Trong quá trình sản xuất hỗn hợp bùn, lớp phủ và quá trình lắp ráp sau đó, quá trình lắng đọng bùn, tạo gel (độ đặc-giống như thạch) và tắc nghẽn ở đầu lớp phủ là ba "căn bệnh" dai dẳng gây khó khăn cho các kỹ sư xử lý. Những vấn đề này có thể gây ra thêm các phản ứng dây chuyền như nứt điện cực, bong tróc màng và biến dạng pin. Sự mất ổn định như vậy không chỉ dẫn đến tính đồng nhất của điện cực kém mà còn trực tiếp kéo giảm năng suất và công suất sản xuất.
Thông thường, chúng ta có xu hướng điều chỉnh quá trình trộn hoặc hàm lượng chất rắn mà bỏ qua vai trò quan trọng của một thành phần nhỏ nhưng then chốt trong công thức – chất kết dính. Bài viết này sẽ bắt đầu từ các cơ chế vi mô{1}}của chất kết dính, làm sáng tỏ sự phức tạp theo từng lớp và cung cấp hướng dẫn giải pháp và khắc phục sự cố "một{2}}điểm dừng" cho các vấn đề nói trên.
I. Làm thế nào để giải quyết tình trạng lắng đọng bùn?
Nguyên nhân:
(1) Loại CMC đã chọn không phù hợp. Mức độ thay thế (DS) và trọng lượng phân tử của CMC có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của bùn. Ví dụ, CMC có DS thấp có tính ưa nước kém nhưng than chì có khả năng thấm ướt tốt; tuy nhiên, nó có khả năng treo bùn yếu.
(2) Sử dụng CMC không đủ, không thể đình chỉ hiệu quả các thành phần bùn.
(3) Quá nhiều CMC tham gia vào quá trình nhào, dẫn đến lượng CMC tự do giữa các hạt không đủ để tạo huyền phù, thường dẫn đến độ ổn định của bùn kém.
(4) Lực cắt cơ học cao hoặc sự dao động của pH bùn có thể gây ra quá trình khử nhũ tương SBR, dẫn đến lắng đọng bùn.
Giải pháp:
(1) Chuyển sang hoặc phối hợp với CMC có DS cao và trọng lượng phân tử lớn. Ví dụ, sử dụng kết hợp WSC (trọng lượng phân tử thấp, DS thấp, khả năng thấm ướt than chì tốt, huyền phù yếu) và CMC2200 trong công thức sản xuất hàng loạt có thể cải thiện đáng kể độ ổn định của bùn.
(2) Tăng liều lượng CMC là một trong những phương tiện hiệu quả nhất để nâng cao độ ổn định của bùn, nhưng phải tìm ra sự cân bằng khi xem xét khả năng xử lý và hiệu suất-ở nhiệt độ thấp của pin.
(3) Giảm lượng CMC liên quan đến quá trình nhào và tăng hàm lượng CMC tự do có thể cải thiện độ ổn định của bùn ở một mức độ nhất định.
(4) Sau khi thêm SBR vào hệ thống bùn, hãy giảm tốc độ khuấy của máy trộn hành tinh để ngăn chặn quá trình khử nhũ tương.
Khám phá các dịch vụ tùy chỉnh thiết bị pin của chúng tôi để có quy trình trộn bùn được tối ưu hóa.
II. Bộ lọc bị tắc trong quá trình lọc - Phải làm gì?
Nguyên nhân:
(1) Vật liệu hoạt tính bị ướt kém, dẫn đến độ phân tán không đủ.
(2) Khử nhũ tương SBR gây ra lỗi lọc.
Giải pháp:
(1) Áp dụng quy trình nhào trộn để cải thiện độ phân tán.
(2) Sau khi thêm SBR vào hệ thống huyền phù, giảm tốc độ khuấy để tránh hiện tượng khử nhũ tương.
III. Làm thế nào để xử lý gel hóa bùn?
Nguyên nhân:Gelation chủ yếu rơi vào hai loại: gel vật lý và gel hóa học.
(1) Gel vật lý: Được tạo ra bởi vật liệu hoạt tính catốt, muội than dẫn điện (SP), hoặc dung môi NMP hấp thụ độ ẩm hoặc độ ẩm môi trường quá mức. Các hạt được bao quanh bởi chuỗi polymer PVDF. Khi hàm lượng nước vượt quá giới hạn, chuyển động của chuỗi bị cản trở, dẫn đến sự vướng víu giữa các chuỗi, làm giảm tính lưu động của bùn và sự tạo gel.
(2) Gel hóa học: Dễ xảy ra trong quá trình xử lý hoặc bảo quản các vật liệu hoạt tính có hàm lượng-niken hoặc độ kiềm cao-cao. Trong môi trường pH cao được tạo ra bởi các dư lượng cơ bản, mạch polyme PVDF dễ dàng trải qua quá trình khử hydro (mất HF), hình thành liên kết đôi. Sau đó, nước hoặc amin hiện có trong dung môi có thể tấn công các liên kết đôi này, gây ra liên kết chéo. Điều này làm giảm nghiêm trọng năng lực sản xuất và làm giảm hiệu suất của pin. Nói chung, quá trình tạo gel trở nên tồi tệ hơn khi độ kiềm của vật liệu hoạt động tăng lên.
