V první linii výroby, jako je míchání kalů z lithiových baterií, potahování a následná montáž, sedimentace kalu, gelovatění (konzistence podobná rosolovi) a zablokování potahovací hlavy jsou tři přetrvávající „neduhy“, které trápí procesní inženýry. Tyto problémy mohou dále vyvolat řetězové reakce, jako je praskání elektrody, delaminace filmu a deformace baterie. Takové nestability vedou nejen ke špatné konzistenci elektrody, ale také přímo snižují výnos a kapacitu výroby.
Často máme tendenci upravovat proces míchání nebo obsah pevných látek, přičemž přehlížíme kritickou roli vedlejší, ale stěžejní složky ve složení – pojiva. Tento článek začne od mikro-mechanismů pojiv, odhaluje složitosti vrstvu po vrstvě a poskytne „jedno{2}}zastávkové“ řešení a průvodce řešením výše uvedených problémů.
I. Jak řešit sedimentaci kejdy?
příčiny:
(1) Vybraný typ CMC je nevhodný. Stupeň substituce (DS) a molekulová hmotnost CMC mohou ovlivnit stabilitu suspenze. Například CMC s nízkým DS má špatnou hydrofilitu, ale dobrou smáčitelnost pro grafit; nicméně nabízí slabou schopnost suspenze suspenze.
(2) Nedostatečné použití CMC, neschopnost účinně suspendovat složky suspenze.
(3) Příliš mnoho CMC účastnící se procesu hnětení, což vede k nedostatečnému volnému CMC dostupnému mezi částicemi pro suspendování, což často vede ke špatné stabilitě kaše.
(4) Vysoké mechanické smykové síly nebo kolísání pH kejdy mohou způsobit deemulgaci SBR, což vede k sedimentaci kejdy.
Řešení:
(1) Přepněte nebo smíchejte s CMC s vysokým DS a velkou molekulovou hmotností. Například použití kombinace WSC (nízká molekulová hmotnost, nízký DS, dobrá smáčitelnost grafitu, slabá suspenze) a CMC2200 ve vzorcích pro hromadnou výrobu může významně zlepšit stabilitu suspenze.
(2) Zvýšení dávkování CMC je jedním z nejúčinnějších prostředků ke zvýšení stability kalu, ale je třeba najít rovnováhu s ohledem na kapacitu procesu a výkon baterie při nízkých-teplotách.
(3) Snížení množství CMC zapojené do hnětení a zvýšení obsahu volného CMC může do určité míry zlepšit stabilitu suspenze.
(4) Po přidání SBR do suspenzního systému snižte rychlost míchání planetového mixéru, abyste zabránili deemulgaci.
Prozkoumejte naše služby přizpůsobení bateriového zařízení pro optimalizované procesy míchání kejdy.
II. Zablokování filtru během filtrace – co dělat?
příčiny:
(1) Špatné smáčení aktivních materiálů, což vede k nedostatečné disperzi.
(2) Deemulgace SBR způsobující selhání filtrace.
Řešení:
(1) Přijměte proces hnětení pro zlepšení disperze.
(2) Po přidání SBR do suspenzního systému snižte rychlost míchání, abyste zabránili deemulgaci.
III. Jak zacházet s gelovou kaší?
příčiny:Gelování primárně spadá do dvou kategorií: fyzikální gel a chemický gel.
(1) Fyzikální gel: Způsobeno aktivním materiálem katody, vodivými sazemi (SP) nebo rozpouštědlem NMP absorbujícím vlhkost nebo nadměrnou vlhkostí prostředí. Částice jsou obklopeny polymerními řetězci PVDF. Když obsah vody překročí limity, pohyb řetězu je znemožněn, což vede k vzájemnému zapletení{3}}řetězců, snížené tekutosti kaše a gelovatění.
(2) Chemický gel: náchylný k výskytu během zpracování nebo skladování vysoce-niklových nebo vysoce-aktivních materiálů. V prostředí s vysokým pH vytvořeným zásaditými zbytky, hlavní řetězec PVDF polymeru snadno podléhá dehydrofluoraci (ztráta HF) za vzniku dvojných vazeb. Stávající voda nebo aminy v rozpouštědle pak mohou napadnout tyto dvojné vazby a způsobit zesíťování-. To výrazně snižuje výrobní kapacitu a zhoršuje výkon baterie. Obecně se gelace zhoršuje se zvýšenou alkalitou aktivního materiálu.
