¿Cuáles son los problemas comunes de los materiales de fosfato de hierro y litio en el procesamiento de baterías?

El fosfato de hierro y litio tiene un coeficiente de difusión bajo y una conductividad pobre debido a los iones de litio. Por lo tanto, el enfoque actual es hacer sus partículas más pequeñas, o incluso hacer series nanométricas, y aumentar su velocidad de carga y descarga acortando la ruta de migración de LI + y electrones (teóricamente, el tiempo de migración es inversamente proporcional al cuadrado de la ruta de migración). Sin embargo, esto ha provocado una serie de dificultades en el procesamiento de la batería.

El primer problema es la dispersión de materiales.

La pulpa es uno de los procesos más críticos en el proceso de producción de baterías. Su tarea principal es mezclar uniformemente las sustancias activas, agentes conductores, aglutinantes y otros materiales, de modo que el rendimiento del material se pueda jugar mejor. Para mezclar, debe poder dispersarse. A medida que disminuyen las partículas, aumenta la superficie específica correspondiente, aumenta la energía superficial y aumenta la tendencia a la polimerización entre partículas. Cuanto mayor sea la energía necesaria para superar la dispersión de la energía superficial. Ahora se usa comúnmente para agitación mecánica. La distribución de la energía de agitación mecánica es desigual. Solo en un área determinada se pueden separar las partículas polimerizadas con una resistencia al cizallamiento lo suficientemente grande y una energía lo suficientemente alta. Para mejorar la capacidad de dispersión, uno es optimizar la estructura del dispositivo de mezcla y aumentar la relación espacial del área efectivamente dispersada sin cambiar la velocidad máxima de cizallamiento; Uno es aumentar el poder de agitación (aumentar la velocidad de agitación) y aumentar la velocidad de cizallamiento, y el correspondiente espacio de dispersión efectivo también aumentará. El primero es un problema en el dispositivo, cuánto espacio hay para actualizar y el recubrimiento no se comenta en línea. En este último caso, el espacio de elevación es limitado porque la velocidad de cizallamiento menciona un cierto límite, que puede causar daño al material y causar daño a las partículas.

El método más eficaz es utilizar tecnología de dispersión ultrasónica. El equipo ultrasónico, sin embargo, es más caro y uno que se contactó antes tiene un precio comparable al de una máquina mezcladora japonesa importada. El tiempo del proceso de dispersión ultrasónica es corto, el consumo total de energía se reduce, el efecto de dispersión de la lechada es bueno, la polimerización de las partículas de material se retrasa efectivamente y la estabilidad se mejora enormemente.

Además, el efecto de dispersión se puede mejorar mediante el uso de dispersantes.

Homogeneidad del revestimiento

Recubrimiento desigual, no solo la consistencia de la batería no es buena, sino que también está relacionada con el diseño, el uso de la seguridad y otros problemas. Por lo tanto, el control uniforme del recubrimiento es muy estricto durante el proceso de fabricación de la batería. Como sabe la receta, el proceso de recubrimiento, cuanto más pequeñas son las partículas de material, más difícil es realizar un recubrimiento uniforme. En cuanto a su mecanismo, no he visto ninguna explicación relevante. Se cree que el recubrimiento se debe a las propiedades de fluidos no newtonianos de la suspensión de electrodos.

La suspensión de electrodos debe ser un fluido de contacto en un fluido no newtoniano. Este tipo de fluido se caracteriza por ser viscoso, incluso sólido, pero se diluye y fluye fácilmente después de agitarlo. Los aglutinantes son estructuras lineales o reticulares en estado submicroscópico. Cuando se agita, estas estructuras se destruyen y la fluidez es buena. Una vez que están estacionarios, se vuelven a formar y la fluidez empeora. Las partículas de fosfato de hierro y litio son pequeñas. Bajo la misma masa, aumenta el número de partículas. Para conectarlos para formar una red conductora eficaz, la cantidad de agentes conductores necesarios aumenta en consecuencia. Partículas pequeñas, aumentó la cantidad de agente conductor, también aumentó la cantidad de aglutinante requerida. Cuando está estático, es más fácil formar una estructura de malla y la fluidez es peor que la de los materiales convencionales.

En el proceso de retirar la lechada del mezclador al revestimiento, muchos fabricantes todavía utilizan la transferencia de cubeta de rotación. Durante el proceso, la lechada no se agita o la fuerza de agitación es baja. La fluidez de la lechada cambia y gradualmente se vuelve viscosa. Como gelatina. La mala fluidez conduce a una mala uniformidad del recubrimiento, que se caracteriza por un aumento de las tolerancias de densidad unidimensionales y una mala morfología de la superficie.

Lo básico es mejorar el material, como aumentar la conductividad de las partículas, la forma esférica de las partículas, etc., lo que puede tener un efecto limitado en un corto período de tiempo. Sobre la base de los materiales existentes, desde la perspectiva del procesamiento de la batería, el enfoque mejorado se puede probar desde los siguientes puntos:

1. Utilice conductividad "lineal"

El llamado agente conductor "lineal" y "granular" es la imagen del autor, que puede no describirse académicamente.

El uso de agentes conductores "lineales", actualmente principalmente VGCF (fibra de carbono) y CNT (nanotubos de carbono), nanocables metálicos, etc. Tienen varios nanómetros de diámetro y varias decenas de nanómetros de longitud, e incluso tienen más de unos pocos centímetros de longitud. Los agentes conductores "granulares" comúnmente utilizados (como SuperP, KS-6) generalmente tienen un tamaño de docenas de nanómetros. El tamaño del material de la batería es de varios micrones. Electrodo "granular" compuesto por un agente conductor y una sustancia activa, en contacto con puntos similares y contactos entre puntos, cada punto solo puede entrar en contacto con el punto circundante; En la película polar compuesta por un agente conductor "lineal" y una sustancia activa, es un contacto entre un punto y una línea, una línea y una línea. Cada punto puede estar en contacto con varias líneas al mismo tiempo, y cada línea también puede estar en contacto con varias líneas al mismo tiempo. Más nodos, los canales conductores también están más abiertos y la conductividad es mejor. El uso de una variedad de diferentes tipos de combinación de agentes conductores puede tener un mejor efecto conductor, específicamente cómo seleccionar agentes conductores, ya que la producción de baterías es un problema que vale la pena explorar.