Giải pháp:
(1) Gel vật lý: Kiểm soát bằng cách quản lý chặt chẽ độ ẩm trong nguyên liệu thô và môi trường, đồng thời sử dụng tốc độ khuấy thích hợp trong quá trình bảo quản bùn.
(2) Gel hóa học: Có thể giảm thiểu bằng các phương pháp sau:
* Làm khô các vật liệu hoạt tính và cacbon dẫn điện trước khi phân tán để loại bỏ nước bị hấp phụ; sử dụng NMP có độ tinh khiết cao hơn.
* Kiểm soát chặt chẽ độ ẩm môi trường trong quá trình trộn.
* Tìm nguồn nguyên liệu NCM có Li tự do bề mặt giảm để có độ kiềm thấp hơn.
* Phát triển PVDF chống{0}}gel. Chiến lược phát triển liên quan đến việc ghép các đơn vị monome khác (ví dụ: vinyl ether, hexafluoropropylene, tetrafluoroethylene) để thay thế H/F trong đơn vị -CH2-CF2-, ức chế sự mất HF liên tục và giảm các vị trí liên kết ngang.
* Phát triển chất kết dính cực âm không-PVDF. Vì các phương pháp trên không thể ức chế hoàn toàn quá trình khử hydroflorua của PVDF nên vẫn tồn tại rủi ro khi sử dụng cực âm có tính kiềm cao (niken-cao, NCA) hoặc chất phụ gia chức năng (Li2CO3 kiềm). Việc phát triển các chất kết dính thay thế nhằm mục đích giải quyết triệt để vấn đề này.
Tìm hiểu về các vật liệu pin tiên tiến của chúng tôi, bao gồm cả chất kết dính chuyên dụng.
IV. Bề ngoài điện cực được phủ kém (nứt)
Nguyên nhân:
(1) Bản thân chất kết dính có nhiệt độ chuyển thủy tinh cao (Tg), khiến nhiệt độ tạo màng-của nó vượt quá nhiệt độ lớp phủ. Sự hình thành màng khó khăn dẫn đến nứt điện cực.
(2) Trong chất kết dính gốc nước, sự co ngót nghiêm trọng do mất nước trong quá trình đóng rắn có thể gây ra nứt điện cực tổng thể, ví dụ: trong hệ thống PAA chứa nước.
Ví dụ: Polyme axit polyacrylic cứng và kém linh hoạt. Trong quá trình sản xuất điện cực, có thể xảy ra hiện tượng quăn và nứt trên diện rộng-, dẫn đến năng suất sản xuất lớp phủ và cuộn dây rất thấp.
Điện cực PAA bị cong và nứt trong quá trình xử lý
Giải pháp:
(1) Nếu bề ngoài lớp phủ kém là do nhiệt độ tạo màng-cao của chất kết dính, hãy chuyển sang chất kết dính có nhiệt độ tạo màng-thấp hơn.
(2) Đối với hệ thống PAA dạng nước, việc thêm EC làm chất làm dẻo giúp cải thiện đáng kể hiện tượng nứt điện cực.
Thử nghiệm trục gá chứng minh tính linh hoạt của điện cực được cải thiện
V. Bề ngoài điện cực được phủ kém (Bong bóng)
Nguyên nhân:
(1) Chất xơ không hòa tan trong CMC có thể gây ra bọt khí dạng hạt trong quá trình phủ.
(2) Chất nhũ hóa quá mức trong SBR. Chất nhũ hóa hoạt động giống như chất hoạt động bề mặt, ổn định sức căng bề mặt bong bóng và ngăn chặn sự loại bỏ bong bóng.
Bọt ổn định chất nhũ hóa
Giải pháp:
(1) Sử dụng CMC có hàm lượng không hòa tan thấp, ví dụ thay thế CMC2200 bằng MAC500 trong một số công thức sản xuất xe điện.
(2) Giảm lượng chất nhũ hóa trong SBR được sử dụng.
VI. Pin hết khí ở nhiệt độ cao?
Gây ra:Khi phân tử polyme chứa nhiều nhóm chức phân cực thì chúng có xu hướng hút ẩm. Độ ẩm này có thể phản ứng với các ion lithium trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ-cao, tạo ra khí hydro.
Giải pháp:Kiểm soát độ ẩm bên trong tế bào và/hoặc sử dụng các quy trình hình thành-nhiệt độ cao,-Trạng thái-điện tích (SOC) cao.
Ví dụ:Các tế bào sử dụng chất kết dính SD{4}}3 cho thấy sự phồng lên đáng kể do thoát khí trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ 85 độ. Bằng cách kiểm soát độ ẩm tế bào dưới 100ppm và sử dụng quy trình hình thành SOC cao, vấn đề bảo quản ở nhiệt độ cao đã được cải thiện rõ rệt.
