I. ניתוח של טכנולוגיית הכנת אלקטרודות יבשות
1. מבוא לתהליכים יבשים לעומת רטובים והשוואת חומרים
התהליך הרטוב המסורתי כולל ערבוב של חומר פעיל, חומר מוליך וחומר מקשר בממס ביחסים ספציפיים, ולאחר מכן ציפוי התערובת על משטח הקולט הזרם באמצעות ציפוי חריץ-על ידי קלנדר.
התהליך היבש כולל -ערבוב חלקיקים פעילים וחומרים מוליכים יבשים באופן אחיד, הוספת קלסר, יצירת סרט-תומך בעצמו באמצעות פרפור קלסר, ולבסוף קלנדר אותו על משטח הקולט הנוכחי.
2. תהליך ייצור סרט יבש
2.1 תהליך הכנת סרט יבש-תומכת עצמית
שיטות הסרט היבש כוללות פרפור קלסר וריסוס אלקטרוסטטי, כאשר פרפור קלסר הוא הטכניקה המרכזית. ריסוס אלקטרוסטטי מייצר ביצועים נמוכים יותר של פרפור קלסר ביכולות העיבוד הבאות, יציבות ההידבקות, גמישות האלקטרודות והעמידות.
פרפור קלסר: מערבבים אבקת חומר פעיל וחומר מוליך, מוסיפים חומר קלסר PTFE, וכוח גזירה חיצוני גבוה מופעל על פרפור PTFE, אבקת סרט אלקטרודות מליטה. לאחר מכן מוציאים את התערובת לסרט-תומך בעצמו.
ריסוס אלקטרוסטטי: חומר פעיל, חומר מוליך וחלקיקי מקשר מעורבבים מראש-בגז- בלחץ גבוה. אבקה נטענת באופן שלילי באמצעות אקדח ריסוס אלקטרוסטטי ומופקדת על אספן זרם של רדיד מתכת טעון חיובי. לאחר מכן, האספן המצופה-מצופה-בחום; הקלסר המומס נצמד לאבקות אחרות ונדחס לסרט-תומך בעצמו.
2.2 עיקרון של פרפור טכנולוגיית תהליך יבש
פרפור הופך PTFE לסיבים תחת כוח גזירה חיצוני. בשל כוחות ואן דר-ואלס הנמוכים של PTFE והערימה הרופפת, כוחות הגזירה הופכים אגרטלים לסיבים היוצרים אבקת אלקטרודות קושרת לרשת.
טמפרטורה וגזירה הם גורמים קריטיים המשפיעים על פרפור PTFE. מעל 19 מעלות, PTFE עובר ממערכת גבישים טריקלינית למשושה, מרכך שרשראות מולקולריות ומאפשר פרפור.
יצירת סרט פרפור- קודמת לקלנדר אלקטרודות. ציוד פרפור מיינסטרים כולל טחנות סילון, מכבשי ברגים וטחנות פתוחות.
לאחר ערבוב יסודי של PTFE וחומר פעיל, התערובת מוזנת למכונת פרפור. בלחץ רולר, הוא יוצר סרט-תומך בעצמו. נתונים ניסויים מראים כי מהירויות הזנה נמוכות יותר מגדילות את עכבת סרט האלקטרודה, בעוד שכוח קלנדר גדול יותר מפחית את העכבה.
II. אלקטרודה יבשה לעומת רטובה: יתרונות וחסרונות
1. עלות נמוכה יותר: הפחתה של 18% בעלויות הייצור
לתהליך היבש יש פחות שלבים. ייצור המוני מפחית את עלויות ייצור התאים ב-18% (0.056 RMB/Wh). בעיבוד רטוב, ציפוי/ייבוש ושחזור ממס מהווים 22.76% ו-53.99% מעלות הציוד, העבודה, המתקן והאנרגיה, בהתאמה. התהליך היבש מחליף את ציפוי הממסים ב-היווצרות סרט תומך עצמי, מבטל ממס NMP, ייבוש אלקטרודות ושחזור ממס-בקיצוץ משמעותי בעלויות.
התהליך היבש ידידותי יותר-לסביבה וניתן להרחבה. NMP רעיל (N-methylpyrrolidon) דורש מיחזור עתיר אנרגיה- בתהליכים רטובים. עיבוד יבש ללא-ממס מפשט זרימות עבודה, מפחית את טביעת הרגל של הציוד ומאפשר ייצור אלקטרודות בקנה מידה גדול.
2. צפיפות חומר פעיל גבוהה יותר: עלייה של 20% בצפיפות האנרגיה
פרפור PTFE מאפשר מורפולוגיה חלקה יותר של אלקטרודות יבשות לעומת אלקטרודות רטובות. אידוי ממס בעיבוד רטוב יוצר חללים בין חומר פעיל לחומרים מוליכים, ומפחית את צפיפות הדחיסה. ללא ייבוש, אלקטרודות יבשות מבטלות חללים, ומבטיחות מגע הדוק יותר עם החלקיקים.
אלקטרודות יבשות משיגות צפיפות דחיסה גבוהה יותר עם פחות סדקים/מיקרו-נקבוביות:
- LFP: 2.30 g/cm³ → 3.05 g/cm³ (+32.61%)
- NMC: 3.34 g/cm³ → 3.62 g/cm³ (+8.38%)
- אנודת גרפיט: 1.63 גרם/ס"מ³ → 1.81 גרם\\ס"מ³ (+11.04%)
תכולת חומר פעיל גבוהה יותר לנפח מאפשרת צפיפות אנרגיה גדולה יותר.
סוללות יבשות משיגות צפיפות אנרגיה גבוהה ב-20% בתנאים זהים. נתוני Maxwell מראים כי אלקטרודות יבשות עולות על 300 וואט/ק"ג, עם פוטנציאל ל-500 וואט/ק"ג.
אלקטרודות יבשות תומכות במגבלות עובי גדולות יותר (30 מיקרומטר-5 מ"מ לעומת 160 מיקרומטר רטוב), משפרות את קיבולת השטח ואת התאימות לחומרים פעילים מגוונים.
3. ביצועים חשמליים מעולים
בדיקות מעבדה מאשרות שסוללות תהליך יבש-מצטיינות בחיי מחזור, עמידות ועכבה. רשת הפיברילים משפרת את יציבות החומר ואת הביצועים החשמליים.
בעיבוד רטוב, 500 מחזורים צוברים מתח פנימי בחלקיקים פעילים, וגורמים לסדקים -בחתך הפוגעים בביצועי הסוללה. בעיבוד יבש, רשת הפיבריל מצפה חומרים פעילים, שומרת על שלמות מבנית לאחר 500 מחזורים עם סדקים מינימליים על פני השטח. מבנה הרשת גם מדכא התפשטות חומר אקטיבית, מונע ניתוק חלקיקים מקולטי הזרם ומשפר את היציבות והביצועים החשמליים.
צור איתנו קשר למידע נוסף על שלנותמיסות אלקטרודות יבשות.
