Στην πρώτη γραμμή παραγωγής της ανάμειξης, της επικάλυψης και της επακόλουθης συναρμολόγησης ιλύος μπαταρίας λιθίου, η καθίζηση του πολτού, η ζελατινοποίηση (σύμφωνα με το ζελέ-) και τα μπλοκαρίσματα της κεφαλής επίστρωσης είναι τρεις επίμονες «ασθένειες» που προβληματίζουν τους μηχανικούς επεξεργασίας. Αυτά τα ζητήματα μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω αλυσιδωτές αντιδράσεις όπως ρωγμές ηλεκτροδίων, αποκόλληση μεμβράνης και παραμόρφωση της μπαταρίας. Τέτοιες αστάθειες όχι μόνο οδηγούν σε κακή συνοχή των ηλεκτροδίων αλλά επίσης μειώνουν άμεσα την απόδοση και την ικανότητα παραγωγής.
Συχνά, τείνουμε να προσαρμόζουμε τη διαδικασία ανάμειξης ή την περιεκτικότητα σε στερεά, παραβλέποντας τον κρίσιμο ρόλο ενός δευτερεύοντος αλλά κομβικού συστατικού στη φόρμουλα - του συνδετικού. Αυτό το άρθρο θα ξεκινήσει από τους μικρο-μηχανισμούς των συνδετικών, θα ξεδιαλύνει τις πολυπλοκότητες επίπεδο προς στρώμα και θα παρέχει έναν οδηγό αντιμετώπισης προβλημάτων και λύσεων "μίας-στάσης" για τα προαναφερθέντα προβλήματα.
I. Πώς να αντιμετωπίσετε την καθίζηση πολτού;
Αιτίες:
(1) Ο επιλεγμένος τύπος CMC δεν είναι κατάλληλος. Ο βαθμός υποκατάστασης (DS) και το μοριακό βάρος του CMC μπορούν να επηρεάσουν τη σταθερότητα του πολτού. Για παράδειγμα, το CMC με χαμηλό DS έχει χαμηλή υδροφιλικότητα αλλά καλή διαβρεξιμότητα για τον γραφίτη. Ωστόσο, προσφέρει αδύναμη ικανότητα ανάρτησης πολτού.
(2) Ανεπαρκής χρήση CMC, αποτυχία στην αποτελεσματική αναστολή των συστατικών του πολτού.
(3) Πάρα πολύ CMC που συμμετέχει στη διαδικασία ζύμωσης, οδηγεί σε ανεπαρκή ελεύθερο CMC διαθέσιμο μεταξύ των σωματιδίων για εναιώρηση, με αποτέλεσμα συχνά κακή σταθερότητα του πολτού.
(4) Οι υψηλές μηχανικές δυνάμεις διάτμησης ή οι διακυμάνσεις του pH του πολτού μπορεί να προκαλέσουν απογαλακτωματοποίηση SBR, οδηγώντας σε καθίζηση του πολτού.
Λύσεις:
(1) Εναλλαγή σε ή αναμειγνύεται με CMC που έχει υψηλό DS και μεγάλο μοριακό βάρος. Για παράδειγμα, η χρήση συνδυασμού WSC (χαμηλού μοριακού βάρους, χαμηλό DS, καλή διαβρεξιμότητα γραφίτη, αδύναμο εναιώρημα) και CMC2200 σε τύπους μαζικής παραγωγής μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη σταθερότητα του πολτού.
(2) Η αύξηση της δόσης CMC είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά μέσα για τη βελτίωση της σταθερότητας του πολτού, αλλά πρέπει να βρεθεί μια ισορροπία λαμβάνοντας υπόψη την ικανότητα της διαδικασίας και την απόδοση της μπαταρίας σε χαμηλή{{1} θερμοκρασία.
(3) Η μείωση της ποσότητας CMC που εμπλέκεται στο ζύμωμα και η αύξηση της περιεκτικότητας σε ελεύθερο CMC μπορεί να βελτιώσει τη σταθερότητα του πολτού σε κάποιο βαθμό.
