Na prvoj liniji proizvodnje miješanja suspenzije litijumskih baterija, premazivanja i naknadnog sastavljanja, taloženje kaše, geliranje (konzistencija poput žele-) i blokade glave premaza su tri uporne "bolesti" koje muče procesne inženjere. Ovi problemi mogu dodatno pokrenuti lančane reakcije kao što su pucanje elektroda, raslojavanje filma i deformacija baterije. Takve nestabilnosti ne samo da dovode do loše konzistencije elektroda već i direktno smanjuju prinos i kapacitet proizvodnje.
Često smo skloni prilagođavanju procesa miješanja ili čvrstog sadržaja, zanemarujući kritičnu ulogu sporedne, ali ključne komponente u formuli – veziva. Ovaj članak će početi od mikro-mehanizama povezivača, razotkriti složenost sloj po sloj i pružiti vodič za rješavanje problema na jednom{2}} mjestu i rješenje za gore navedene probleme.
I. Kako riješiti taloženje gnojnice?
Uzroci:
(1) Odabrani tip CMC nije prikladan. Stepen supstitucije (DS) i molekularna težina CMC mogu uticati na stabilnost suspenzije. Na primjer, CMC sa niskim DS ima lošu hidrofilnost, ali dobru sposobnost vlaženja za grafit; međutim, nudi slabu sposobnost suspenzije.
(2) Nedovoljna upotreba CMC-a, neuspješno suspendiranje komponenti gnojiva.
(3) Previše CMC koji učestvuje u procesu gnječenja, što dovodi do nedovoljnog slobodnog CMC dostupnog između čestica za suspenziju, što često rezultira lošom stabilnošću suspenzije.
(4) Visoke mehaničke sile smicanja ili fluktuacije pH suspenzije mogu uzrokovati demulzifikaciju SBR, što dovodi do sedimentacije muljne smjese.
rješenja:
(1) Prebacite se na ili pomiješajte s CMC koji ima visok DS i veliku molekularnu težinu. Na primjer, korištenje kombinacije WSC (niska molekularna težina, niska DS, dobra kvašenje grafita, slaba suspenzija) i CMC2200 u formulama za masovnu proizvodnju može značajno poboljšati stabilnost suspenzije.
(2) Povećanje doze CMC je jedno od najefikasnijih sredstava za poboljšanje stabilnosti kaše, ali mora se pronaći balans s obzirom na sposobnost procesa i performanse baterije na niskim{1}}ima.
(3) Smanjenje količine CMC uključene u gnječenje i povećanje sadržaja slobodnog CMC može poboljšati stabilnost kaše u određenoj mjeri.
(4) Nakon dodavanja SBR u sistem suspenzije, smanjite brzinu mešanja planetarne mešalice kako biste sprečili demulgovanje.
Istražite naše usluge prilagođavanja baterijske opreme za optimizirane procese miješanja gnojiva.
II. Začepljenje filtera tokom filtriranja – šta učiniti?
Uzroci:
(1) Slabo vlaženje aktivnih materijala, što dovodi do neadekvatne disperzije.
(2) SBR demulzifikacija koja uzrokuje neuspjeh filtracije.
rješenja:
(1) Usvojite proces gnječenja kako biste poboljšali disperziju.
(2) Nakon dodavanja SBR u sustav suspenzije, smanjite brzinu miješanja kako biste spriječili demulzifikaciju.
III. Kako postupati sa geliranjem kaše?
Uzroci:Geliranje prvenstveno spada u dvije kategorije: fizički gel i hemijski gel.
(1) Fizički gel: uzrokovan aktivnim materijalom katode, provodljivom čađom (SP) ili rastvaračem NMP koji apsorbira vlagu, ili prekomjernom vlagom iz okoline. Čestice su okružene PVDF polimernim lancima. Kada sadržaj vode pređe granice, kretanje lanca je otežano, što dovodi do preplitanja lanaca, smanjene fluidnosti suspenzije i geliranja.
(2) Hemijski gel: Sklon nastajanju tokom obrade ili skladištenja aktivnih materijala visokog{1}}nikla ili visokog{2}}alkaliteta. U okruženju visokog pH koje stvaraju bazni ostaci, okosnica PVDF polimera lako podleže dehidrofluoraciji (gubitak HF), formirajući dvostruke veze. Postojeća voda ili amini u rastvaraču tada mogu napasti ove dvostruke veze, uzrokujući unakrsno-povezivanje. Ovo ozbiljno smanjuje kapacitet proizvodnje i pogoršava performanse baterije. Generalno, geliranje se pogoršava povećanjem alkalnosti aktivnog materijala.
rješenja:
(1) Fizički gel: Kontrola striktnim upravljanjem vlagom u sirovinama i okolini, i upotrebom odgovarajućih brzina mešanja tokom skladištenja kaše.
