בחזית הייצור של ערבוב, ציפוי והרכבה של סוללות ליתיום, שקיעת תפוחים, ג'ליציה (ג'לי-כמו עקביות) וחסימת ראשי ציפוי הן שלוש "מחלות" מתמשכות שמטרידות מהנדסי תהליכים. בעיות אלו עלולות לעורר עוד יותר תגובות שרשרת כמו פיצוח אלקטרודות, דה למינציה של הסרט ועיוות סוללה. חוסר יציבות כאלה לא רק מוביל לעקביות ירודה של האלקטרודות, אלא גם גורר ישירות את תפוקת הייצור והקיבולת.
לעתים קרובות, אנו נוטים להתאים את תהליך הערבוב או התוכן המוצק, תוך התעלמות מהתפקיד הקריטי של מרכיב מינורי אך מרכזי בנוסחה - הקלסר. מאמר זה יתחיל ממנגנוני המיקרו- של קלסרים, יפרום את המורכבות שכבה אחר שכבה ויספק "אחת-עצירה אחת" לפתרון בעיות ומדריך לפתרון הבעיות שהוזכרו לעיל.
א. כיצד לטפל בשקיעה של רפש?
גורמים:
(1) סוג ה-CMC שנבחר אינו מתאים. מידת ההחלפה (DS) והמשקל המולקולרי של CMC יכולים להשפיע על יציבות התרחיץ. לדוגמה, ל-CMC עם DS נמוך יש הידרופיליות ירודה אך יכולת הרטבה טובה עבור גרפיט; עם זאת, הוא מציע יכולת מתלים חלשה.
(2) שימוש לא מספק ב-CMC, כשל בהשעיה יעילה של רכיבי התרחיץ.
(3) יותר מדי CMC משתתף בתהליך הלישה, מה שמוביל ללא מספיק CMC חופשי זמין בין חלקיקים להשעיה, מה שגורם לעתים קרובות ליציבות תמיסת ירודה.
(4) כוחות גזירה מכאניים גבוהים או תנודות ב-pH של הרחצה עלולים לגרום לדהולציה של SBR, מה שמוביל לשקיעה של הרחצה.
פתרונות:
(1) עבור ל-CMC או התערבב עם CMC בעל DS גבוה ומשקל מולקולרי גדול. לדוגמה, שימוש בשילוב של WSC (משקל מולקולרי נמוך, DS נמוך, יכולת הרטבה טובה של גרפיט, תרחיף חלש) ו-CMC2200 בנוסחאות לייצור המוני יכול לשפר באופן משמעותי את יציבות התלושים.
(2) הגדלת מינון ה-CMC היא אחד האמצעים היעילים ביותר להגברת יציבות המריחה, אך יש למצוא איזון בהתחשב ביכולת התהליך ובביצועי הטמפרטורות הנמוכות-של הסוללה.
(3) הפחתת כמות ה-CMC המעורבת בלישה והגדלת תכולת ה-CMC החופשית יכולה לשפר את יציבות התלושים במידה מסוימת.
(4) לאחר הוספת SBR למערכת התלושים, הפחיתו את מהירות הערבול של המיקסר הפלנטרי כדי למנוע דהמולסיפיקציה.
חקור את שירותי ההתאמה האישית של ציוד הסוללה שלנו עבור תהליכי ערבוב תפוחים אופטימליים.
II. חסימת מסנן במהלך הסינון - מה לעשות?
גורמים:
(1) הרטבה לקויה של חומרים פעילים, המובילה לפיזור לא מספק.
(2) פיזור SBR הגורם לכישלון סינון.
פתרונות:
(1) אמצו תהליך לישה לשיפור הפיזור.
(2) לאחר הוספת SBR למערכת התלושים, הפחית את מהירות הערבול כדי למנוע דהמולסיפיקציה.
III. איך להתמודד עם ג'ל תפוחים?
גורמים:ג'ל מתחלק בעיקר לשתי קטגוריות: ג'ל פיזי וג'ל כימי.
(1) ג'ל פיזי: נגרם על ידי חומר פעיל קתודה, פחמן שחור מוליך (SP), או ממס NMP הסופג לחות, או לחות סביבתית מוגזמת. חלקיקים מוקפים בשרשראות פולימר PVDF. כאשר תכולת המים חורגת מהמגבלות, תנועת השרשרת מעוכבת, מה שמוביל להסתבכות בין-שרשרת, מופחתת נזילות התמיסה וג'ל.
(2) ג'ל כימי: נוטה להתרחש במהלך עיבוד או אחסון של חומרים פעילים-גבוהים של ניקל או-אלקליניות. בסביבת ה-pH הגבוהה שנוצרת על ידי שאריות בסיסיות, עמוד השדרה של פולימר PVDF עובר בקלות דהידרופלואורינציה (אובדן HF), ויוצר קשרים כפולים. מים או אמינים קיימים בממס יכולים אז לתקוף את הקשרים הכפולים הללו, ולגרום לקישור-. זה מקטין מאוד את כושר הייצור ומדרדר את ביצועי הסוללה. בדרך כלל, ג'לציה מחמירה עם אלקליניות מוגברת של החומר הפעיל.