(4) Αφού προσθέσετε SBR στο σύστημα πολτού, μειώστε την ταχύτητα ανάδευσης του πλανητικού αναμικτήρα για να αποτρέψετε την απογαλακτωματοποίηση.
II. Μπλοκάρισμα φίλτρου κατά τη διάρκεια του φιλτραρίσματος – Τι να κάνετε;
Αιτίες:
(1) Κακή διαβροχή των ενεργών υλικών, που οδηγεί σε ανεπαρκή διασπορά.
(2) Απογαλακτωματοποίηση SBR που προκαλεί αστοχία διήθησης.
Λύσεις:
(1) Υιοθετήστε μια διαδικασία ζύμωσης για να βελτιώσετε τη διασπορά.
(2) Αφού προσθέσετε SBR στο σύστημα πολτού, μειώστε την ταχύτητα ανάδευσης για να αποτρέψετε την απογαλακτωματοποίηση.
III. Πώς να χειριστείτε την πηκτή πολτού;
Αιτίες:Η γέληση χωρίζεται κυρίως σε δύο κατηγορίες: τη φυσική γέλη και τη χημική γέλη.
(1) Φυσικό Gel: Προκαλείται από ενεργό υλικό καθόδου, αγώγιμη αιθάλη (SP) ή NMP διαλύτη που απορροφά την υγρασία ή υπερβολική περιβαλλοντική υγρασία. Τα σωματίδια περιβάλλονται από πολυμερείς αλυσίδες PVDF. Όταν η περιεκτικότητα σε νερό υπερβαίνει τα όρια, η κίνηση της αλυσίδας εμποδίζεται, οδηγώντας σε εμπλοκή μεταξύ των αλυσίδων, μειωμένη ρευστότητα πολτού και ζελατινοποίηση.
(2) Χημικό Gel: Είναι επιρρεπές στο να εμφανίζεται κατά την επεξεργασία ή αποθήκευση ενεργών υλικών υψηλής-νικελίου ή υψηλής-αλκαλικότητας. Στο περιβάλλον υψηλού pH που δημιουργείται από βασικά υπολείμματα, η ραχοκοκαλιά του πολυμερούς PVDF υφίσταται εύκολα αφυδροφθορίωση (απώλεια HF), σχηματίζοντας διπλούς δεσμούς. Το υπάρχον νερό ή οι αμίνες στον διαλύτη μπορούν στη συνέχεια να επιτεθούν σε αυτούς τους διπλούς δεσμούς, προκαλώντας διασταυρούμενη-σύνδεση. Αυτό μειώνει σημαντικά την παραγωγική ικανότητα και επιδεινώνει την απόδοση της μπαταρίας. Γενικά, η ζελατινοποίηση επιδεινώνεται με την αυξημένη αλκαλικότητα του δραστικού υλικού.
Λύσεις:
(1) Φυσικό Gel: Έλεγχος με αυστηρή διαχείριση της υγρασίας στις πρώτες ύλες και στο περιβάλλον και χρησιμοποιώντας κατάλληλες ταχύτητες ανάδευσης κατά την αποθήκευση του πολτού.
(2) Χημικό Gel: Μπορεί να μετριαστεί με τις ακόλουθες μεθόδους:
* Ξηρά ενεργά υλικά και αγώγιμο άνθρακα πριν από τη διασπορά για την απομάκρυνση του προσροφημένου νερού. χρησιμοποιήστε NMP υψηλότερης καθαρότητας.
* Ελέγξτε αυστηρά την υγρασία του περιβάλλοντος κατά τη διαδικασία ανάμειξης.
* Προέλευση υλικών NCM με μειωμένη επιφάνεια χωρίς Li για χαμηλότερη αλκαλικότητα.
* Αναπτύξτε Anti-gel PVDF. Η στρατηγική ανάπτυξης περιλαμβάνει τον εμβολιασμό άλλων μονομερών μονάδων (π.χ. βινυλαιθέρα, εξαφθοροπροπυλένιο, τετραφθοροαιθυλένιο) για να αντικαταστήσει το H/F στη μονάδα -CH2-CF2-, αναστέλλοντας τη συνεχή απώλεια HF και μειώνοντας τις θέσεις διασταύρωσης.
