På produktionsfronten med blanding af lithiumbatterislam, belægning og efterfølgende samling, er gyllesedimentering, gelering (-lignende konsistens) og blokeringer af belægningshoved tre vedvarende "lidelser", der generer procesingeniører. Disse problemer kan yderligere udløse kædereaktioner som elektroderevner, filmdelaminering og batterideformation. Sådanne ustabiliteter fører ikke kun til dårlig elektrodekonsistens, men trækker også direkte produktionsudbytte og kapacitet ned.
Ofte er vi tilbøjelige til at justere blandingsprocessen eller det faste indhold, idet vi overser den kritiske rolle af en mindre, men afgørende komponent i formlen - bindemidlet. Denne artikel vil tage udgangspunkt i bindemidlernes mikro-mekanismer, optrevle kompleksiteten lag for lag og give en "one{2}}stop" fejlfinding og løsningsvejledning til de førnævnte problemer.
I. Hvordan håndteres gyllesedimentering?
Årsager:
(1) Den valgte CMC-type er uegnet. Substitutionsgraden (DS) og molekylvægten af CMC kan påvirke gyllestabiliteten. For eksempel har CMC med lav DS dårlig hydrofilicitet, men god befugtningsevne for grafit; den tilbyder dog en svag opslæmningsevne.
(2) Utilstrækkelig CMC-brug, der ikke effektivt suspenderer gyllekomponenterne.
(3) For meget CMC, der deltager i ælteprocessen, hvilket fører til utilstrækkelig fri CMC til rådighed mellem partikler til suspension, hvilket ofte resulterer i dårlig opslæmningsstabilitet.
(4) Høje mekaniske forskydningskræfter eller fluktuationer i gyllens pH kan forårsage SBR-demulgering, hvilket fører til gyllesedimentering.
Løsninger:
(1) Skift til eller bland med CMC med høj DS og stor molekylvægt. For eksempel kan anvendelse af en kombination af WSC (lav molekylvægt, lav DS, god grafitbefugtningsevne, svag suspension) og CMC2200 i masseproduktionsformler forbedre gyllestabiliteten betydeligt.
(2) Forøgelse af CMC-dosis er et af de mest effektive midler til at forbedre gyllestabiliteten, men der skal findes en balance i betragtning af proceskapacitet og batteriets ydeevne ved lave-temperaturer.
(3) Reduktion af mængden af CMC involveret i æltning og forøgelse af indholdet af fri CMC kan forbedre gyllestabiliteten til en vis grad.
(4) Efter tilsætning af SBR til gyllesystemet reduceres omrøringshastigheden på planetblanderen for at forhindre demulgering.
Udforsk vores tilpasningstjenester for batteriudstyr til optimerede gylleblandingsprocesser.
II. Filterblokering under filtrering – hvad skal man gøre?
Årsager:
(1) Dårlig befugtning af aktive materialer, hvilket fører til utilstrækkelig spredning.
(2) SBR-demulgering forårsager filtreringsfejl.
Løsninger:
(1) Vedtag en ælteproces for at forbedre spredningen.
(2) Efter tilsætning af SBR til gyllesystemet reduceres omrøringshastigheden for at forhindre demulgering.
III. Hvordan håndterer man gyllegelering?
Årsager:Gelering falder primært i to kategorier: fysisk gel og kemisk gel.
(1) Fysisk gel: Forårsaget af katodeaktivt materiale, ledende kønrøg (SP) eller opløsningsmiddel NMP, der absorberer fugt eller for høj luftfugtighed i omgivelserne. Partikler er omgivet af PVDF-polymerkæder. Når vandindholdet overstiger grænserne, hindres kædens bevægelse, hvilket fører til indbyrdes-kædesammenfiltring, reduceret gylleflydning og geldannelse.