(2) Hemijski gel: može se ublažiti sljedećim metodama:
* Osušiti aktivne materijale i provodni ugljen prije disperzije kako bi se uklonila adsorbirana voda; koristite NMP veće čistoće.
* Strogo kontrolišite vlažnost okoline tokom procesa mešanja.
* Izvorni NCM materijali sa smanjenom površinom bez Li do niže alkalnosti.
* Razvijte anti-gel PVDF. Strategija razvoja uključuje cijepljenje drugih monomernih jedinica (npr. vinil etar, heksafluoropropilen, tetrafluoroetilen) kako bi zamijenili H/F u -CH2-CF2-jedinici, inhibirajući kontinuirani gubitak HF i smanjujući mjesta unakrsnog povezivanja.
* Razvijte ne-PVDF katodna veziva. Budući da gore navedene metode ne mogu u potpunosti inhibirati PVDF dehidrofluoraciju, rizici ostaju pri korištenju visoko alkalnih katoda (visoko-nikl, NCA) ili funkcionalnih aditiva (alkalni Li2CO3). Razvoj alternativnih veziva ima za cilj temeljno rješavanje ovog problema.
Saznajte više o našim naprednim materijalima za baterije, uključujući specijalizirana veziva.
IV. Loš izgled obložene elektrode (pukotine)
Uzroci:
(1) Samo vezivo ima visoku temperaturu staklastog prijelaza (Tg), zbog čega njegova temperatura-formiranja filma prelazi temperaturu premaza. Otežano formiranje filma dovodi do pucanja elektrode.
(2) Kod veziva na bazi vode -teško skupljanje tokom gubitka vode tokom očvršćavanja može uzrokovati cjelokupno pucanje elektrode, npr. u vodenim PAA sistemima.
Primjer: Polimeri poliakrilne kiseline su kruti sa slabom fleksibilnošću. Tokom proizvodnje elektroda može doći do uvijanja i pucanja velike površine-, što dovodi do vrlo niskog proizvodnog prinosa u premazivanju i namotavanju.
PAA elektroda koja pokazuje uvijanje i pucanje tokom obrade
rješenja:
(1) Ako je loš izgled premaza zbog visoke temperature -formiranja filma veziva, prijeđite na vezivo s nižom temperaturom -formiranja filma.
(2) Za vodene PAA sisteme, dodavanje EC kao plastifikatora značajno pomaže u poboljšanju pucanja elektroda.
Test trna koji pokazuje poboljšanu fleksibilnost elektrode
V. Slab izgled obložene elektrode (mjehurići)
Uzroci:
(1) Nerastvorljiva vlakna u CMC-u mogu uzrokovati granularne mjehuriće tokom premaza.
(2) Prekomjeran emulgator u SBR. Emulgatori djeluju poput surfaktanata, stabiliziraju površinsku napetost mjehurića i sprječavaju uklanjanje mjehurića.
Pjena za stabilizaciju emulgatora
rješenja:
(1) Koristite CMC sa niskim sadržajem nerastvorljivih materija, npr. zamenjujući CMC2200 sa MAC500 u nekim formulama za proizvodnju EV.
(2) Smanjite količinu emulgatora u korištenom SBR-u.
VI. Gašenje baterije na visokoj temperaturi?
Uzrok:Kada molekuli polimera sadrže mnogo polarnih funkcionalnih grupa, oni imaju tendenciju da apsorbiraju vlagu. Ova vlaga može reagirati sa litijum jonima tokom skladištenja na visokim-temperaturama, stvarajući vodonik.
Rješenje:Kontrolišite sadržaj vlage u ćeliji i/ili koristite procese formiranja visoke-temperature, visokog-stanja-napunjenosti{3}}(SOC).
primjer:Ćelije koje koriste SD-3 vezivo pokazale su značajno oticanje usled gasova tokom skladištenja na 85 stepeni. Kontrolom vlažnosti ćelije ispod 100 ppm i upotrebom procesa formiranja visokog SOC-a, problem skladištenja na visokoj temperaturi je značajno poboljšan.
