ในแนวหน้าการผลิตของการผสมสารละลายแบตเตอรี่ลิเธียม การเคลือบ และการประกอบในภายหลัง การตกตะกอนของสารละลาย การเกิดเจล (ความคงตัวเหมือนเจล-) และการอุดตันที่ส่วนหัวของการเคลือบเป็น "อาการเจ็บป่วย" ถาวรสามประการที่สร้างปัญหาให้กับวิศวกรกระบวนการ ปัญหาเหล่านี้ยังกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ เช่น การแตกร้าวของอิเล็กโทรด ฟิล์มหลุดร่อน และการเสียรูปของแบตเตอรี่ ความไม่เสถียรดังกล่าวไม่เพียงแต่นำไปสู่ความสม่ำเสมอของอิเล็กโทรดที่ไม่ดี แต่ยังส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตและกำลังการผลิตอีกด้วย
บ่อยครั้ง เรามักจะปรับกระบวนการผสมหรือปริมาณของแข็ง โดยมองข้ามบทบาทที่สำคัญขององค์ประกอบรองที่สำคัญในสูตร นั่นก็คือ สารยึดเกาะ บทความนี้จะเริ่มต้นจากกลไกระดับจุลภาค-ของตัวประสาน ไขความซับซ้อนทีละชั้น และให้คำแนะนำการแก้ปัญหาและแนวทางแก้ไขแบบ "ครบวงจร" แบบครบวงจรสำหรับปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น
I. จะจัดการกับการตกตะกอนของสารละลายได้อย่างไร
สาเหตุ:
(1) ประเภท CMC ที่เลือกไม่เหมาะสม ระดับการทดแทน (DS) และน้ำหนักโมเลกุลของ CMC อาจส่งผลต่อความเสถียรของสารละลาย ตัวอย่างเช่น CMC ที่มี DS ต่ำมีความสามารถในการชอบน้ำต่ำ แต่มีความสามารถในการเปียกของกราไฟท์ได้ดี แต่ก็มีความสามารถในการระงับสารละลายที่อ่อนแอ
(2) การใช้ CMC ไม่เพียงพอ ไม่สามารถระงับส่วนประกอบของสารละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(3) มี CMC มากเกินไปในกระบวนการนวด ส่งผลให้มี CMC อิสระระหว่างอนุภาคสำหรับแขวนลอยไม่เพียงพอ มักส่งผลให้สารละลายมีความเสถียรต่ำ
(4) แรงเฉือนเชิงกลสูงหรือความผันผวนของค่า pH ของสารละลายอาจทำให้เกิดการแยกตัวของ SBR ซึ่งนำไปสู่การตกตะกอนของสารละลาย
โซลูชั่น:
(1) เปลี่ยนไปใช้หรือผสมกับ CMC ที่มี DS สูง และมีน้ำหนักโมเลกุลมาก ตัวอย่างเช่น การใช้ WSC ร่วมกัน (น้ำหนักโมเลกุลต่ำ DS ต่ำ ความสามารถในการเปียกของกราไฟท์ที่ดี สารแขวนลอยที่อ่อนแอ) และ CMC2200 ในสูตรการผลิตจำนวนมากสามารถปรับปรุงความเสถียรของสารละลายได้อย่างมาก
(2) การเพิ่มปริมาณ CMC เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการเพิ่มความเสถียรของสารละลาย แต่จะต้องพบความสมดุลโดยพิจารณาจากความสามารถของกระบวนการและประสิทธิภาพอุณหภูมิต่ำ-ของแบตเตอรี่
(3) การลดปริมาณ CMC ที่เกี่ยวข้องกับการนวดและเพิ่มเนื้อหาของ CMC อิสระสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของสารละลายได้ในระดับหนึ่ง
(4) หลังจากเติม SBR ลงในระบบสารละลายแล้ว ให้ลดความเร็วการกวนของเครื่องผสมดาวเคราะห์เพื่อป้องกันการแยกตัวออกจากกัน
สำรวจบริการปรับแต่งอุปกรณ์แบตเตอรี่ของเราสำหรับกระบวนการผสมสารละลายที่เหมาะสมที่สุด
ครั้งที่สอง การอุดตันของตัวกรองระหว่างการกรอง – จะทำอย่างไร?