(2) Kemisk gel: Tilbøjelig til at forekomme under behandling eller opbevaring af aktive materialer med høj-nikkel eller høj-alkalinitet. I det høje pH-miljø, der skabes af basiske rester, gennemgår PVDF-polymerrygraden let dehydrofluorering (tab af HF) og danner dobbeltbindinger. Eksisterende vand eller aminer i opløsningsmidlet kan derefter angribe disse dobbeltbindinger, hvilket forårsager kryds-binding. Dette reducerer produktionskapaciteten kraftigt og forringer batteriets ydeevne. Generelt forværres geldannelse med øget alkalinitet af det aktive materiale.
Løsninger:
(1) Fysisk gel: Kontrol ved strengt at styre fugt i råmaterialer og miljøet og anvende passende omrøringshastigheder under gylleopbevaring.
(2) Kemisk gel: Kan afbødes gennem følgende metoder:
* Tør aktive materialer og ledende kulstof før dispergering for at fjerne adsorberet vand; bruge højere renhed NMP.
* Kontroller strengt miljøets fugtighed under blandingsprocessen.
* Kilde NCM materialer med reduceret overflade fri Li til lavere alkalinitet.
* Udvikle anti-gel PVDF. Udviklingsstrategien involverer podning af andre monomerenheder (f.eks. vinylether, hexafluorpropylen, tetrafluorethylen) for at erstatte H/F i -CH2-CF2-enheden, hæmme kontinuerligt HF-tab og reducere tværbindingssteder.
* Udvikle ikke-PVDF katodebindere. Da ovenstående metoder ikke fuldstændigt kan hæmme PVDF-dehydrofluorering, er der stadig risici ved brug af stærkt alkaliske katoder (høj-nikkel, NCA) eller funktionelle additiver (alkalisk Li2CO3). Udvikling af alternative bindemidler har til formål at løse dette problem grundigt.
Lær om vores avancerede batterimaterialer, herunder specialiserede bindemidler.
IV. Dårligt coated elektrode-udseende (revner)
Årsager:
(1) Selve bindemidlet har en høj glasovergangstemperatur (Tg), hvilket får dens filmdannende temperatur til at overstige belægningstemperaturen. Vanskelig filmdannelse fører til elektrode revner.
(2) I vand-baserede bindemidler kan kraftigt svind under vandtab under hærdning forårsage generel elektroderevne, f.eks. i vandige PAA-systemer.
Eksempel: Polyacrylsyrepolymerer er stive med dårlig fleksibilitet. Under elektrodefremstilling kan der opstå krølning og revner på store-arealer, hvilket fører til meget lavt produktionsudbytte i belægning og vikling.
PAA-elektrode, der viser krølning og revner under forarbejdning
Løsninger:
(1) Hvis dårlig belægningsudseende skyldes bindemidlets høje filmdannende temperatur-, skal du skifte til et bindemiddel med en lavere filmdannende temperatur.
(2) For vandige PAA-systemer hjælper tilsætning af EC som blødgører væsentligt til at forbedre elektroderevnen.
Dorntest viser forbedret elektrodefleksibilitet
V. Dårligt coated elektrode-udseende (bobler)
Årsager:
(1) Uopløselige fibre i CMC kan forårsage granulære bobler under coating.
(2) Overdreven emulgator i SBR. Emulgatorer fungerer som overfladeaktive stoffer, stabiliserer bobleoverfladespændingen og forhindrer boblefjernelse.
Emulgator stabiliserende skum
Løsninger:
(1) Brug CMC med lavt uopløseligt indhold, f.eks. udskiftning af CMC2200 med MAC500 i nogle EV-produktionsformler.
(2) Reducer mængden af emulgator i den anvendte SBR.
VI. Gasning af batteri ved høj temperatur?
Årsag:Når polymermolekyler indeholder mange polære funktionelle grupper, har de en tendens til at absorbere fugt. Denne fugt kan reagere med lithiumioner under høj-temperaturopbevaring og generere brintgas.
Løsning:Kontroller fugtindholdet i cellen og/eller anvend høj-temperatur, høj-State- af-Charge (SOC)-dannelsesprocesser.
Eksempel:Celler, der brugte SD-3-bindemiddel, viste betydelig hævelse på grund af gasning under 85 graders opbevaring. Ved at kontrollere cellefugten under 100 ppm og bruge en høj SOC-dannelsesproces blev problemet med højtemperaturlagring markant forbedret.
