Alles-in-één oplossing voor problemen met batterijbinders

Aan de frontlinie van de productie van lithiumbatterijslurry, het mengen, coaten en de daaropvolgende assemblage, zijn sedimentatie van de slurry, gelering (een geleiachtige consistentie) en verstoppingen van de coatingkop drie hardnekkige "problemen" die procestechnici parten spelen. Deze problemen kunnen kettingreacties veroorzaken zoals elektrodescheuren, filmdelaminatie en batterijvervorming. Dergelijke instabiliteiten leiden niet alleen tot een slechte elektrodeconsistentie, maar verlagen ook direct de productieopbrengst en -capaciteit.

Vaak hebben we de neiging om het mengproces of het vastestofgehalte aan te passen, waarbij we de cruciale rol van een onbelangrijk maar cruciaal onderdeel in de formule over het hoofd zien: het bindmiddel. Dit artikel begint met de micromechanismen van bindmiddelen, ontrafelt de complexiteit laag voor laag en biedt een alles-in-één handleiding voor probleemoplossing en oplossingen voor de bovengenoemde problemen.

I. Hoe kan sedimentatie van slib worden aangepakt?

Oorzaken:

(1) Het geselecteerde CMC-type is ongeschikt. De substitutiegraad (DS) en het molecuulgewicht van CMC kunnen de stabiliteit van de slurry beïnvloeden. Zo heeft CMC met een lage DS een slechte hydrofiliteit, maar een goede bevochtigbaarheid voor grafiet; het biedt echter een zwak suspensievermogen.

(2) Onvoldoende gebruik van CMC, waardoor de componenten van de slib niet effectief worden gesuspendeerd.

(3) Er neemt te veel CMC deel aan het kneedproces, waardoor er onvoldoende vrije CMC beschikbaar is tussen de deeltjes voor suspensie, wat vaak resulteert in een slechte stabiliteit van de slurry.

(4) Hoge mechanische schuifkrachten of schommelingen in de pH van de slurry kunnen SBR-demulgering veroorzaken, wat leidt tot sedimentatie van de slurry.

Oplossingen:

(1) Schakel over op of meng met CMC met een hoge DS en een hoog molecuulgewicht. Zo kan bijvoorbeeld het gebruik van een combinatie van WSC (laag molecuulgewicht, lage DS, goede bevochtigbaarheid van grafiet, zwakke suspensie) en CMC2200 in massaproductieformules de stabiliteit van de slurry aanzienlijk verbeteren.

(2) Het verhogen van de CMC-dosering is een van de meest effectieve manieren om de stabiliteit van de slurry te verbeteren, maar er moet een evenwicht worden gevonden met inachtneming van de procescapaciteit en de prestaties van de batterij bij lage temperaturen.

(3) Door de hoeveelheid CMC die bij het kneden betrokken is te verminderen en het gehalte aan vrije CMC te verhogen, kan de stabiliteit van de slurry tot op zekere hoogte worden verbeterd.

(4) Nadat SBR aan het slibsysteem is toegevoegd, moet de roersnelheid van de planetaire menger worden verlaagd om demulgering te voorkomen.

Ontdek onze diensten voor het aanpassen van batterijapparatuur voor geoptimaliseerde slurrymengprestaties oceanen.

II. Filterverstopping tijdens filtratie – Wat te doen?

Oorzaken:

(1) Slechte bevochtiging van de actieve materialen, wat leidt tot onvoldoende verspreiding.

(2) SBR-demulsificatie die filtratiefalen veroorzaakt.

Oplossingen:

(1) Gebruik een kneedproces om de verspreiding te verbeteren.

(2) Nadat SBR aan het slurrysysteem is toegevoegd, moet de roersnelheid worden verlaagd om demulgering te voorkomen.

III. Hoe ga je om met slurrygelering?

Oorzaken: Gelvorming valt hoofdzakelijk in twee categorieën uiteen: fysieke gel en chemische gel.

(1) Fysieke gel: Veroorzaakt door kathodeactief materiaal, geleidend koolstofzwart (SP) of oplosmiddel-NMP dat vocht absorbeert, of door een te hoge omgevingsvochtigheid. Deeltjes worden omgeven door PVDF-polymeerketens. Wanneer het watergehalte de limieten overschrijdt, wordt de beweging van de ketens belemmerd, wat leidt tot verstrengeling tussen de ketens, verminderde vloeibaarheid van de slurry en gelering.