สาเหตุ:
(1) การเปียกของวัสดุออกฤทธิ์ไม่ดี ส่งผลให้การกระจายตัวไม่เพียงพอ
(2) การแยกสาร SBR ทำให้เกิดความล้มเหลวในการกรอง
โซลูชั่น:
(1) ใช้กระบวนการนวดเพื่อปรับปรุงการกระจายตัว
(2) หลังจากเติม SBR ลงในระบบสารละลายแล้ว ให้ลดความเร็วในการกวนลงเพื่อป้องกันการแยกตัวออกจากกัน
ที่สาม วิธีจัดการกับเจลเลชั่นของสารละลาย?
สาเหตุ:เจลส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองประเภท: เจลกายภาพและเจลเคมี
(1) เจลทางกายภาพ: เกิดจากวัสดุออกฤทธิ์แคโทด คาร์บอนแบล็คที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (SP) หรือตัวทำละลาย NMP ที่ดูดซับความชื้น หรือความชื้นในสิ่งแวดล้อมที่มากเกินไป อนุภาคล้อมรอบด้วยโซ่โพลีเมอร์ PVDF เมื่อปริมาณน้ำเกินขีดจำกัด การเคลื่อนตัวของโซ่จะถูกขัดขวาง ซึ่งนำไปสู่การพันกันของโซ่- ลดการไหลของของเหลว และการเกิดเจล
(2) เจลเคมี: มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นระหว่างการประมวลผลหรือการจัดเก็บวัสดุออกฤทธิ์ที่มี-นิกเกิลหรือ{2}}ความเป็นด่างสูง ในสภาพแวดล้อม pH สูงที่เกิดจากสารตกค้างพื้นฐาน แกนหลักโพลีเมอร์ PVDF จะผ่านกระบวนการดีไฮโดรฟลูออริเนชัน (การสูญเสีย HF) และสร้างพันธะคู่ได้อย่างง่ายดาย น้ำหรือเอมีนที่มีอยู่ในตัวทำละลายสามารถโจมตีพันธะคู่เหล่านี้ได้ ทำให้เกิดการเชื่อมโยงข้าม- สิ่งนี้จะลดกำลังการผลิตลงอย่างมากและทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง โดยทั่วไปการเกิดเจลจะแย่ลงเมื่อมีความเป็นด่างเพิ่มขึ้นของวัสดุออกฤทธิ์
โซลูชั่น:
(1) เจลทางกายภาพ: ควบคุมโดยการจัดการความชื้นในวัตถุดิบและสิ่งแวดล้อมอย่างเคร่งครัด และใช้ความเร็วการกวนที่เหมาะสมระหว่างการเก็บรักษาสารละลาย
(2) เจลเคมี: สามารถบรรเทาได้ด้วยวิธีการดังต่อไปนี้:
* แห้งวัสดุออกฤทธิ์และคาร์บอนเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าก่อนกระจายเพื่อขจัดน้ำที่ถูกดูดซับ ใช้ NMP ที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า
* ควบคุมความชื้นสิ่งแวดล้อมอย่างเคร่งครัดในระหว่างกระบวนการผสม
* จัดหาวัสดุ NCM โดยลด Li ที่ไม่มีพื้นผิวเพื่อลดความเป็นด่าง
* พัฒนาแอนตี้-เจล PVDF กลยุทธ์การพัฒนาเกี่ยวข้องกับการต่อกิ่งหน่วยโมโนเมอร์อื่นๆ (เช่น ไวนิลอีเทอร์ เฮกซะฟลูออโรโพรพิลีน เตตราฟลูออโรเอทิลีน) เพื่อแทนที่ H/F ในหน่วย -CH2-CF2- ซึ่งยับยั้งการสูญเสีย HF อย่างต่อเนื่องและลดตำแหน่งการเชื่อมโยงข้าม