VII. Brzi pad kapaciteta u ciklusu na visokim-temperaturama?
Uzroci:
(1) Prekomjerno bubrenje veziva na visokoj temperaturi, narušavajući kontinuiranu provodnu mrežu između čestica.
(2) Slaba stabilnost veziva na visokoj temperaturi, što dovodi do rastvaranja ili hemijske reakcije sa Li.
(3) Nakon izlaganja visokoj-temperaturi elektrolitu, snaga veziva se smanjuje, ne uspijevajući efikasno potisnuti usitnjavanje aktivnog materijala tokom ciklusa.
rješenja:
(1) Odaberite ili pomiješajte veziva s višim Tg, na odgovarajući način smanjujući njihov afinitet prema elektrolitu kako bi se minimizirala šteta od bubrenja pri visokim{1}}temperaturama.
(2) Za materijale silicijumskih anoda sa velikim ciklusnim širenjem, koristite veziva visokog{1}}modula kao što su tipovi PA/PI/PAI da efikasno potisnete ili smanjite pucanje čestica silicijuma i usitnjavanje u prah tokom ciklusa.
VIII. Baterija sklona deformacijama?
Uzrok:Kada je polimerno vezivo previše kruto, stvara značajno unutrašnje naprezanje unutar elektrode. Tokom ciklusa punjenja/pražnjenja, oslobađanje ovog unutrašnjeg naprezanja može uzrokovati uvrtanje i deformaciju elektrode, što na kraju dovodi do deformacije baterije.
Rješenje:Dodajte plastifikatore za smanjenje unutrašnjeg naprezanja elektrode.
primjer:BI-4 vezivo je pokazalo odlične kinetičke performanse u CE, ali je uzrokovalo ozbiljne deformacije baterije. Da bi se ovo ublažilo, 2wt% EC aditiva je uveden tokom miješanja suspenzije. EC, plastifikator male molekule, potpuno se ispari tokom sušenja elektrode, tako da nema značajnog utjecaja na električne performanse ćelije, a uvelike poboljšava problem deformacije.
Zaključak
Iako veziva predstavljaju samo "kap u moru" formule elektrode, ona imaju ključ za reologiju suspenzije i stabilnost disperzije. Suočavanje s izazovima kao što su sedimentacija, geliranje, blokade i problemi s njihovim derivatima kao što su pucanje elektroda i visoko{1}}ispuštanje plinova na visokim temperaturama, jednodimenzionalna prilagođavanja procesa- često rješavaju samo simptome, a ne osnovni uzrok. Samo dubokim razumijevanjem molekularne strukture veziva, karakteristika rastvaranja i interakcije s aktivnim materijalima možemo precizno identificirati "bolest" i propisati pravi lijek. Nadamo se da će pristup predstavljen u ovom članku ponuditi vrijednu tehničku referencu za optimizaciju vašeg sistema suspenzije, podešavanje parametara procesa i poboljšanje kvaliteta proizvodnje elektroda.
O TOB NEW ENERGY
TOB NEW ENERGY je vrhunski dobavljač sveobuhvatnih rješenja za industriju baterija i sektor istraživanja i razvoja. Specijalizirani smo za isporuku kraj-do- proizvodnih linija baterija, pilot linija i eksperimentalnih linija prilagođenih vašim specifičnim zahtjevima budžeta i izlaza. Naše usluge obuhvataju sve od projektovanja i izgradnje objekata do izbora opreme, nabavke, montaže, puštanja u rad i obuke osoblja.
Ponosimo se što nudimo vrhunsku-potporu za tehnologiju baterija, uključujući stručnost u vezi sa čvrstim-baterijama, natrijum{2}}jonskim baterijama, litijum-sumpornim baterijama i tehnologijom suhih elektroda. Naš posvećeni tim stručnjaka za baterije pruža tehničke smjernice za poboljšanje performansi proizvoda u odnosu na kapacitet, sposobnost brzine, vijek trajanja i sigurnost.
Osim toga, isporučujemo širok spektar prilagođene opreme za sve faze od laboratorije preko pilota do masovne proizvodnje, uz sveobuhvatan portfelj naprednih materijala za baterije za podršku vašim istraživačkim i razvojnim nastojanjima. Vjerujte TOB NEW ENERGY za sve potrebe proizvodnje baterija i istraživanja i razvoja.
Kontaktirajte nas danasda razgovaramo o tome kako možemo pokrenuti vašu inovaciju.
