סוללות ליתיום-יון נמצאות בשימוש נרחב בתחומים שונים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן, חיי מחזור ארוכים וידידותיות לסביבה. תמיסת האלקטרודה של האנודה היא אחד המרכיבים המרכזיים של סוללות ליתיום-יון, מה שמשפיע על הביצועים והבטיחות של הסוללות. לכן, חשוב להבין את תהליך ההכנה ואת אמצעי הזהירות של תרחיץ האלקטרודה של האנודה.
ניתן לחלק את תהליך ההכנה של תרחיץ האלקטרודה של האנודה לארבעה שלבים: הכנת חומרי גלם, ערבוב, ציפוי וייבוש.
חומרי הגלם לתרסיס האלקטרודה של האנודה כוללים בעיקר חומרים פעילים, חומרים מוליכים, קלסרים וממיסים. החומרים הפעילים הם המקור העיקרי ליוני ליתיום ולאלקטרונים בסוללה, כגון גרפיט, סיליקון, בדיל וסגסוגותיהם או חומרים מרוכבים שלהם. החומרים המוליכים משמשים לשיפור המוליכות החשמלית של התרחיץ והאלקטרודה, כגון פחמן שחור, גרפן וננו-צינורות פחמן. הקלסרים משמשים לחיבור החומרים הפעילים והחומרים המוליכים יחד והדבקתם לקולט הזרם, כגון פוליווינילידן פלואוריד (PVDF), גומי סטירן-בוטדין (SBR) ותאית קרבוקסימטיל (CMC). הממיסים משמשים להמסת הקושרים ולהתאמת צמיגות התרחיץ, כגון N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), מים ואתנול.
2. עִרבּוּב
שלב הערבוב הוא פיזור אחיד של החומרים הפעילים, החומרים המוליכים והקלסרים בממס ליצירת תמיסה הומוגנית. שיטת הערבוב יכולה להיות ערבוב מכני, פיזור קולי או כרסום כדורים. יש לשלוט על זמן הערבוב, המהירות והטמפרטורה בהתאם לתכונות חומרי הגלם והאיכות הרצויה של התרחיץ. שלב הערבוב הוא קריטי להשגת פיזור טוב, הידבקות ואחידות ציפוי של התרחיץ.
3. ציפוי
שלב הציפוי הוא ליישם את התרחיץ על רדיד מתכת (בדרך כלל נחושת) כקולט הזרם באמצעות מכונת ציפוי. שיטת הציפוי יכולה להיות להב רופא, חריץ או ציפוי ריסוס. יש להתאים את עובי הציפוי, המהירות והלחץ בהתאם למאפייני התרחיץ ולדרישות האלקטרודה. שלב הציפוי חיוני לקביעת העמסת המסה, הנקבוביות והמורפולוגיה של האלקטרודה.
4. ייבוש
שלב הייבוש הוא להסיר את הממס מהתמיסה המצופה באמצעות תנור ייבוש או מפוח אוויר חם. יש לבצע אופטימיזציה של טמפרטורת הייבוש, זמן והאווירה בהתאם לסוג הממס והחומר המקשר המשמשים בתרחיץ. שלב הייבוש חשוב לסילוק שאריות ממס, שיפור הידבקות קלסר ושיפור יציבות האלקטרודות.
אמצעי הזהירות של הכנת תבליית האלקטרודה של האנודה כוללים בעיקר:
- בחירת חומרי גלם מתאימים בהתאם לדרישות הביצועים של המצבר.
- בקרת היחס בין חומרים פעילים, חומרים מוליכים וקשרים בהתאם לריולוגיה הרצויה ולתכונות האלקטרוכימיות של התרחיץ.
- הימנעות מזיהום או חמצון של חומרי הגלם והתרחיץ במהלך האחסון והטיפול.
- סינון או הסרת גז של התרחיץ לפני הציפוי כדי להסיר בועות אוויר או זיהומים.
- כיול מכונת הציפוי באופן קבוע כדי להבטיח עובי ציפוי מדויק ועקבי.
- אחסון או ריפוי של האלקטרודות המצופות כראוי כדי למנוע סדקים או התקלפות.
הכנת תמיסת האלקטרודה של האנודה היא תהליך מורכב ועדין הדורש תכנון ותפעול קפדניים. על ידי ביצוע שלבים ואמצעי זהירות אלה, ניתן להשיג תמיסת אלקטרודות אנודה באיכות גבוהה עבור סוללות ליתיום-יון.