Řešení:
(1) Fyzikální gel: Kontrola přísným řízením vlhkosti v surovinách a prostředí a použitím vhodných rychlostí míchání během skladování kejdy.
(2) Chemický gel: Lze zmírnit pomocí následujících metod:
* Před disperzí vysušte aktivní materiály a vodivý uhlík, abyste odstranili adsorbovanou vodu; použijte vyšší čistotu NMP.
* Během procesu míchání přísně kontrolujte vlhkost prostředí.
* Zdrojové materiály NCM se sníženým povrchovým Li pro nižší alkalitu.
* Vyvinout Anti-gel PVDF. Strategie vývoje zahrnuje roubování dalších monomerních jednotek (např. vinylether, hexafluorpropylen, tetrafluorethylen) k nahrazení H/F v jednotce -CH2-CF2-, čímž se inhibuje kontinuální ztráta HF a redukuje se místa zesíťování.
* Vyvinout ne-PVDF katodová pojiva. Vzhledem k tomu, že výše uvedené metody nemohou zcela inhibovat dehydrofluoraci PVDF, přetrvávají rizika při použití vysoce alkalických katod (vysoký -nikl, NCA) nebo funkčních přísad (alkalický Li2CO3). Vývoj alternativních pojiv má tento problém důkladně vyřešit.
Seznamte se s našimi pokročilými materiály pro baterie, včetně specializovaných pojiv.
IV. Špatný vzhled potažené elektrody (praskání)
příčiny:
(1) Pojivo samotné má vysokou teplotu skelného přechodu (Tg), což způsobuje, že jeho teplota tvorby filmu- překročí teplotu povlaku. Obtížná tvorba filmu vede k praskání elektrody.
(2) U pojiv na bázi vody- může silné smrštění během ztráty vody při vytvrzování způsobit celkové praskání elektrody, např. ve vodných systémech PAA.
Příklad: Polymery kyseliny polyakrylové jsou tuhé a mají špatnou pružnost. Během výroby elektrody může-docházet ke zkroucení a praskání velké plochy, což vede k velmi nízké výtěžnosti výroby při potahování a navíjení.
PAA elektroda ukazuje zkroucení a praskání během zpracování
Řešení:
(1) Pokud je špatný vzhled povlaku způsoben vysokou teplotou tvorby filmu- pojiva, přejděte na pojivo s nižší teplotou tvorby filmu-.
(2) U vodných systémů PAA přidání EC jako změkčovadla významně pomáhá zlepšit praskání elektrody.
Test trnu prokazující zlepšenou flexibilitu elektrody
V. Špatný vzhled potažené elektrody (bubliny)
příčiny:
(1) Nerozpustná vlákna v CMC mohou během potahování způsobit zrnité bubliny.
(2) Nadměrný emulgátor v SBR. Emulgátory působí jako povrchově aktivní látky, stabilizují povrchové napětí bublin a zabraňují jejich odstranění.
Emulgační stabilizační pěna
Řešení:
(1) Použijte CMC s nízkým obsahem nerozpustných látek, např. nahraďte CMC2200 MAC500 v některých vzorcích pro výrobu EV.
(2) Snižte množství emulgátoru v použitém SBR.
VI. Plynování baterie při vysoké teplotě?
Příčina:Když molekuly polymeru obsahují mnoho polárních funkčních skupin, mají tendenci absorbovat vlhkost. Tato vlhkost může během skladování při vysoké teplotě reagovat s ionty lithia a generovat plynný vodík.
Řešení:Kontrolujte obsah vlhkosti v buňce a/nebo použijte procesy tvorby vysoko-teploty a vysokého-stavu--náboje (SOC).
Příklad:Buňky používající pojivo SD-3 vykazovaly významné bobtnání v důsledku plynování během skladování při teplotě 85 stupňů. Řízením vlhkosti buněk pod 100 ppm a použitím procesu tvorby vysoké SOC se problém skladování při vysoké teplotě výrazně zlepšil.
