Op het gebied van de productie van slurrymenging, coating en daaropvolgende assemblage van lithiumbatterijen zijn slurrysedimentatie, gelering (gelei-achtige consistentie) en verstoppingen van de coatingkop drie hardnekkige 'kwalen' waar procesingenieurs last van hebben. Deze problemen kunnen verdere kettingreacties veroorzaken, zoals barsten van de elektroden, delaminatie van de film en vervorming van de batterij. Dergelijke instabiliteiten leiden niet alleen tot een slechte elektrodeconsistentie, maar hebben ook direct een negatieve invloed op de productieopbrengst en -capaciteit.
Vaak hebben we de neiging om het mengproces of de inhoud van de vaste stof aan te passen, waarbij we de cruciale rol van een klein maar cruciaal onderdeel in de formule over het hoofd zien: het bindmiddel. Dit artikel gaat uit van de micro-mechanismen van bindmiddelen, ontrafelt de complexiteiten laag voor laag en biedt een 'one-stop'-gids voor het oplossen van problemen en oplossingen voor de bovengenoemde problemen.
I. Hoe kan mestsedimentatie worden aangepakt?
Oorzaken:
(1) Het geselecteerde CMC-type is niet geschikt. De substitutiegraad (DS) en het molecuulgewicht van CMC kunnen de stabiliteit van de slurry beïnvloeden. CMC met lage DS heeft bijvoorbeeld een slechte hydrofiliciteit maar een goede bevochtigbaarheid voor grafiet; het biedt echter een zwak vermogen tot ophanging van de mest.
(2) Onvoldoende CMC-gebruik, waardoor de slurrycomponenten niet effectief kunnen worden opgehangen.
(3) Te veel CMC neemt deel aan het kneedproces, wat leidt tot onvoldoende vrije CMC die beschikbaar is tussen de deeltjes voor suspensie, wat vaak resulteert in een slechte stabiliteit van de slurry.
(4) Hoge mechanische schuifkrachten of fluctuaties in de pH van de slurry kunnen SBR-demulgering veroorzaken, wat kan leiden tot slibsedimentatie.
Oplossingen:
(1) Schakel over naar of meng met CMC met een hoge DS en een hoog molecuulgewicht. Het gebruik van een combinatie van WSC (laag molecuulgewicht, lage DS, goede grafietbevochtigbaarheid, zwakke suspensie) en CMC2200 in massaproductieformules kan bijvoorbeeld de stabiliteit van de slurry aanzienlijk verbeteren.
(2) Het verhogen van de CMC-dosering is een van de meest effectieve manieren om de stabiliteit van de slurry te verbeteren, maar er moet een evenwicht worden gevonden met het oog op de procesmogelijkheden en de prestaties van de batterij bij lage- temperaturen.
(3) Het verminderen van de hoeveelheid CMC die betrokken is bij het kneden en het verhogen van het gehalte aan vrije CMC kan de stabiliteit van de slurry tot op zekere hoogte verbeteren.
(4) Verlaag na het toevoegen van SBR aan het slurrysysteem de roersnelheid van de planeetmenger om demulgering te voorkomen.
Ontdek onze maatwerkdiensten voor batterijapparatuur voor geoptimaliseerde mestmengprocessen.
II. Filterblokkering tijdens filtratie – wat te doen?
Oorzaken:
(1) Slechte bevochtiging van actieve materialen, wat leidt tot onvoldoende dispersie.
(2) SBR-demulgering waardoor filtratie mislukt.
Oplossingen:
(1) Pas een kneedproces toe om de dispersie te verbeteren.
(2) Verlaag na het toevoegen van SBR aan het slurrysysteem de roersnelheid om demulgering te voorkomen.
III. Hoe om te gaan met drijfmestgelatie?
Oorzaken:Gelatie valt hoofdzakelijk in twee categorieën: fysieke gel en chemische gel.
(1) Fysieke gel: Veroorzaakt door actief kathodemateriaal, geleidend carbon black (SP) of oplosmiddel NMP dat vocht absorbeert, of overmatige omgevingsvochtigheid. Deeltjes zijn omgeven door PVDF-polymeerketens. Wanneer het watergehalte de limieten overschrijdt, wordt de beweging van de ketting belemmerd, wat leidt tot verstrengeling tussen de ketens, verminderde vloeibaarheid van de slurry en gelering.
(2) Chemische gel: kan optreden tijdens de verwerking of opslag van actieve materialen met een hoog-nikkel- of hoog-alkaliteitsniveau. In de hoge pH-omgeving die wordt gecreëerd door basische residuen, ondergaat de PVDF-polymeerskelet gemakkelijk dehydrofluorering (verlies van HF), waardoor dubbele bindingen worden gevormd. Bestaand water of aminen in het oplosmiddel kunnen deze dubbele bindingen vervolgens aantasten, waardoor verknoping- ontstaat. Dit vermindert de productiecapaciteit ernstig en verslechtert de prestaties van de batterij. In het algemeen verslechtert de gelvorming bij verhoogde alkaliteit van het actieve materiaal.