Los posibles efectos del uso de conductores "lineales" como CNTS o VGCF son:

(1) Los agentes conductores lineales mejoran el efecto de unión hasta cierto punto, mejorando la flexibilidad y resistencia del electrodo;

(2) Reducción en la cantidad de agentes conductores (se recuerda que CNTS ha informado que la conductividad de la misma masa (peso) del agente conductor de partículas convencionales es tres veces), síntesis (1), la cantidad de adhesivo también puede ser reducido, y se puede aumentar el contenido de sustancias activas;

(3) Polarización mejorada, impedancia de contacto reducida y rendimiento cíclico mejorado;

(4) Hay muchos nodos de contacto en la red conductora, la red es más perfecta y la relación de rendimiento es mejor que la de los agentes conductores convencionales; La mejora del rendimiento de disipación de calor es muy significativa para las baterías de gran aumento;

(5) Rendimiento de absorción mejorado;

(6) Precios más altos y costos más altos de materiales. 1Kg de agente conductor, SUPERP de uso común es solo unas pocas decenas de yuanes, VGCF es de aproximadamente dos o tres mil yuanes, CNTS es ligeramente más alto que VGCF (cuando la adición es del 1%, 1KgCNT se calcula en 4.000 yuanes, aproximadamente un aumento de 0.3 yuanes por Ah);

(7) CNTS, VGCF, etc. son más altos que la superficie. Cómo dispersar es un problema que debe resolverse en uso. De lo contrario, no se reproduce un rendimiento deficiente de la dispersión. Puede utilizar dispersión de ultrasonido y otros medios. Hay fabricantes de CNT para proporcionar fluidos conductores dispersos.

2. Mejorar la dispersión

Si la suspensión se dispersa bien, la probabilidad de contacto de las partículas se reducirá en gran medida y la estabilidad de la suspensión se mejorará en gran medida. Al mejorar la fórmula y el paso de ingredientes, el efecto de dispersión se puede mejorar hasta cierto punto. La dispersión ultrasónica mencionada anteriormente también es un método eficaz.

3. Mejorar el proceso de transferencia de lechada

Cuando se almacena la suspensión, se puede aumentar la velocidad de mezcla para evitar la viscosidad de la suspensión. Para el uso de un balde oscilante para transferir la lechada, tanto como sea posible para acortar el tiempo de recubrimiento esperado, el uso condicional del transporte por tubería para mejorar el fenómeno viscoso de la lechada.

4. Adoptar revestimiento por extrusión (spray)

El recubrimiento por extrusión puede mejorar las texturas de la superficie y el grosor desigual del recubrimiento raspador, pero el precio del equipo es más alto y la estabilidad de la lechada es más alta.

Difícil de secar

Dado que el fosfato de hierro y litio tiene una mayor área superficial y una mayor cantidad de aglutinante, la cantidad de disolvente requerida para preparar la suspensión es grande y el secado después del recubrimiento es más difícil. Cómo controlar la tasa de evaporación del solvente es un problema que merece atención. La temperatura es alta, el volumen de aire es grande, la velocidad de secado es rápida y los vacíos generados son grandes. Al mismo tiempo, se puede impulsar la migración del coloide, lo que da como resultado una distribución desigual de los materiales en el revestimiento. Si el coloide se agrega en la capa superficial, se obstaculiza la conducción de partículas cargadas. Incrementa la impedancia. La temperatura es baja, el volumen de aire es bajo, el solvente se escapa lentamente, el tiempo de secado es largo y la capacidad de producción es baja.

Rendimiento de unión deficiente

Las partículas de los materiales de fosfato de hierro y litio son pequeñas, que son mucho más grandes que la superficie que el cobalto de litio y el manganeso de litio, y se necesitan más aglutinantes. Sin embargo, se utilizan más aglutinantes, reduciendo el contenido de sustancias activas y reduciendo la densidad energética, por lo que, si es posible, el proceso de producción de la batería intentará reducir la cantidad de aglutinantes. Para mejorar el efecto de adhesión, la práctica común actual para el procesamiento de fosfato férrico de litio es aumentar el peso molecular del aglutinante (alto peso molecular, mayor capacidad de adhesión, pero más difícil de dispersar y mayor impedancia), y en el por un lado, para aumentar la cantidad de aglutinante. Los resultados no parecen satisfactorios.

Poca flexibilidad

En la actualidad, cuando se procesa el electrodo de fosfato de hierro y litio, generalmente se considera que el electrodo es más duro y quebradizo. Puede que no tenga un efecto ligeramente menor en el laminado, pero es muy desfavorable cuando se enrolla. La flexibilidad extrema de la película no es buena, al enrollar y doblar, es fácil que se caiga el polvo y se rompa, lo que resulta en un cortocircuito y otros problemas. La explicación del mecanismo aún no está clara. La conjetura es que las partículas son pequeñas y el espacio elástico del recubrimiento es pequeño. Se puede mejorar la reducción de la densidad de compactación, pero se puede reducir la densidad de energía del volumen. La densidad de compactación del fosfato de hierro y litio original es relativamente baja, y reducir la densidad de compactación es un medio que no se puede tomar.

La página contiene el contenido de la traducción automática.