* พัฒนาสารยึดเกาะแคโทดที่ไม่ใช่-PVDF เนื่องจากวิธีการข้างต้นไม่สามารถยับยั้งดีไฮโดรฟลูออริเนชันของ PVDF ได้อย่างสมบูรณ์ จึงอาจมีความเสี่ยงเมื่อใช้แคโทดที่มีความเป็นด่างสูง (นิกเกิล, NCA สูง) หรือสารเติมแต่งเชิงฟังก์ชัน (Li2CO3 ที่เป็นด่าง) การพัฒนาสารยึดเกาะทางเลือกมีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ไขปัญหานี้อย่างละเอียด
เรียนรู้เกี่ยวกับวัสดุแบตเตอรี่ขั้นสูงของเรา รวมถึงสารยึดเกาะแบบพิเศษ
IV. ลักษณะอิเล็กโทรดเคลือบไม่ดี (แตกร้าว)
สาเหตุ:
(1) ตัวสารยึดเกาะมีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) สูง ส่งผลให้อุณหภูมิการขึ้นรูปฟิล์ม-เกินอุณหภูมิการเคลือบ การก่อตัวของฟิล์มยากทำให้เกิดการแตกร้าวของอิเล็กโทรด
(2) ในสารยึดเกาะที่มีน้ำ- การหดตัวอย่างรุนแรงระหว่างการสูญเสียน้ำในการบ่มอาจทำให้เกิดการแตกร้าวของอิเล็กโทรดโดยรวม เช่น ในระบบ PAA ที่เป็นน้ำ
ตัวอย่าง: โพลีเมอร์กรดโพลีอะคริลิกมีความแข็งและมีความยืดหยุ่นต่ำ ในระหว่างการผลิตอิเล็กโทรด พื้นที่-อาจเกิดการม้วนงอและการแตกร้าวขนาดใหญ่ ส่งผลให้ผลผลิตในการเคลือบและการพันขดลวดได้ต่ำมาก
อิเล็กโทรด PAA แสดงการม้วนงอและการแตกร้าวระหว่างการประมวลผล
โซลูชั่น:
(1) หากลักษณะการเคลือบที่ไม่ดีเป็นผลมาจากอุณหภูมิการขึ้นรูปฟิล์ม-ที่สูงของสารยึดเกาะ ให้เปลี่ยนไปใช้สารยึดเกาะที่มีอุณหภูมิการขึ้นรูปฟิล์มต่ำ-
(2) สำหรับระบบ PAA ที่เป็นน้ำ การเพิ่ม EC เป็นพลาสติไซเซอร์จะช่วยปรับปรุงการแตกร้าวของอิเล็กโทรดได้อย่างมาก
การทดสอบแมนเดรลแสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่นของอิเล็กโทรดที่ดีขึ้น
V. ลักษณะอิเล็กโทรดเคลือบไม่ดี (ฟอง)
สาเหตุ:
(1) เส้นใยที่ไม่ละลายน้ำใน CMC อาจทำให้เกิดฟองละเอียดระหว่างการเคลือบ
(2) อิมัลซิไฟเออร์มากเกินไปใน SBR อิมัลซิไฟเออร์ทำหน้าที่เหมือนสารลดแรงตึงผิว ช่วยรักษาแรงตึงผิวของฟองอากาศให้คงที่ และป้องกันการขจัดฟองอากาศ
โฟมคงตัวอิมัลซิไฟเออร์
โซลูชั่น:
(1) ใช้ CMC ที่มีปริมาณที่ไม่ละลายน้ำต่ำ เช่น แทนที่ CMC2200 ด้วย MAC500 ในสูตรการผลิต EV บางสูตร
(2) ลดปริมาณอิมัลซิไฟเออร์ใน SBR ที่ใช้
วี. แบตเตอรี่เกิดแก๊สที่อุณหภูมิสูง?