Oplossingen:
(1) Fysische gel: Controle door strikt toezicht te houden op de vochtigheid in grondstoffen en het milieu, en door geschikte roersnelheden te gebruiken tijdens de opslag van slurry.
(2) Chemische gel: kan op de volgende manieren worden verzacht:
* Droog actieve materialen en geleidende koolstof vóór verspreiding om geadsorbeerd water te verwijderen; gebruik NMP met een hogere zuiverheid.
* Controleer de omgevingsvochtigheid strikt tijdens het mengproces.
* Bron NCM-materialen met verminderde oppervlaktevrije Li om de alkaliteit te verlagen.
* Ontwikkel anti-gel PVDF. De ontwikkelingsstrategie omvat het enten van andere monomeereenheden (bijvoorbeeld vinylether, hexafluorpropyleen, tetrafluorethyleen) om H/F in de -CH2-CF2-eenheid te vervangen, waardoor continu HF-verlies wordt geremd en verknopingsplaatsen worden verminderd.
* Ontwikkel niet-PVDF-kathodebindmiddelen. Omdat de bovenstaande methoden de dehydrofluorering van PVDF niet volledig kunnen remmen, blijven er risico's bestaan bij het gebruik van zeer alkalische kathoden (hoog-nikkel, NCA) of functionele additieven (alkalisch Li2CO3). Het ontwikkelen van alternatieve bindmiddelen heeft tot doel dit probleem grondig op te lossen.
Leer meer over onze geavanceerde batterijmaterialen, inclusief gespecialiseerde bindmiddelen.
IV. Slecht uiterlijk van de gecoate elektrode (scheuren)
Oorzaken:
(1) Het bindmiddel zelf heeft een hoge glasovergangstemperatuur (Tg), waardoor de filmvormingstemperatuur -de coatingtemperatuur overschrijdt. Moeilijke filmvorming leidt tot barsten van de elektrode.
(2) Bij bindmiddelen op water-basis kan ernstige krimp tijdens waterverlies tijdens het uitharden algehele elektrodescheuren veroorzaken, bijvoorbeeld in waterige PAA-systemen.
Voorbeeld: Polyacrylzuurpolymeren zijn stijf en hebben een slechte flexibiliteit. Tijdens de productie van elektroden kunnen grote -oppervlakken gaan krullen en barsten, wat leidt tot een zeer laag productierendement bij het coaten en wikkelen.
PAA-elektrode vertoont krullen en barsten tijdens verwerking
Oplossingen:
(1) Als het slechte uiterlijk van de coating te wijten is aan de hoge filmvormingstemperatuur- van het bindmiddel, schakel dan over op een bindmiddel met een lagere filmvormingstemperatuur-.
(2) Voor waterige PAA-systemen helpt het toevoegen van EC als weekmaker het scheuren van de elektrode aanzienlijk te verbeteren.
Doorntest die verbeterde elektrodeflexibiliteit aantoont
V. Slecht uiterlijk van de gecoate elektrode (bellen)
Oorzaken:
(1) Onoplosbare vezels in CMC kunnen tijdens het coaten korrelige belletjes veroorzaken.
(2) Overmatige emulgator in SBR. Emulgatoren werken als oppervlakteactieve stoffen, stabiliseren de oppervlaktespanning van de bellen en voorkomen het verwijderen van bellen.
Emulgator stabiliserend schuim
Oplossingen:
(1) Gebruik CMC met een laag onoplosbaar gehalte, bijvoorbeeld door CMC2200 te vervangen door MAC500 in sommige EV-productieformules.
(2) Verminder de hoeveelheid emulgator in de gebruikte SBR.
VI. Batterijvergassing bij hoge temperatuur?
Oorzaak:Wanneer polymeermoleculen veel polaire functionele groepen bevatten, hebben ze de neiging vocht te absorberen. Dit vocht kan tijdens opslag bij hoge- temperaturen reageren met lithiumionen, waarbij waterstofgas ontstaat.
Oplossing:Houd het vochtgehalte in de cel onder controle en/of maak gebruik van hoge-temperaturen en hoge-State-of-Charge (SOC)-vormingsprocessen.
Voorbeeld:Cellen die SD-3-bindmiddel gebruikten, vertoonden aanzienlijke zwelling als gevolg van gasvorming tijdens opslag bij 85 graden. Door het celvocht onder de 100 ppm te houden en een proces met hoge SOC-vorming te gebruiken, werd het probleem van opslag bij hoge temperaturen aanzienlijk verbeterd.
