In prima linea nella produzione di miscelazione, rivestimento e successivo assemblaggio dei liquami delle batterie al litio, la sedimentazione dei liquami, la gelificazione (consistenza gelatinosa-) e i blocchi delle testine di rivestimento sono tre "disturbi" persistenti che disturbano gli ingegneri di processo. Questi problemi possono ulteriormente innescare reazioni a catena come la rottura degli elettrodi, la delaminazione della pellicola e la deformazione della batteria. Tali instabilità non solo portano a una scarsa consistenza degli elettrodi, ma riducono anche direttamente la resa e la capacità di produzione.
Spesso tendiamo a modificare il processo di miscelazione o il contenuto solido, trascurando il ruolo fondamentale di un componente minore ma fondamentale nella formula: il legante. Questo articolo partirà dai micro-meccanismi dei raccoglitori, ne svelerà le complessità strato per strato e fornirà una guida completa per la risoluzione dei problemi e una guida alla soluzione dei problemi sopra menzionati.
I. Come affrontare la sedimentazione dei liquami?
Cause:
(1) Il tipo di CMC selezionato non è adatto. Il grado di sostituzione (DS) e il peso molecolare della CMC possono influenzare la stabilità dell'impasto liquido. Ad esempio, la CMC con basso DS ha scarsa idrofilicità ma buona bagnabilità per la grafite; tuttavia, offre una debole capacità di sospensione dei liquami.
(2) Utilizzo insufficiente della CMC, con conseguente incapacità di sospendere efficacemente i componenti dell'impasto liquido.
(3) Troppa CMC che partecipa al processo di impasto, con conseguente insufficiente CMC libera disponibile tra le particelle per la sospensione, con conseguente scarsa stabilità dell'impasto liquido.
(4) Forze di taglio meccaniche elevate o fluttuazioni del pH del liquame possono causare la demulsificazione dell'SBR, con conseguente sedimentazione del liquame.
Soluzioni:
(1) Passare o miscelare con CMC avente DS elevato e peso molecolare elevato. Ad esempio, l'utilizzo di una combinazione di WSC (basso peso molecolare, basso DS, buona bagnabilità della grafite, sospensione debole) e CMC2200 nelle formule di produzione di massa può migliorare significativamente la stabilità dell'impasto liquido.
(2) L'aumento del dosaggio di CMC è uno dei mezzi più efficaci per migliorare la stabilità del liquame, ma è necessario trovare un equilibrio considerando la capacità del processo e le prestazioni a bassa-temperatura della batteria.
(3) Ridurre la quantità di CMC coinvolta nell'impasto e aumentare il contenuto di CMC libera può migliorare in una certa misura la stabilità dell'impasto liquido.
(4) Dopo aver aggiunto SBR al sistema di impasto liquido, ridurre la velocità di agitazione del miscelatore planetario per evitare la demulsificazione.
II. Intasamento del filtro durante la filtrazione: cosa fare?
Cause:
(1) Scarsa bagnabilità dei materiali attivi, con conseguente dispersione inadeguata.
(2) La demulsificazione dell'SBR causa un guasto della filtrazione.
Soluzioni:
(1) Adottare un processo di impasto per migliorare la dispersione.
(2) Dopo aver aggiunto SBR al sistema di impasto liquido, ridurre la velocità di agitazione per evitare la demulsificazione.
III. Come gestire la gelificazione del liquame?
Cause:La gelificazione rientra principalmente in due categorie: gel fisico e gel chimico.
(1) Gel fisico: causato da materiale attivo catodico, nerofumo conduttivo (SP) o solvente NMP che assorbe umidità o umidità ambientale eccessiva. Le particelle sono circondate da catene polimeriche PVDF. Quando il contenuto di acqua supera i limiti, il movimento della catena viene ostacolato, con conseguente intreccio tra le catene, riduzione della fluidità del liquame e gelificazione.
(2) Gel chimico: è probabile che si verifichi durante la lavorazione o lo stoccaggio di materiali attivi ad alto-nichel o ad alta-alcalinità. Nell'ambiente a pH elevato creato dai residui basici, la struttura polimerica del PVDF subisce facilmente deidrofluorurazione (perdita di HF), formando doppi legami. L'acqua o le ammine presenti nel solvente possono quindi attaccare questi doppi legami, provocando legami incrociati. Ciò riduce gravemente la capacità produttiva e deteriora le prestazioni della batteria. Generalmente la gelificazione peggiora con l'aumento dell'alcalinità del materiale attivo.