* Αναπτύξτε συνδετικά καθόδου χωρίς-PVDF. Δεδομένου ότι οι παραπάνω μέθοδοι δεν μπορούν να αναστείλουν πλήρως την αφυδροφθορίωση PVDF, εξακολουθούν να υπάρχουν κίνδυνοι όταν χρησιμοποιούνται καθόδους υψηλής αλκαλικότητας (υψηλή-νικέλιο, NCA) ή λειτουργικά πρόσθετα (αλκαλικό Li2CO3). Η ανάπτυξη εναλλακτικών συνδετικών υλικών στοχεύει στη διεξοδική επίλυση αυτού του ζητήματος.
Μάθετε για τα προηγμένα υλικά μπαταριών μας, συμπεριλαμβανομένων των εξειδικευμένων συνδετικών.
IV. Εμφάνιση κακής επικάλυψης ηλεκτροδίων (ρωγμές)
Αιτίες:
(1) Το ίδιο το συνδετικό έχει υψηλή θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου (Tg), με αποτέλεσμα η θερμοκρασία σχηματισμού του φιλμ-να υπερβαίνει τη θερμοκρασία επίστρωσης. Ο δύσκολος σχηματισμός μεμβράνης οδηγεί σε ρωγμές του ηλεκτροδίου.
(2) Στα συνδετικά με βάση το νερό-, η σοβαρή συρρίκνωση κατά τη διάρκεια της απώλειας νερού κατά τη σκλήρυνση μπορεί να προκαλέσει συνολική ρωγμή των ηλεκτροδίων, π.χ. σε υδατικά συστήματα PAA.
Παράδειγμα: Τα πολυμερή πολυακρυλικού οξέος είναι άκαμπτα με χαμηλή ευκαμψία. Κατά την κατασκευή του ηλεκτροδίου, μπορεί να προκύψουν-κύρτωμα και ρωγμές μεγάλης επιφάνειας, γεγονός που οδηγεί σε πολύ χαμηλή απόδοση παραγωγής στην επίστρωση και την περιέλιξη.
Ηλεκτρόδιο PAA που εμφανίζει κατσάρωμα και ρωγμές κατά την επεξεργασία
Λύσεις:
(1) Εάν η κακή εμφάνιση επικάλυψης οφείλεται στην υψηλή θερμοκρασία σχηματισμού μεμβράνης-του συνδετικού, αλλάξτε σε ένα συνδετικό με χαμηλότερη θερμοκρασία σχηματισμού φιλμ-.
(2) Για υδατικά συστήματα PAA, η προσθήκη EC ως πλαστικοποιητή βοηθά σημαντικά στη βελτίωση της πυρόλυσης των ηλεκτροδίων.
Δοκιμή μανδρελίου που δείχνει βελτιωμένη ευκαμψία ηλεκτροδίων
V. Εμφάνιση ηλεκτροδίου με κακή επίστρωση (φυσαλίδες)
Αιτίες:
(1) Οι αδιάλυτες ίνες στο CMC μπορεί να προκαλέσουν κοκκώδεις φυσαλίδες κατά την επίστρωση.
(2) Υπερβολικός γαλακτωματοποιητής σε SBR. Οι γαλακτωματοποιητές δρουν σαν τασιενεργά, σταθεροποιώντας την επιφανειακή τάση των φυσαλίδων και εμποδίζοντας την αφαίρεση των φυσαλίδων.
Γαλακτωματοποιητής σταθεροποιητικός αφρός
Λύσεις:
(1) Χρησιμοποιήστε CMC με χαμηλή περιεκτικότητα σε αδιάλυτα, π.χ. αντικατάσταση του CMC2200 με MAC500 σε ορισμένες φόρμουλες παραγωγής EV.
(2) Μειώστε την ποσότητα του γαλακτωματοποιητή στο SBR που χρησιμοποιείται.