פתרונות:
(1) ג'ל פיזי: בקרה על ידי ניהול קפדני של הלחות בחומרי הגלם והסביבה, ושימוש במהירויות ערבוב מתאימות במהלך אחסון התלושים.
(2) ג'ל כימי: ניתן למתן באמצעות השיטות הבאות:
* חומרים פעילים יבשים ופחמן מוליך לפני פיזור להסרת מים ספוגים; השתמש ב-NMP בטוהר גבוה יותר.
* שליטה קפדנית על לחות הסביבה במהלך תהליך הערבוב.
* חומרי מקור NCM עם Li חופשי משטח מופחת להורדת הבסיסיות.
* פיתוח אנטי-ג'ל PVDF. אסטרטגיית הפיתוח כוללת השתלת יחידות מונומר אחרות (למשל, אתר ויניל, הקספלואורופרופילן, טטראפלואורואתילן) כדי להחליף H/F ביחידת -CH2-CF2-, עיכוב אובדן HF מתמשך והפחתת אתרי קישור צולב.
* לפתח קלסרים קתודיים שאינם-PVDF. מכיוון שהשיטות שלעיל אינן יכולות לעכב לחלוטין את דה-הידרופלואורינציה של PVDF, נותרו סיכונים בעת שימוש בקתודות בסיסיות מאוד (גבוה-ניקל, NCA) או בתוספים פונקציונליים (Li2CO3 בסיסי). פיתוח קלסרים אלטרנטיביים נועד לפתור בעיה זו באופן יסודי.
למד על חומרי הסוללה המתקדמים שלנו, כולל קלסרים מיוחדים.
IV. מראה אלקטרודה מצופה גרוע (פיצוח)
גורמים:
(1) לקלסר עצמו יש טמפרטורת מעבר זכוכית גבוהה (Tg), מה שגורם לטמפרטורת-היווצרות הסרט שלו לעלות על טמפרטורת הציפוי. יצירת סרט קשה מובילה לפיצוח אלקטרודה.
(2) בחומרים המבוססים על- מים, התכווצות חמורה במהלך איבוד מים באשפרה עלולה לגרום לסדיקה כללית של אלקטרודה, למשל במערכות PAA מימיות.
דוגמה: פולימרי חומצה פוליאקרילית הם קשיחים עם גמישות ירודה. במהלך ייצור האלקטרודות,-שטח גדול יכול להתרחש התכרבלות וסדקים, מה שמוביל לתפוקת ייצור נמוכה מאוד בציפוי ובליפול.
אלקטרודת PAA מציגה התכרבלות וסדקים במהלך העיבוד
פתרונות:
(1) אם מראה ציפוי לקוי נובע מטמפרטורת-היווצרות הסרט הגבוהה של הקלסר, עבור לחומר קלסר עם טמפרטורת-היווצרות הסרט נמוכה יותר.
(2) עבור מערכות PAA מימיות, הוספת EC כחומר פלסטי מסייעת באופן משמעותי לשיפור פיצוח האלקטרודות.
בדיקת מנדרל המדגימה גמישות משופרת של האלקטרודות
V. מראה אלקטרודה מצופה גרוע (בועות)
גורמים:
(1) סיבים בלתי מסיסים ב-CMC יכולים לגרום לבועות גרגיריות במהלך הציפוי.
(2) מתחלב מוגזם ב-SBR. מתחלבים פועלים כמו פעילי שטח, מייצבים את מתח פני הבועות ומונעים הסרת בועות.
מתחלב קצף מייצב
פתרונות:
(1) השתמש ב-CMC עם תוכן בלתי מסיס נמוך, למשל, החלפת CMC2200 ב-MAC500 בפורמולות מסוימות לייצור EV.
(2) הפחת את כמות מתחלב ב-SBR המשמש.
VI. גז סוללה בטמפרטורה גבוהה?
לִגרוֹם:כאשר מולקולות פולימר מכילות קבוצות פונקציונליות רבות קוטביות, הן נוטות לספוג לחות. לחות זו יכולה להגיב עם יוני ליתיום במהלך אחסון-בטמפרטורה גבוהה, וליצור גז מימן.
פִּתָרוֹן:לשלוט בתכולת הלחות בתוך התא ו/או להשתמש בתהליכי היווצרות-טמפרטורות גבוהות,-גבוהות-של-טעינה (SOC).
דוּגמָה:תאים שמשתמשים בקלסר SD-3 הראו נפיחות משמעותית עקב גז במהלך אחסון של 85 מעלות. על ידי שליטה בלחות התא מתחת ל-100ppm ושימוש בתהליך היווצרות SOC גבוה, בעיית האחסון בטמפרטורה גבוהה השתפרה באופן ניכר.