VII. Rychlý pokles kapacity při vysokoteplotním-cyklování?
příčiny:
(1) Nadměrné bobtnání pojiva při vysoké teplotě, narušující souvislou vodivou síť mezi částicemi.
(2) Špatná stabilita pojiva při vysoké teplotě, vedoucí k rozpuštění nebo chemické reakci s Li.
(3) Po vystavení elektrolytu vysokým-teplotám pevnost pojiva klesá a nedokáže účinně potlačit rozmělňování aktivního materiálu během cyklování.
Řešení:
(1) Vyberte nebo přimíchejte pojiva s vyšší Tg, odpovídajícím způsobem snižte jejich afinitu k elektrolytu, aby se minimalizovalo poškození při vysoké teplotě-bobtnání.
(2) Pro materiály křemíkové anody s velkou cyklickou expanzí použijte pojiva s vysokým -modulem, jako jsou typy PA/PI/PAI, abyste účinně potlačili nebo omezili praskání křemíkových částic a pulverizaci během cyklování.
VIII. Baterie náchylná k deformaci?
Příčina:Když je polymerní pojivo příliš tuhé, vytváří v elektrodě značné vnitřní napětí. Během cyklů nabíjení/vybíjení může uvolnění tohoto vnitřního napětí způsobit kroucení a deformaci elektrody, což nakonec vede k deformaci baterie.
Řešení:Přidejte změkčovadla ke snížení vnitřního napětí elektrody.
Příklad:Pojivo BI-4 vykazovalo vynikající kinetický výkon v CE, ale způsobilo silnou deformaci baterie. Aby se to zmírnilo, bylo během míchání suspenze přidáno 2 % hmotn. EC aditiva. EC, plastifikátor s malou molekulou, se během sušení elektrody zcela vypařuje, takže nemá žádný významný dopad na elektrický výkon článku a zároveň výrazně zlepšuje problém deformace.
Závěr
Ačkoli pojiva tvoří pouze "kapku v moři" elektrodového vzorce, jsou klíčem k reologii kaše a stabilitě disperze. Jednorozměrné úpravy procesu, které čelí výzvám, jako je sedimentace, gelovatění, ucpání a jejich odvozené problémy, jako je praskání elektrod a vysokoteplotní -plynování,{2}} často řeší pouze symptomy, nikoli hlavní příčinu. Pouze hlubokým pochopením molekulární struktury pojiva, charakteristik rozpouštění a interakce s aktivními materiály můžeme přesně identifikovat „nemoc“ a předepsat správný lék. Doufáme, že přístup uvedený v tomto článku nabízí cenné technické reference pro optimalizaci vašeho kalového systému, úpravu parametrů procesu a zvýšení kvality výroby elektrod.
O společnosti TOB NEW ENERGY
TOB NEW ENERGY je předním poskytovatelem komplexních řešení pro bateriový průmysl a odvětví výzkumu a vývoje. Specializujeme se na dodávky{1}}do{2}}koncových výrobních linek baterií, pilotních linek a experimentálních linek přizpůsobených vašemu konkrétnímu rozpočtu a požadavkům na výkon. Naše služby zahrnují vše od návrhu a konstrukce zařízení až po výběr zařízení, dodávku, instalaci, uvedení do provozu a školení personálu.
Jsme hrdí na to, že nabízíme podporu špičkových-bateriových technologií, včetně odborných znalostí v oblasti pevných-baterií, sodíkových-iontových baterií, lithium-sirných baterií a technologie suchých elektrod. Náš specializovaný tým odborníků na baterie poskytuje technické pokyny ke zvýšení výkonu produktu v oblasti kapacity, rychlosti, životnosti a bezpečnosti.
Kromě toho dodáváme širokou škálu přizpůsobeného vybavení pro všechny fáze od laboratoře přes pilotní až po sériovou výrobu, spolu s komplexním portfoliem pokročilých materiálů pro baterie na podporu vašeho výzkumného a vývojového úsilí. Důvěřujte TOB NEW ENERGY pro všechny vaše potřeby v oblasti výroby baterií a výzkumu a vývoje.
Kontaktujte nás ještě dnesprodiskutovat, jak můžeme podpořit vaši inovaci.