VI. Αέρια μπαταρίας σε υψηλή θερμοκρασία;
Αιτία:Όταν τα μόρια πολυμερούς περιέχουν πολλές πολικές λειτουργικές ομάδες, τείνουν να απορροφούν υγρασία. Αυτή η υγρασία μπορεί να αντιδράσει με ιόντα λιθίου κατά τη διάρκεια αποθήκευσης σε υψηλές{1} θερμοκρασίες, δημιουργώντας αέριο υδρογόνο.
Διάλυμα:Ελέγξτε την περιεκτικότητα σε υγρασία εντός της κυψέλης ή/και χρησιμοποιήστε διαδικασίες σχηματισμού υψηλής-θερμοκρασίας, υψηλής-κατάστασης-φόρτισης (SOC).
Παράδειγμα:Κύτταρα που χρησιμοποιούσαν συνδετικό SD-3 παρουσίασαν σημαντική διόγκωση λόγω αερίων κατά τη διάρκεια αποθήκευσης 85 μοιρών. Με τον έλεγχο της υγρασίας των κυττάρων κάτω από 100 ppm και τη χρήση μιας διαδικασίας σχηματισμού υψηλής SOC, το πρόβλημα αποθήκευσης σε υψηλή θερμοκρασία βελτιώθηκε σημαντικά.
VII. Γρήγορη εξασθένιση χωρητικότητας σε κυκλική-υψηλή θερμοκρασία;
Αιτίες:
(1) Υπερβολική διόγκωση συνδετικού υλικού σε υψηλή θερμοκρασία, που διακόπτει το συνεχές αγώγιμο δίκτυο μεταξύ των σωματιδίων.
(2) Κακή σταθερότητα του συνδετικού σε υψηλή θερμοκρασία, που οδηγεί σε διάλυση ή χημική αντίδραση με Li.
(3) Μετά από έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες στον ηλεκτρολύτη, η ισχύς του συνδετικού μειώνεται, αποτυγχάνοντας να καταστείλει αποτελεσματικά την κονιοποίηση του ενεργού υλικού κατά την ανακύκλωση.
Λύσεις:
(1) Επιλέξτε ή αναμείξτε συνδετικά με υψηλότερη Tg, μειώνοντας κατάλληλα τη συγγένειά τους με τον ηλεκτρολύτη για να ελαχιστοποιήσετε τη ζημιά από διόγκωση σε υψηλή{1} θερμοκρασία.
(2) Για υλικά ανόδου πυριτίου με μεγάλη κυκλική διαστολή, χρησιμοποιήστε συνδετικά υψηλού μέτρου, όπως τύπους PA/PI/PAI για να καταστείλετε ή να μειώσετε αποτελεσματικά το ράγισμα και τη κονιοποίηση των σωματιδίων του πυριτίου κατά τη διάρκεια της ανακύκλωσης.
VIII. Μπαταρία επιρρεπής σε παραμόρφωση;
Αιτία:Όταν το συνδετικό πολυμερές είναι πολύ άκαμπτο, δημιουργεί σημαντική εσωτερική πίεση μέσα στο ηλεκτρόδιο. Κατά τη διάρκεια των κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης, η απελευθέρωση αυτής της εσωτερικής τάσης μπορεί να προκαλέσει συστροφή και παραμόρφωση του ηλεκτροδίου, οδηγώντας τελικά σε παραμόρφωση της μπαταρίας.
Διάλυμα:Προσθέστε πλαστικοποιητές για να μειώσετε την εσωτερική πίεση των ηλεκτροδίων.
Παράδειγμα:Το συνδετικό BI-4 έδειξε εξαιρετική κινητική απόδοση σε CE, αλλά προκάλεσε σοβαρή παραμόρφωση της μπαταρίας. Για να μετριαστεί αυτό, εισήχθη 2 wt% πρόσθετο EC κατά την ανάμιξη του πολτού. Ο EC, ένας πλαστικοποιητής μικρού μορίου, εξατμίζεται πλήρως κατά την ξήρανση του ηλεκτροδίου, χωρίς να έχει σημαντική επίδραση στην ηλεκτρική απόδοση του κυττάρου ενώ βελτιώνει σημαντικά το ζήτημα της παραμόρφωσης.