(2) Chemische gel: Kan ontstaan tijdens de verwerking of opslag van actieve materialen met een hoog nikkelgehalte of een hoge alkaliteit. In de hoge pH-omgeving die door basische residuen wordt gecreëerd, ondergaat de PVDF-polymeerruggengraat gemakkelijk dehydrofluorering (verlies van HF), waardoor dubbele bindingen ontstaan. Aanwezig water of amines in het oplosmiddel kunnen deze dubbele bindingen vervolgens aantasten, wat leidt tot crosslinking. Dit vermindert de productiecapaciteit aanzienlijk en verslechtert de batterijprestaties. Over het algemeen verergert de gelvorming naarmate de alkaliteit van het actieve materiaal toeneemt.

Oplossingen:

(1) Fysieke gel: beheersing door strikt beheer van het vocht in de grondstoffen en de omgeving, en door het toepassen van geschikte roersnelheden tijdens de opslag van de slurry.

(2) Chemische gel: kan worden verholpen door de volgende methoden:

* Droge actieve materialen en geleidende koolstof vóór dispersie om geadsorbeerd water te verwijderen; gebruik NMP met een hogere zuiverheidsgraad.
* Controleer de luchtvochtigheid strikt tijdens het mengproces.

* Gebruik NCM-materialen met minder vrije Li aan het oppervlak om de alkaliteit te verlagen.

* Ontwikkel anti-gel PVDF. De ontwikkelingsstrategie omvat het enten van andere monomeereenheden (bijv. vinylether, hexafluorpropyleen, tetrafluorethyleen) ter vervanging van H/F in de -CH2-CF2-eenheid, waardoor continu HF-verlies wordt voorkomen en het aantal crosslinking-plaatsen wordt verminderd.

* Ontwikkel niet-PVDF kathodebindmiddelen. Omdat bovenstaande methoden de dehydrofluorering van PVDF niet volledig kunnen remmen, blijven er risico's bestaan bij het gebruik van sterk alkalische kathodes (hoog nikkelgehalte, NCA) of functionele additieven (alkalische Li₂CO₂). De ontwikkeling van alternatieve bindmiddelen is erop gericht dit probleem grondig op te lossen.

Ontdek onze geavanceerde batterijmaterialen, inclusief gespecialiseerde bindmiddelen ers.

IV. Slechte gecoate elektrode-uitstraling (scheuren)

Oorzaken:

(1) Het bindmiddel zelf heeft een hoge glasovergangstemperatuur (Tg), waardoor de filmvormingstemperatuur hoger is dan de coatingtemperatuur. Moeilijke filmvorming leidt tot elektrodescheuren.

(2) Bij bindmiddelen op waterbasis kan ernstige krimp tijdens het waterverlies tijdens het uitharden leiden tot algehele scheurvorming in de elektrode, bijvoorbeeld in waterige PAA-systemen.

Voorbeeld: Polyacrylzuurpolymeren zijn stijf en weinig flexibel. Tijdens de productie van elektroden kunnen grote oppervlakken krullen en scheuren, wat leidt tot een zeer lage productieopbrengst bij het coaten en wikkelen.

PAA-elektrode vertoont krullen en scheuren tijdens de verwerking

Oplossingen:

(1) Als het slechte uiterlijk van de coating te wijten is aan de hoge filmvormende temperatuur van het bindmiddel, schakel dan over op een bindmiddel met een lagere filmvormende temperatuur.
(2) Voor waterige PAA-systemen helpt het toevoegen van EC als weekmaker de ele ctrode-scheuren.

Mandreltest die verbeterde elektrodeflexibiliteit aantoont

V. Slechte gecoate elektrode-uitstraling (bellen)

Oorzaken:

(1) Onoplosbare vezels in CMC kunnen korrelige bellen veroorzaken tijdens het coaten.

(2) Overmatige emulgator in SBR. Emulgatoren werken als oppervlakteactieve stoffen, stabiliseren de oppervlaktespanning van de bellen en voorkomen dat ze loskomen.

Emulgator stabiliserend schuim

Oplossingen:

(1) Gebruik CMC met een laag onoplosbaar gehalte, bijvoorbeeld door CMC2200 te vervangen door MAC500 in sommige formules voor de productie van elektrische voertuigen.
(2) Verminder de hoeveelheid emulgator in de gebruikte SBR.

VI. B Vergassing van de gasinstallatie op High Te temperatuur ?

Oorzaak: Wanneer polymeermoleculen veel polaire functionele groepen bevatten, hebben ze de neiging vocht te absorberen. Dit vocht kan tijdens opslag bij hoge temperatuur reageren met lithiumionen, waarbij waterstofgas ontstaat.

Oplossing: Controleer het vochtgehalte in de cel en/of pas processen toe waarbij hoge temperaturen en een hoge ladingstoestand (SOC) worden bereikt.