VII. קיבולת דהייה מהירה ברכיבה-בטמפרטורה גבוהה?
גורמים:
(1) התנפחות מופרזת של קלסר בטמפרטורה גבוהה, משבשת את הרשת המוליכה הרציפה בין חלקיקים.
(2) יציבות ירודה של הקלסר בטמפרטורה גבוהה, המובילה להתמוססות או תגובה כימית עם Li.
(3) לאחר חשיפה לטמפרטורה- גבוהה לאלקטרוליט, חוזק הקלסר פוחת, ולא מצליח לדכא ביעילות את פירוק החומר הפעיל במהלך רכיבה על אופניים.
פתרונות:
(1) בחר או ערבב קלסרים עם Tg גבוה יותר, תוך הפחתת הזיקה שלהם עם האלקטרוליט כדי למזער נזקי התנפחות-בטמפרטורה גבוהה.
(2) עבור חומרי אנודות סיליקון עם התפשטות מחזורית גדולה, השתמש בחומרי קלסר- גבוה כמו PA/PI/PAI כדי לדכא או להפחית ביעילות פיצוח ופירוק חלקיקי סיליקון במהלך הרכיבה.
ח. סוללה נוטה לעיוותים?
לִגרוֹם:כאשר קלסר הפולימר נוקשה מדי, הוא יוצר מתח פנימי משמעותי בתוך האלקטרודה. במהלך מחזורי טעינה/פריקה, שחרור הלחץ הפנימי הזה עלול לגרום לפיתול ועיוות של האלקטרודה, מה שיוביל בסופו של דבר לעיוות הסוללה.
פִּתָרוֹן:הוסף חומרי פלסטיק כדי להפחית את מתח האלקטרודות הפנימי.
דוּגמָה:קלסר BI-4 הראה ביצועים קינטיים מצוינים ב-CEs אך גרם לעיוות חמור של הסוללה. כדי למתן את זה, תוסף EC של 2wt% הוכנס במהלך ערבוב התלושים. EC, פלקט מולקולה קטנה, מתנדף לחלוטין במהלך ייבוש האלקטרודות, ובכך אין השפעה משמעותית על הביצועים החשמליים של התא תוך שיפור משמעותי בבעיית העיוות.
מַסְקָנָה
למרות שהקלסרים מהווים רק "טיפה בים" של נוסחת האלקטרודה, הם מכילים את המפתח לריולוגיה של התרחבות ויציבות הפיזור. בהתמודדות עם אתגרים כמו שקיעה, ג'ל, חסימות ובעיות הנגזרות שלהן כמו פיצוח אלקטרודות וגז-בטמפרטורה גבוהה, התאמות תהליך חד-ממדי- מתייחסות לרוב רק לסימפטומים, ולא לשורש. רק על ידי הבנה מעמיקה של המבנה המולקולרי של הקלסר, מאפייני הפירוק והאינטראקציה עם חומרים פעילים נוכל לזהות במדויק את ה"מחלה" ולרשום את התרופה הנכונה. אנו מקווים שהגישה המופיעה במאמר זה תציע התייחסות טכנית רבת ערך לאופטימיזציה של מערכת הרחצה שלך, התאמת פרמטרי תהליך ושיפור איכות ייצור האלקטרודות.
אודות TOB NEW ENERGY
TOB NEW ENERGY היא ספקית מובילה של פתרונות מקיפים לתעשיית הסוללות ולמגזרי המו"פ. אנו מתמחים באספקת קווי ייצור של סוללות, קווי פיילוט וקווי ניסוי המותאמים לתקציב ולדרישות התפוקה הספציפיות שלך. השירותים שלנו כוללים הכל, החל מתכנון ובניית מתקנים ועד בחירת ציוד, אספקה, התקנה, הזמנה והדרכת צוות.
אנו גאים בכך שאנו מציעים תמיכה בטכנולוגיית סוללות-מתקדמת, כולל מומחיות בסוללות-מצב מוצק, סוללות נתרן-יון, סוללות ליתיום-גופרית וטכנולוגיית אלקטרודות יבשות. הצוות המסור של מומחי הסוללות מספק הדרכה טכנית לשיפור ביצועי המוצר על פני קיבולת, יכולת תעריף, חיי מחזור ובטיחות.
יתר על כן, אנו מספקים מגוון רחב של ציוד מותאם אישית לכל השלבים ממעבדה ועד פיילוט לייצור המוני, לצד פורטפוליו מקיף של חומרי סוללות מתקדמים לתמיכה במאמצי המחקר והפיתוח שלך. סמוך על TOB NEW ENERGY עבור כל צרכי ייצור הסוללות והמו"פ שלך.
צור קשר עוד היוםכדי לדון כיצד נוכל להניע את החדשנות שלך.