VII. Hurtig kapacitetsfade i høj-cykling?
Årsager:
(1) Overdreven kvældning af bindemiddel ved høj temperatur, der forstyrrer det kontinuerlige ledende netværk mellem partikler.
(2) Dårlig stabilitet af bindemidlet ved høj temperatur, hvilket fører til opløsning eller kemisk reaktion med Li.
(3) Efter høj-temperatureksponering for elektrolyt, falder bindemidlets styrke, idet det ikke effektivt undertrykker aktiv materialepulverisering under cykling.
Løsninger:
(1) Vælg eller bland bindemidler med højere Tg, hvilket på passende måde reducerer deres affinitet med elektrolytten for at minimere hævelsesskader ved høje-temperaturer.
(2) Til siliciumanodematerialer med stor cyklisk ekspansion skal du bruge bindemidler med høj-modulus som PA/PI/PAI-typer for effektivt at undertrykke eller reducere siliciumpartikelrevnen og -pulverisering under cykling.
VIII. Batteri tilbøjelig til deformation?
Årsag:Når polymerbindemidlet er for stift, skaber det betydelig indre spænding i elektroden. Under opladnings-/afladningscyklusser kan frigivelsen af denne interne spænding forårsage elektrodedrejning og deformation, hvilket i sidste ende fører til batterideformation.
Løsning:Tilføj blødgøringsmidler for at reducere intern elektrodebelastning.
Eksempel:BI-4 bindemiddel viste fremragende kinetisk ydeevne i CE'er, men forårsagede alvorlig batterideformation. For at afbøde dette blev 2 vægt% EC-additiv indført under opslæmningsblanding. EC, et lille molekyle blødgøringsmiddel, fordamper fuldstændigt under elektrodetørring og har således ingen væsentlig indvirkning på cellens elektriske ydeevne, mens det i høj grad forbedrer deformationsproblemet.
Konklusion
Selvom bindemidler kun udgør en "dråbe i havet" af elektrodeformlen, har de nøglen til gyllereologi og dispersionsstabilitet. Over for udfordringer som sedimentering, gelering, blokeringer og deres afledte problemer som elektrodekrakning og høj-temperaturgasning, adresserer enkelt-procesjusteringer ofte kun symptomerne, ikke hovedårsagen. Kun ved dybt at forstå bindemidlets molekylære struktur, opløsningskarakteristika og interaktion med aktive materialer kan vi nøjagtigt identificere "lidelsen" og ordinere det rigtige middel. Vi håber, at tilgangen i denne artikel giver værdifuld teknisk reference til optimering af dit gyllesystem, justering af procesparametre og forbedring af kvaliteten af elektrodefremstilling.
Om TOB NEW ENERGY
TOB NEW ENERGY er en førende leverandør af omfattende løsninger til batteriindustrien og R&D-sektoren. Vi er specialiserede i at levere-til-batteriproduktionslinjer, pilotlinjer og eksperimentelle linjer skræddersyet til dit specifikke budget og outputkrav. Vores ydelser omfatter alt fra design og anlægskonstruktion til udstyrsvalg, levering, installation, idriftsættelse og uddannelse af personale.
Vi er stolte af at tilbyde banebrydende-batteriteknologisupport, herunder ekspertise inden for fast-batterier, natrium-ionbatterier, lithium-svovlbatterier og tørelektrodeteknologi. Vores dedikerede team af batterieksperter giver teknisk vejledning for at forbedre produktets ydeevne på tværs af kapacitet, hastighedskapacitet, cykluslevetid og sikkerhed.
Desuden leverer vi en bred vifte af tilpasset udstyr til alle stadier fra laboratorium til pilot til masseproduktion, sammen med en omfattende portefølje af avancerede batterimaterialer til at understøtte dine forsknings- og udviklingsbestræbelser. Stol på TOB NEW ENERGY for al din batteriproduktion og F&U-behov.
Kontakt os i dagfor at diskutere, hvordan vi kan styrke din innovation.