Voorbeeld: Cellen die SD-3-binder gebruikten, vertoonden een aanzienlijke zwelling door gasvorming tijdens opslag bij 85 °C. Door de celvochtigheid onder de 100 ppm te houden en een proces met hoge SOC-vorming te gebruiken, werd het probleem van opslag bij hoge temperaturen aanzienlijk opgelost.

VII. Snelle capaciteitsafname bij hogetemperatuurcycli?

Oorzaken:

(1) Overmatige zwelling van het bindmiddel bij hoge temperatuur, waardoor het continue geleidende netwerk tussen de deeltjes verstoord wordt.
(2) Slechte stabiliteit van het bindmiddel bij hoge temperaturen, wat leidt tot oplosbaarheid of een chemische reactie met Li.
(3) Na blootstelling aan hoge temperaturen van de elektrolyt neemt de sterkte van het bindmiddel af, waardoor het niet langer effectief de verpulvering van het actieve materiaal tijdens de cyclus kan onderdrukken.

Oplossingen:

(1) Selecteer of meng bindmiddelen met een hogere Tg, waarbij hun affiniteit met de elektrolyt op passende wijze wordt verminderd om de schade door zwelling bij hoge temperaturen te minimaliseren.

(2) Gebruik voor silicium-anodematerialen met een grote cyclusuitbreiding bindmiddelen met een hoge modulus, zoals PA/PI/PAI-typen, om het barsten en verpulveren van siliciumdeeltjes tijdens de cyclus effectief te onderdrukken of te verminderen.

VIII. Is de batterij gevoelig voor vervorming?

Oorzaak: Wanneer de polymeerbinder te stijf is, ontstaat er aanzienlijke interne spanning in de elektrode. Tijdens laad- en ontlaadcycli kan het vrijkomen van deze interne spanning leiden tot verdraaiing en vervorming van de elektrode, wat uiteindelijk leidt tot vervorming van de batterij.

Oplossing: Voeg weekmakers toe om de interne elektrodespanning te verminderen.

Voorbeeld: BI-4-bindmiddel vertoonde uitstekende kinetische prestaties in CE's, maar veroorzaakte ernstige vervorming van de batterij. Om dit te beperken, werd 2 gew.% EC-additief toegevoegd tijdens het mengen van de slurry. EC, een kleine moleculaire weekmaker, verdampt volledig tijdens het drogen van de elektrode en heeft dus geen significante invloed op de elektrische prestaties van de cel, terwijl het vervormingsprobleem aanzienlijk werd verbeterd.

Conclusie

Hoewel bindmiddelen slechts een druppel op een gloeiende plaat vormen in de elektrodeformule, vormen ze de sleutel tot de reologie en dispersiestabiliteit van slurry's. Bij uitdagingen zoals sedimentatie, gelering, verstoppingen en de daarmee samenhangende problemen zoals elektrodescheuren en gasvorming bij hoge temperaturen, pakken eendimensionale procesaanpassingen vaak alleen de symptomen aan, niet de oorzaak. Alleen door een diepgaand begrip van de moleculaire structuur, de oplosbaarheidseigenschappen en de interactie met actieve materialen van het bindmiddel kunnen we de "kwaal" nauwkeurig identificeren en de juiste remedie voorschrijven. We hopen dat de aanpak in dit artikel waardevolle technische referentie biedt voor het optimaliseren van uw slurrysysteem, het aanpassen van procesparameters en het verbeteren van de kwaliteit van de elektrodeproductie.

Over TOB NEW ENERGY

TOB NEW ENERGY is een toonaangevende leverancier van totaaloplossingen voor de batterij-industrie en R&D-sector. Wij zijn gespecialiseerd in het leveren van complete batterijproductielijnen, pilotlijnen en experimentele lijnen, afgestemd op uw specifieke budget en outputvereisten. Onze diensten omvatten alles van ontwerp en bouw van faciliteiten tot apparatuurselectie, levering, installatie, inbedrijfstelling en personeelstraining.

We zijn er trots op dat we geavanceerde ondersteuning bieden op het gebied van batterijtechnologie, inclusief expertise in solid-state batterijen, natriumionbatterijen, lithium-zwavelbatterijen en droge-elektrodetechnologie. Ons toegewijde team van batterij-experts biedt technische begeleiding om de productprestaties te verbeteren op het gebied van capaciteit, snelheid, levensduur en veiligheid.

Bovendien leveren we een breed scala aan apparatuur op maat voor alle fasen, van laboratorium tot pilot tot massaproductie, naast een uitgebreid portfolio geavanceerde batterijmaterialen ter ondersteuning van uw onderzoeks- en ontwikkelingsactiviteiten. Vertrouw op TOB NEW ENERGY voor al uw behoeften op het gebied van batterijproductie en R&D.

Neem vandaag nog contact met ons op om te bespreken hoe wij uw innovatie kunnen stimuleren.