Soluzioni:
(1) Gel fisico: controllo gestendo rigorosamente l'umidità nelle materie prime e nell'ambiente e impiegando velocità di agitazione adeguate durante lo stoccaggio del liquame.
(2) Gel chimico: può essere mitigato attraverso i seguenti metodi:
* Materiali attivi asciutti e carbone conduttivo prima della dispersione per rimuovere l'acqua adsorbita; utilizzare NMP di purezza più elevata.
* Controllare rigorosamente l'umidità ambientale durante il processo di miscelazione.
* Origine materiali NCM con Li libero superficiale ridotto per ridurre l'alcalinità.
* Sviluppa PVDF anti-gel. La strategia di sviluppo prevede l'innesto di altre unità monomeriche (ad esempio, vinil etere, esafluoropropilene, tetrafluoroetilene) per sostituire H/F nell'unità -CH2-CF2-, inibendo la perdita continua di HF e riducendo i siti di reticolazione.
* Sviluppare leganti catodici non-PVDF. Poiché i metodi di cui sopra non possono inibire completamente la deidrofluorurazione del PVDF, permangono dei rischi quando si utilizzano catodi altamente alcalini (alto-nichel, NCA) o additivi funzionali (Li2CO3 alcalino). Lo sviluppo di leganti alternativi mira a risolvere completamente questo problema.
Scopri i nostri materiali avanzati per batterie, inclusi leganti specializzati.
IV. Aspetto scadente dell'elettrodo rivestito (crepe)
Cause:
(1) Il legante stesso ha un'elevata temperatura di transizione vetrosa (Tg), che fa sì che la temperatura di formazione della pellicola-superi la temperatura del rivestimento. La difficile formazione del film porta alla rottura dell'elettrodo.
(2) Nei leganti a base di acqua-, un forte ritiro durante la perdita di acqua durante l'indurimento può causare la rottura complessiva dell'elettrodo, ad esempio nei sistemi PAA acquosi.
Esempio: i polimeri dell'acido poliacrilico sono rigidi con scarsa flessibilità. Durante la produzione degli elettrodi, possono verificarsi arricciamenti e fessurazioni su vaste- aree, con conseguente rendimento di produzione molto basso nel rivestimento e nell'avvolgimento.
Elettrodo PAA che mostra arricciature e screpolature durante la lavorazione
Soluzioni:
(1) Se l'aspetto scadente del rivestimento è dovuto all'elevata temperatura di formazione della pellicola del legante, passare a un legante con una temperatura di formazione della pellicola inferiore.
(2) Per i sistemi PAA acquosi, l'aggiunta di EC come plastificante aiuta in modo significativo a migliorare la rottura degli elettrodi.
Test del mandrino che dimostra una migliore flessibilità dell'elettrodo
V. Aspetto scadente dell'elettrodo con rivestimento (bolle)
Cause:
(1) Le fibre insolubili nella CMC possono causare bolle granulari durante il rivestimento.
(2) Emulsionante eccessivo in SBR. Gli emulsionanti agiscono come tensioattivi, stabilizzando la tensione superficiale delle bolle e prevenendone la rimozione.
Schiuma stabilizzante emulsionante
Soluzioni:
(1) Utilizzare CMC a basso contenuto insolubile, ad esempio sostituendo CMC2200 con MAC500 in alcune formule di produzione di veicoli elettrici.
(2) Ridurre la quantità di emulsionante nell'SBR utilizzato.
VI. Gasatura della batteria ad alta temperatura?
Causa:Quando le molecole polimeriche contengono molti gruppi funzionali polari, tendono ad assorbire l'umidità. Questa umidità può reagire con gli ioni di litio durante lo stoccaggio ad alta-temperatura, generando gas idrogeno.
Soluzione:Controlla il contenuto di umidità all'interno della cella e/o utilizza processi di formazione di-temperatura elevata e stato-di{3}}carica (SOC) elevato.
Esempio:Le celle che utilizzavano il legante SD-3 hanno mostrato un rigonfiamento significativo dovuto alla formazione di gas durante la conservazione a 85 gradi. Controllando l'umidità delle celle al di sotto di 100 ppm e utilizzando un processo di formazione di SOC elevato, il problema della conservazione ad alta temperatura è stato notevolmente migliorato.