VII. Công suất giảm dần nhanh chóng khi-nhiệt độ cao?
Nguyên nhân:
(1) Chất kết dính trương nở quá mức ở nhiệt độ cao, làm gián đoạn mạng lưới dẫn điện liên tục giữa các hạt.
(2) Độ ổn định của chất kết dính kém ở nhiệt độ cao, dẫn đến hòa tan hoặc phản ứng hóa học với Li.
(3) Sau khi-tiếp xúc với chất điện phân ở nhiệt độ cao, độ bền của chất kết dính giảm xuống, không thể ngăn chặn hiệu quả quá trình nghiền thành vật liệu hoạt tính trong quá trình đạp xe.
Giải pháp:
(1) Chọn hoặc trộn các chất kết dính có Tg cao hơn, giảm ái lực của chúng với chất điện phân một cách thích hợp để giảm thiểu tổn thương sưng tấy ở nhiệt độ-cao.
(2) Đối với vật liệu cực dương silicon có độ giãn nở chu kỳ lớn, hãy sử dụng chất kết dính có mô đun-cao như loại PA/PI/PAI để ngăn chặn hoặc giảm thiểu hiệu quả hiện tượng nứt hạt silicon và nghiền thành bột trong quá trình đạp xe.
VIII. Pin dễ bị biến dạng?
Gây ra:Khi chất kết dính polyme quá cứng, nó sẽ tạo ra ứng suất bên trong đáng kể bên trong điện cực. Trong chu kỳ sạc/xả, sự giải phóng ứng suất bên trong này có thể gây ra hiện tượng xoắn và biến dạng điện cực, cuối cùng dẫn đến biến dạng pin.
Giải pháp:Thêm chất hóa dẻo để giảm ứng suất điện cực bên trong.
Ví dụ:Chất kết dính BI-4 cho thấy hiệu suất động học tuyệt vời trong CE nhưng lại gây biến dạng nghiêm trọng cho pin. Để giảm thiểu điều này, chất phụ gia EC 2% trọng lượng đã được đưa vào trong quá trình trộn bùn. EC, một chất làm dẻo phân tử nhỏ, bay hơi hoàn toàn trong quá trình sấy điện cực, do đó không có tác động đáng kể đến hiệu suất điện của tế bào đồng thời cải thiện đáng kể vấn đề biến dạng.
Phần kết luận
Mặc dù chất kết dính chỉ tạo thành "giọt nước trong đại dương" trong công thức điện cực, nhưng chúng giữ chìa khóa cho tính lưu biến của bùn và độ ổn định phân tán. Đối mặt với những thách thức như lắng đọng, tạo gel, tắc nghẽn và các vấn đề phái sinh của chúng như nứt điện cực và tạo khí ở nhiệt độ-cao, việc điều chỉnh quy trình một chiều-thường chỉ giải quyết được triệu chứng chứ không giải quyết được nguyên nhân gốc rễ. Chỉ khi hiểu sâu sắc cấu trúc phân tử của chất kết dính, đặc tính hòa tan và tương tác với các hoạt chất, chúng ta mới có thể xác định chính xác “căn bệnh” và đưa ra phương pháp chữa trị phù hợp. Chúng tôi hy vọng phương pháp được cung cấp trong bài viết này cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật có giá trị để tối ưu hóa hệ thống bùn của bạn, điều chỉnh các thông số quy trình và nâng cao chất lượng sản xuất điện cực.
Giới thiệu về TOB NĂNG LƯỢNG MỚI
TOB NEW ENERGY là nhà cung cấp hàng đầu các giải pháp toàn diện cho ngành pin và lĩnh vực R&D. Chúng tôi chuyên cung cấp các dây chuyền sản xuất pin, dây chuyền thử nghiệm và dây chuyền thử nghiệm hoàn chỉnh phù hợp với yêu cầu về ngân sách và sản lượng cụ thể của bạn. Dịch vụ của chúng tôi bao gồm mọi thứ từ thiết kế và xây dựng cơ sở đến lựa chọn thiết bị, cung cấp, lắp đặt, vận hành và đào tạo nhân viên.
Chúng tôi tự hào cung cấp dịch vụ hỗ trợ-công nghệ pin tiên tiến, bao gồm kiến thức chuyên môn về pin-thể rắn, pin natri-ion, pin lithium-lưu huỳnh và công nghệ điện cực khô. Đội ngũ chuyên gia về pin tận tâm của chúng tôi cung cấp hướng dẫn kỹ thuật để nâng cao hiệu suất sản phẩm về công suất, khả năng định mức, vòng đời và độ an toàn.
Hơn nữa, chúng tôi cung cấp nhiều loại thiết bị tùy chỉnh cho tất cả các giai đoạn từ phòng thí nghiệm, thí điểm đến sản xuất hàng loạt, cùng với danh mục toàn diện các vật liệu pin tiên tiến để hỗ trợ nỗ lực nghiên cứu và phát triển của bạn. Hãy tin tưởng TOB NEW ENERGY cho mọi nhu cầu sản xuất pin và R&D của bạn.
Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nayđể thảo luận về cách chúng tôi có thể thúc đẩy sự đổi mới của bạn.