สาเหตุ:เมื่อโมเลกุลโพลีเมอร์มีหมู่ฟังก์ชันที่มีขั้วหลายหมู่ พวกมันมีแนวโน้มที่จะดูดซับความชื้น ความชื้นนี้สามารถทำปฏิกิริยากับลิเธียมไอออนได้ในระหว่างการเก็บรักษาที่อุณหภูมิสูง- ทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจน
สารละลาย:ควบคุมปริมาณความชื้นภายในเซลล์และ/หรือใช้กระบวนการสร้างประจุ (SOC) ที่มีอุณหภูมิสูง-สูง-ของ-
ตัวอย่าง:เซลล์ที่ใช้สารยึดเกาะ SD-3 แสดงการบวมที่มีนัยสำคัญเนื่องจากการแก๊สในระหว่างการเก็บรักษาที่ 85 องศา ด้วยการควบคุมความชื้นของเซลล์ให้ต่ำกว่า 100 ppm และใช้กระบวนการสร้าง SOC ที่สูง ปัญหาการจัดเก็บที่อุณหภูมิสูงได้รับการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัด
ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ความจุลดลงอย่างรวดเร็วในการ-ปั่นจักรยานที่อุณหภูมิสูงใช่ไหม
สาเหตุ:
(1) สารยึดเกาะที่มากเกินไปจะบวมที่อุณหภูมิสูง ขัดขวางเครือข่ายนำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องระหว่างอนุภาค
(2) ความคงตัวต่ำของสารยึดเกาะที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดการละลายหรือปฏิกิริยาทางเคมีกับ Li
(3) หลังจากการสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ที่อุณหภูมิสูง- ความแข็งแรงของสารยึดเกาะจะลดลง ไม่สามารถระงับการบดของวัสดุออกฤทธิ์ในระหว่างการหมุนเวียนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
โซลูชั่น:
(1) เลือกหรือผสมสารยึดเกาะที่มี Tg สูงกว่า โดยลดสัมพรรคภาพกับอิเล็กโทรไลต์อย่างเหมาะสม เพื่อลดความเสียหายจากการบวมตัวที่อุณหภูมิสูง-ให้เหลือน้อยที่สุด
(2) สำหรับวัสดุซิลิคอนแอโนดที่มีการขยายตัวแบบวงกว้าง ให้ใช้-ตัวประสานโมดูลัสสูง เช่น ประเภท PA/PI/PAI เพื่อระงับหรือลดการแตกร้าวของอนุภาคซิลิคอนและการบดละเอียดระหว่างการหมุนเวียนอย่างมีประสิทธิภาพ
8. แบตเตอรี่มีแนวโน้มที่จะเสียรูปหรือไม่?