VII. Snelle capaciteitsafname tijdens fietsen bij hoge- temperaturen?
Oorzaken:
(1) Overmatige zwelling van het bindmiddel bij hoge temperaturen, waardoor het continue geleidende netwerk tussen deeltjes wordt verstoord.
(2) Slechte stabiliteit van het bindmiddel bij hoge temperaturen, leidend tot oplossen of chemische reactie met Li.
(3) Na blootstelling aan hoge- temperaturen aan elektrolyt neemt de sterkte van het bindmiddel af, waardoor de actieve materiaalverpulvering tijdens het fietsen niet effectief wordt onderdrukt.
Oplossingen:
(1) Selecteer of meng bindmiddelen met een hogere Tg, waarbij hun affiniteit met de elektrolyt op passende wijze wordt verminderd om zwellingsschade bij hoge- temperaturen te minimaliseren.
(2) Gebruik voor siliciumanodematerialen met een grote cyclische uitzetting bindmiddelen met hoge modulus, zoals PA/PI/PAI-types, om het kraken en verpulveren van siliciumdeeltjes tijdens het cyclisch effectief te onderdrukken of te verminderen.
VIII. Batterij gevoelig voor vervorming?
Oorzaak:Wanneer het polymeerbindmiddel te stijf is, ontstaat er aanzienlijke interne spanning in de elektrode. Tijdens laad-/ontlaadcycli kan het vrijkomen van deze interne spanning leiden tot verdraaiing en vervorming van de elektrode, wat uiteindelijk kan leiden tot vervorming van de batterij.
Oplossing:Voeg weekmakers toe om de interne elektrodespanning te verminderen.
Voorbeeld:BI-4-bindmiddel vertoonde uitstekende kinetische prestaties in CE's, maar veroorzaakte ernstige vervorming van de batterij. Om dit te verzachten werd tijdens het mengen van de slurry 2 gew.% EC-additief geïntroduceerd. EC, een weekmaker met een klein molecuul, vervluchtigt volledig tijdens het drogen van de elektroden, waardoor het geen significante invloed heeft op de elektrische prestaties van de cel, terwijl het vervormingsprobleem aanzienlijk wordt verbeterd.
Conclusie
Hoewel bindmiddelen slechts een "druppel op de gloeiende plaat" van de elektrodeformule vormen, vormen ze de sleutel tot slurryreologie en dispersiestabiliteit. Bij uitdagingen zoals sedimentatie, gelering, verstoppingen en de daaruit voortvloeiende problemen, zoals barsten van de elektroden en gasvorming bij hoge- temperaturen, pakken enkelvoudige- procesaanpassingen vaak alleen de symptomen aan, en niet de hoofdoorzaak. Alleen door een diepgaand begrip van de moleculaire structuur, de oplossingskenmerken en de interactie met actieve materialen van het bindmiddel kunnen we de ‘kwaal’ nauwkeurig identificeren en de juiste remedie voorschrijven. We hopen dat de aanpak in dit artikel waardevolle technische referenties biedt voor het optimaliseren van uw slurrysysteem, het aanpassen van procesparameters en het verbeteren van de kwaliteit van de elektrodeproductie.
Over TOB NIEUWE ENERGIE
TOB NEW ENERGY is een vooraanstaande leverancier van uitgebreide oplossingen voor de batterij-industrie en R&D-sectoren. Wij zijn gespecialiseerd in het leveren van eind{1}}tot-batterijproductielijnen, pilotlijnen en experimentele lijnen die zijn afgestemd op uw specifieke budget- en outputvereisten. Onze diensten omvatten alles, van ontwerp en constructie van faciliteiten tot selectie van apparatuur, levering, installatie, inbedrijfstelling en opleiding van personeel.
We zijn er trots op dat we geavanceerde -ondersteuning op het gebied van batterijtechnologie bieden, waaronder expertise op het gebied van vaste- batterijen, natrium-ionbatterijen, lithium-zwavelbatterijen en droge-elektrodetechnologie. Ons toegewijde team van batterij-experts biedt technische begeleiding om de productprestaties op het gebied van capaciteit, capaciteit, levensduur en veiligheid te verbeteren.
Bovendien leveren we een breed scala aan op maat gemaakte apparatuur voor alle fasen, van laboratorium tot pilot tot massaproductie, naast een uitgebreid portfolio van geavanceerde batterijmaterialen om uw onderzoeks- en ontwikkelingsinspanningen te ondersteunen. Vertrouw op TOB NEW ENERGY voor al uw batterijproductie en R&D-behoeften.
Neem vandaag nog contact met ons opom te bespreken hoe wij uw innovatie kunnen stimuleren.