Σύναψη
Αν και τα συνδετικά αποτελούν απλώς μια «σταγόνα στον ωκεανό» της φόρμουλας του ηλεκτροδίου, κρατούν το κλειδί για τη ρεολογία του πολτού και τη σταθερότητα της διασποράς. Αντιμετωπίζοντας προκλήσεις όπως η καθίζηση, η ζελατινοποίηση, οι μπλοκαρίσματα και τα ζητήματα των παραγώγων τους, όπως η ρωγμή των ηλεκτροδίων και η εκτόξευση αερίων σε υψηλές{1} θερμοκρασία, οι μονοδιάστατες προσαρμογές της διαδικασίας συχνά αντιμετωπίζουν μόνο τα συμπτώματα και όχι τη βασική αιτία. Μόνο με την βαθιά κατανόηση της μοριακής δομής του συνδετικού υλικού, των χαρακτηριστικών διάλυσης και της αλληλεπίδρασης με ενεργά υλικά μπορούμε να αναγνωρίσουμε με ακρίβεια την «ασθένεια» και να συνταγογραφήσουμε τη σωστή θεραπεία. Ελπίζουμε ότι η προσέγγιση που παρέχεται σε αυτό το άρθρο προσφέρει πολύτιμη τεχνική αναφορά για τη βελτιστοποίηση του συστήματος ιλύος σας, την προσαρμογή των παραμέτρων της διαδικασίας και τη βελτίωση της ποιότητας της κατασκευής ηλεκτροδίων.
Σχετικά με την TOB NEW ENERGY
Η TOB NEW ENERGY είναι ένας κορυφαίος πάροχος ολοκληρωμένων λύσεων για τη βιομηχανία μπαταριών και τους τομείς Ε&Α. Ειδικευόμαστε στην παροχή γραμμών παραγωγής μπαταριών, πιλοτικών γραμμών και πειραματικών γραμμών από άκρο σε άκρο-σε-, προσαρμοσμένες στις συγκεκριμένες απαιτήσεις προϋπολογισμού και παραγωγής σας. Οι υπηρεσίες μας περιλαμβάνουν τα πάντα, από το σχεδιασμό και την κατασκευή εγκαταστάσεων έως την επιλογή εξοπλισμού, την προμήθεια, την εγκατάσταση, τη θέση σε λειτουργία και την εκπαίδευση του προσωπικού.
Είμαστε περήφανοι που προσφέρουμε-αιχμή υποστήριξης τεχνολογίας μπαταριών, συμπεριλαμβανομένης της τεχνογνωσίας σε μπαταρίες στερεάς-κατάστασης, μπαταρίες ιόντων νατρίου-, μπαταρίες λιθίου-θείου και τεχνολογία ξηρών ηλεκτροδίων. Η αφοσιωμένη ομάδα ειδικών μπαταριών μας παρέχει τεχνική καθοδήγηση για τη βελτίωση της απόδοσης του προϊόντος σε όλη τη χωρητικότητα, τη δυνατότητα ρυθμού, τη διάρκεια ζωής του κύκλου και την ασφάλεια.
Επιπλέον, παρέχουμε ένα ευρύ φάσμα προσαρμοσμένου εξοπλισμού για όλα τα στάδια από το εργαστήριο έως το πιλοτικό έως τη μαζική παραγωγή, μαζί με ένα ολοκληρωμένο χαρτοφυλάκιο προηγμένων υλικών μπαταριών για την υποστήριξη των προσπαθειών έρευνας και ανάπτυξης σας. Εμπιστευτείτε την TOB NEW ENERGY για όλες τις ανάγκες κατασκευής μπαταριών και Ε&Α.
Επικοινωνήστε μαζί μας σήμεραγια να συζητήσουμε πώς μπορούμε να ενισχύσουμε την καινοτομία σας.