สาเหตุ:เมื่อสารยึดเกาะโพลีเมอร์แข็งเกินไป จะสร้างความเค้นภายในอย่างมีนัยสำคัญภายในอิเล็กโทรด ในระหว่างรอบการชาร์จ/คายประจุ การปล่อยความเครียดภายในนี้อาจทำให้เกิดการบิดตัวของอิเล็กโทรดและการเสียรูป ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การเสียรูปของแบตเตอรี่
สารละลาย:เพิ่มพลาสติไซเซอร์เพื่อลดความเครียดของอิเล็กโทรดภายใน
ตัวอย่าง:สารยึดเกาะ BI-4 มีประสิทธิภาพจลน์ที่ดีเยี่ยมใน CE แต่ทำให้เกิดการเสียรูปของแบตเตอรี่อย่างรุนแรง เพื่อบรรเทาปัญหานี้ จึงมีการใช้สารเติมแต่ง EC 2wt% ในระหว่างการผสมสารละลาย EC ซึ่งเป็นพลาสติไซเซอร์โมเลกุลขนาดเล็กจะระเหยอย่างสมบูรณ์ในระหว่างการทำให้อิเล็กโทรดแห้ง จึงไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเซลล์ ในขณะเดียวกันก็ช่วยปรับปรุงปัญหาการเสียรูปได้อย่างมาก
บทสรุป
แม้ว่าสารยึดเกาะจะเป็นเพียง "หยดในมหาสมุทร" ของสูตรอิเล็กโทรด แต่ก็ถือเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างสภาพการไหลของของเหลวและความเสถียรของการกระจายตัว การเผชิญกับความท้าทายต่างๆ เช่น การตกตะกอน การเกิดเจล การอุดตัน และปัญหาอนุพันธ์ของสิ่งเหล่านี้ เช่น การแตกร้าวของอิเล็กโทรดและ-การเกิดแก๊สที่อุณหภูมิสูง การปรับเปลี่ยนกระบวนการแบบมิติเดียว-มักจะจัดการกับอาการเท่านั้น ไม่ใช่สาเหตุที่แท้จริง มีเพียงความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลของสารยึดเกาะ ลักษณะการละลาย และปฏิสัมพันธ์กับวัสดุออกฤทธิ์เท่านั้นที่เราจะสามารถระบุ "อาการเจ็บป่วย" ได้อย่างแม่นยำและกำหนดวิธีการรักษาที่ถูกต้องได้ เราหวังว่าแนวทางที่ให้ไว้ในบทความนี้จะเป็นข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคที่มีคุณค่าสำหรับการปรับระบบสารละลายให้เหมาะสม การปรับพารามิเตอร์กระบวนการ และเพิ่มคุณภาพของการผลิตอิเล็กโทรด
เกี่ยวกับ ทีโอบี นิว เอ็นเนอร์จี
TOB NEW ENERGY คือผู้ให้บริการชั้นนำด้านโซลูชั่นครบวงจรสำหรับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่และภาคการวิจัยและพัฒนา เราเชี่ยวชาญในการส่งมอบสายการผลิตแบตเตอรี่-ถึง-ปลายทาง สายการผลิตนำร่อง และสายการผลิตทดลองที่ปรับให้เหมาะกับงบประมาณและข้อกำหนดด้านผลผลิตเฉพาะของคุณ บริการของเราครอบคลุมทุกอย่างตั้งแต่การออกแบบและการก่อสร้างสิ่งอำนวยความสะดวก ไปจนถึงการเลือกอุปกรณ์ การจัดหา การติดตั้ง การทดสอบการใช้งาน และการฝึกอบรมพนักงาน
เราภาคภูมิใจในการนำเสนอการสนับสนุนเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ล้ำสมัย- รวมถึงความเชี่ยวชาญในด้านแบตเตอรี่โซลิด- แบตเตอรี่โซเดียม-ไอออน แบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ และเทคโนโลยีอิเล็กโทรดแบบแห้ง ทีมผู้เชี่ยวชาญด้านแบตเตอรี่โดยเฉพาะของเราให้คำแนะนำด้านเทคนิคเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ในด้านความจุ ความสามารถด้านอัตรา อายุการใช้งานของวงจร และความปลอดภัย
นอกจากนี้ เรายังจัดหาอุปกรณ์ที่ปรับแต่งได้หลากหลายสำหรับทุกขั้นตอนตั้งแต่ห้องปฏิบัติการไปจนถึงการนำร่องไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก ควบคู่ไปกับกลุ่มผลิตภัณฑ์วัสดุแบตเตอรี่ขั้นสูงที่ครอบคลุมเพื่อสนับสนุนความพยายามในการวิจัยและพัฒนาของคุณ วางใจ TOB NEW ENERGY สำหรับทุกความต้องการด้านการผลิตแบตเตอรี่และการวิจัยและพัฒนาของคุณ
ติดต่อเราวันนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับวิธีที่เราสามารถขับเคลื่อนนวัตกรรมของคุณ
