kun polymeerisideaine on liian jäykkä, se luo merkittävän sisäisen jännityksen elektrodin sisään. Lataus/purkausjaksojen aikana tämän sisäisen jännityksen vapautuminen voi aiheuttaa elektrodin vääntymistä ja muodonmuutoksia, mikä lopulta johtaa akun muodonmuutokseen.
Ratkaisu:Lisää pehmittimiä vähentääksesi elektrodin sisäistä rasitusta.
Esimerkki:BI-4 sideaine osoitti erinomaista kineettistä suorituskykyä CE: ssä, mutta aiheutti vakavia akun muodonmuutoksia. Tämän lieventämiseksi lietteen sekoittamisen aikana lisättiin 2 paino-% EC-lisäainetta. EC, pienimolekyylinen pehmitin, haihtuu kokonaan elektrodin kuivumisen aikana, joten sillä ei ole merkittävää vaikutusta solun sähköiseen suorituskykyyn, mutta se parantaa huomattavasti muodonmuutosongelmaa.
Johtopäätös
Vaikka sideaineet muodostavat vain elektrodikaavan "pisaran meressä", niillä on avain lietteen reologiaan ja dispersion stabiilisuuteen. Haasteita, kuten sedimentaatiota, geeliytymistä, tukkeumia ja niistä johtuvia ongelmia, kuten elektrodien halkeilua ja korkean lämpötilan{1}}kaasutusta, yksi-ulotteinen prosessin säätö käsittelee usein vain oireita, ei perimmäistä syytä. Vain ymmärtämällä syvästi sideaineen molekyylirakenne, liukenemisominaisuudet ja vuorovaikutus aktiivisten aineiden kanssa voimme tarkasti tunnistaa "sairauden" ja määrätä oikean lääkkeen. Toivomme, että tässä artikkelissa esitetty lähestymistapa tarjoaa arvokasta teknistä referenssiä lietejärjestelmän optimointiin, prosessiparametrien säätämiseen ja elektrodien valmistuksen laadun parantamiseen.
Tietoja TOB NEW ENERGY
TOB NEW ENERGY on johtava kokonaisratkaisujen toimittaja akkuteollisuudelle ja tuotekehityssektorille. Olemme erikoistuneet toimittamaan akun tuotantolinjoja päästä-päähän-, pilottilinjoja ja koelinjoja, jotka on räätälöity budjettiisi ja tuotantovaatimuksiisi. Palvelumme kattavat kaiken suunnittelusta ja tilojen rakentamisesta laitteiden valintaan, toimitukseen, asennukseen, käyttöönottoon ja henkilöstön koulutukseen.
Olemme ylpeitä voidessamme tarjota huippuluokan-akkuteknologian tukea, mukaan lukien asiantuntemus solid-state{1}}-akuista, natrium-ioniakuista, litium-rikkiakuista ja kuivaelektroditeknologiasta. Omistautunut akkuasiantuntijatiimimme tarjoaa teknisiä ohjeita tuotteen suorituskyvyn parantamiseksi kapasiteetin, nopeuden, käyttöiän ja turvallisuuden osalta.
Lisäksi toimitamme laajan valikoiman räätälöityjä laitteita kaikkiin vaiheisiin laboratoriosta pilottiin massatuotantoon sekä kattavan valikoiman kehittyneitä akkumateriaaleja tukemaan tutkimus- ja kehitystyötäsi. Luota TOB NEW ENERGY kaikkiin akkujen valmistus- ja tuotekehitystarpeisiisi.
Ota meihin yhteyttä jo tänäänkeskustellaksemme siitä, kuinka voimme tehostaa innovaatiotasi.