VII. Rapida diminuzione della capacità in caso di-cicli ad alta temperatura?
Cause:
(1) Rigonfiamento eccessivo del legante ad alta temperatura, che interrompe la rete conduttiva continua tra le particelle.
(2) Scarsa stabilità del legante ad alta temperatura, che porta alla dissoluzione o alla reazione chimica con il litio.
(3) Dopo l'esposizione ad alta-temperatura all'elettrolita, la resistenza del legante diminuisce, non riuscendo a sopprimere efficacemente la polverizzazione del materiale attivo durante il ciclo.
Soluzioni:
(1) Selezionare o miscelare leganti con Tg più elevata, riducendo opportunamente la loro affinità con l'elettrolita per ridurre al minimo i danni da rigonfiamento alle alte-temperature.
(2) Per i materiali anodici di silicio con ampia espansione ciclica, utilizzare leganti ad alto modulo-come i tipi PA/PI/PAI per sopprimere o ridurre efficacemente la rottura e la polverizzazione delle particelle di silicio durante i cicli.
VIII. Batteria soggetta a deformazione?
Causa:Quando il legante polimerico è troppo rigido, crea uno stress interno significativo all'interno dell'elettrodo. Durante i cicli di carica/scarica, il rilascio di questo stress interno può causare la torsione e la deformazione degli elettrodi, portando infine alla deformazione della batteria.
Soluzione:Aggiungere plastificanti per ridurre lo stress dell'elettrodo interno.
Esempio:Il legante BI-4 ha mostrato eccellenti prestazioni cinetiche nei CE ma ha causato una grave deformazione della batteria. Per mitigare questo problema, durante la miscelazione del liquame è stato introdotto un additivo EC al 2% in peso. L'EC, un plastificante di piccole molecole, volatilizza completamente durante l'essiccazione dell'elettrodo, quindi non ha alcun impatto significativo sulle prestazioni elettriche della cella e migliora notevolmente il problema della deformazione.
Conclusione
Sebbene i leganti costituiscano solo una "goccia nell'oceano" della formula dell'elettrodo, detengono la chiave per la reologia del liquame e la stabilità della dispersione. Di fronte a sfide come la sedimentazione, la gelificazione, i blocchi e i problemi che ne derivano, come la rottura degli elettrodi e la formazione di gas ad alta-temperatura, gli aggiustamenti del processo uni-dimensionali spesso affrontano solo i sintomi, non la causa principale. Solo comprendendo a fondo la struttura molecolare del legante, le caratteristiche di dissoluzione e l'interazione con i materiali attivi possiamo identificare con precisione il "disturbo" e prescrivere il rimedio giusto. Ci auguriamo che l'approccio fornito in questo articolo offra preziosi riferimenti tecnici per ottimizzare il sistema dei liquami, regolare i parametri di processo e migliorare la qualità della produzione degli elettrodi.
Informazioni su TOB NUOVA ENERGIA
TOB NEW ENERGY è un fornitore leader di soluzioni complete per l'industria delle batterie e i settori di ricerca e sviluppo. Siamo specializzati nella fornitura di linee di produzione di batterie end-to-end, linee pilota e linee sperimentali personalizzate in base ai tuoi specifici requisiti di budget e di output. I nostri servizi comprendono tutto, dalla progettazione e costruzione dell'impianto alla selezione delle apparecchiature, alla fornitura, all'installazione, alla messa in servizio e alla formazione del personale.
Siamo orgogliosi di offrire supporto tecnologico all'avanguardia per le batterie,-inclusa esperienza nelle batterie-allo stato solido, nelle batterie-agli ioni di sodio, nelle batterie al litio-zolfo e nella tecnologia degli elettrodi a secco. Il nostro team dedicato di esperti di batterie fornisce consulenza tecnica per migliorare le prestazioni del prodotto in termini di capacità, capacità di velocità, durata del ciclo e sicurezza.
Inoltre, forniamo un'ampia gamma di apparecchiature personalizzate per tutte le fasi, dal laboratorio al progetto pilota fino alla produzione di massa, insieme a un portafoglio completo di materiali avanzati per batterie per supportare le vostre attività di ricerca e sviluppo. Affidati a TOB NEW ENERGY per tutte le tue esigenze di produzione di batterie e ricerca e sviluppo.
Contattaci oggiper discutere di come possiamo potenziare la tua innovazione.
