I. Phân tích công nghệ chế tạo điện cực khô
1. Giới thiệu về quy trình khô và ướt và so sánh vật liệu
Quy trình ướt truyền thống bao gồm việc trộn vật liệu hoạt tính, chất dẫn điện và chất kết dính trong dung môi theo tỷ lệ cụ thể, sau đó phủ hỗn hợp lên bề mặt bộ thu dòng điện thông qua một khe{0}}máy phủ khuôn bằng cách cán.
Quá trình khô bao gồm việc-trộn khô các hạt hoạt tính và chất dẫn điện một cách đồng nhất, thêm chất kết dính, tạo thành một màng-tự hỗ trợ thông qua quá trình rung sợi chất kết dính và cuối cùng là cán nó lên bề mặt bộ thu dòng điện.
2. Quy trình sản xuất màng khô
2.1 Quá trình chuẩn bị khô phim tự hỗ trợ
Các phương pháp tạo màng khô bao gồm rung sợi chất kết dính và phun tĩnh điện, trong đó rung sợi chất kết dính là kỹ thuật chủ đạo. Phun tĩnh điện kém hơn quá trình tạo rung chất kết dính trong khả năng xử lý tiếp theo, độ ổn định bám dính, tính linh hoạt của điện cực và độ bền.
Rung chất kết dính: Bột vật liệu hoạt tính và chất dẫn điện được trộn lẫn, chất kết dính PTFE được thêm vào và lực cắt cao bên ngoài được áp dụng cho fibrillate PTFE, bột màng điện cực liên kết. Sau đó, hỗn hợp này được ép thành một lớp màng-tự hỗ trợ.
Phun tĩnh điện: Vật liệu hoạt tính, chất dẫn điện và các hạt chất kết dính được-trộn trước với khí-áp suất cao. Bột được tích điện âm thông qua súng phun tĩnh điện và lắng đọng trên bộ thu dòng lá kim loại tích điện dương. Sau đó, bộ thu gom được phủ chất kết dính-được ép nóng-; chất kết dính nóng chảy bám vào các loại bột khác và được nén thành một lớp màng tự hỗ trợ.
2.2 Nguyên lý công nghệ xử lý khô sợi
Fibrillation biến PTFE thành fibrils dưới tác dụng của lực cắt bên ngoài. Do lực van der Waals thấp của PTFE và khả năng xếp chồng lỏng lẻo, lực cắt chuyển đổi các chất kết tụ thành các sợi nhỏ tạo thành bột điện cực liên kết mạng.
Nhiệt độ và độ cắt là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình rung của PTFE. Trên 19 độ, PTFE chuyển từ hệ tinh thể ba trục sang hệ tinh thể lục giác, làm mềm các chuỗi phân tử và cho phép tạo sợi.
Quá trình tạo màng rung-đi trước quá trình cán điện cực. Thiết bị rung thông thường bao gồm máy nghiền phản lực, máy đùn trục vít và máy nghiền hở.
Sau khi trộn kỹ PTFE và vật liệu hoạt tính, hỗn hợp này được đưa vào máy tạo sợi. Dưới áp lực của con lăn, nó tạo thành một lớp màng-tự hỗ trợ. Dữ liệu thực nghiệm cho thấy tốc độ cấp liệu thấp hơn làm tăng trở kháng màng điện cực, trong khi lực cán lớn hơn làm giảm trở kháng.
II. Điện cực khô và ướt: Ưu điểm và nhược điểm
1. Chi phí thấp hơn: Giảm 18% chi phí sản xuất
Quá trình khô có ít bước hơn. Sản xuất hàng loạt giúp giảm 18% chi phí sản xuất pin (0,056 RMB/Wh). Trong xử lý ướt, lớp phủ/sấy khô và thu hồi dung môi lần lượt chiếm 22,76% và 53,99% chi phí thiết bị, nhân công, cơ sở vật chất và năng lượng. Quá trình khô thay thế lớp phủ bùn bằng-sự hình thành màng tự hỗ trợ, loại bỏ dung môi NMP, làm khô điện cực và thu hồi dung môi-cắt giảm đáng kể chi phí.
Quá trình khô thân thiện với môi trường hơn{0}}và có thể mở rộng quy mô. NMP độc hại (N-methylpyrrolidone) yêu cầu tái chế tốn nhiều năng lượng- trong quy trình ướt. Quá trình xử lý khô không dùng-dung môi giúp đơn giản hóa quy trình làm việc, giảm tiêu tốn thiết bị và cho phép sản xuất điện cực-quy mô lớn.
2. Mật độ vật liệu hoạt động cao hơn: Tăng mật độ năng lượng 20%
Rung PTFE cho phép hình thái điện cực khô mượt mà hơn so với điện cực ướt. Sự bay hơi dung môi trong quá trình xử lý ướt tạo ra khoảng trống giữa vật liệu hoạt tính và chất dẫn điện, làm giảm mật độ nén. Không làm khô, các điện cực khô sẽ loại bỏ các khoảng trống, đảm bảo các hạt tiếp xúc chặt chẽ hơn.
Các điện cực khô đạt được mật độ nén cao hơn với ít vết nứt/lỗ chân lông nhỏ hơn:
- LFP: 2,30 g/cm³ → 3,05 g/cm³ (+32.61%)
- NMC: 3,34 g/cm³ → 3,62 g/cm³ (+8.38%)
- Cực dương than chì: 1,63 g/cm³ → 1,81 g/cm³ (+11.04%)
Hàm lượng vật liệu hoạt động cao hơn trên mỗi thể tích cho phép mật độ năng lượng lớn hơn.
Pin khô đạt được mật độ năng lượng cao hơn 20% trong điều kiện giống nhau. Dữ liệu của Maxwell cho thấy các điện cực khô vượt quá 300 Wh/kg, có tiềm năng đạt 500 Wh/kg.
Điện cực khô hỗ trợ giới hạn độ dày lớn hơn (30 µm–5 mm so với 160 µm của ướt), nâng cao công suất diện tích và khả năng tương thích với các vật liệu hoạt tính đa dạng.
3. Hiệu suất điện vượt trội
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm xác nhận pin xử lý khô vượt trội về tuổi thọ, độ bền và trở kháng. Mạng fibril tăng cường độ ổn định của vật liệu và hiệu suất điện.
Trong quá trình xử lý ướt, 500 chu kỳ tích tụ ứng suất bên trong trong các hạt hoạt động, gây ra các vết nứt mặt cắt ngang làm giảm hiệu suất của pin. Trong quá trình xử lý khô, mạng lưới fibril bao phủ các vật liệu hoạt động, duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc sau 500 chu kỳ với vết nứt bề mặt ở mức tối thiểu. Cấu trúc lưới cũng ngăn chặn sự giãn nở của vật liệu hoạt động, ngăn chặn sự tách hạt khỏi bộ thu dòng điện và cải thiện độ ổn định và hiệu suất điện.
Liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin về chúng tôidung dịch điện cực khô.
