اصول فرآیند اختلاط دوغاب باتری لیتیوم یون چیست؟

واکنش های الکتروشیمی در باتری های لیتیوم یون به مواد فعال کاتود و آنود بستگی دارد. these active materials are typically combined with various functional additives and applied as a thin layer onto metal current collectors to form the fundamental electrode structure—the core unit for energy storage and releaseتولید الکترود شامل مراحل متعددی است که نیاز به دقت بسیار بالا دارد؛ مخلوط کردن خمیر، به عنوان مرحله اصلی اولیه، به طور مستقیم کیفیت خمیر را تعیین می کند.بر فرآیندهای بعدی مانند پوشش تاثیر می گذارد.، تقویم بندی و برش، در نهایت بر ظرفیت باتری، عمر چرخه، عملکرد نرخ و ثبات ایمنی تأثیر می گذارد.

در تولید باتری های لیتیوم یون، مخلوط کردن مواد خمیر یک فرآیند ترکیب دقیق مواد است.اجزای جامد مانند مواد فعال کاتود و آنودمواد مخلوط کننده، عوامل رسانا، توزیع کننده ها، اتصال دهنده ها و افزودنی های کاربردی به طور دقیق به تجهیزات مخلوط کننده همراه با حلال های تخصصی وارد می شوند.از طریق اقدامات مکانیکی تولید شده توسط تجهیزات، خمیر کردن، برش سریع و مخلوط کردن آشفته مواد را در حالت تجمع اولیه تجزیه می کنند و فاز جامد و مایع به طور کامل ادغام می شوند.سیستم تعلیق جامد مایع با ویژگی های جریان بهینه شده برای فرآیند پوشش.

ACEY-PVM-250MLمخلوط کننده خلاء سیاره ایطراحی شده است برای مواد لاستیک باتری و مواد پودری. ایده آل برای فرآیندهای مخلوط لاستیک الکترود مثبت و منفی، و همچنین مخلوط مواد سرامیکی و پودری مختلف در آزمایش باتری.

در هسته خود، مخلوط خمیر بر دو فرآیند فیزیکی تکیه دارد. انتقال جرم و انتقال گرما.و مخلوط کردن همگن تمام اجزایبا این حال، فرآیند مخلوط کردن فقط یک تغییر فیزیکی نیست؛ ناهنجاری در پارامترهای عملیاتی می تواند واکنش های جانبی مختلفی را ایجاد کند، مانند ژله سازی خمیر، اکسیداسیون پودر، تخریب باندر،یا تجمع ذرات ثانویه که به طور مستقیم منجر به زباله های خمیر و نقص های پوشش می شوددر نتیجه، پارامترهای کلیدی فرآیند، از جمله دمای مخلوط، سرعت چرخش، مدت زمان، سطح خلاء،و توالی تغذیه به عنوان نقاط کنترل حیاتی در طراحی و مدیریت تولید فرآیند مخلوط خمیر.

1سه عنصر اصلی فرآیند مخلوط

آماده سازی خمیر باتری با کیفیت بالا توسط تجهیزات مخلوط کننده یا روش های فرآیند خاص محدود نمی شود.طراحی هر طرح مخلوط بر اصول اساسی تعامل مواد متمرکز است.این اصول را می توان به سه عنصر اصلی خلاصه کرد: رطوبت، پراکندگی و ثبات. این عناصر به ترتیب پیشرفت می کنند و یکدیگر را تکمیل می کنند.به طور جمعی کیفیت نهایی مواد خمیر را تعیین می کنند و به عنوان پایه اساسی برای دستیابی به یکنواخت و ثبات مواد خمیر عمل می کنند..

(1) خیس کردن
رطوبت پدیده فیزیکی اساسی است که شامل تماس و ادغام فاز های جامد و مایع است.به فرآیند برخورد یک حلال مایع با ذرات پودر جامد اشاره دارد.، در امتداد سطوح آنها گسترش می یابد و نفوذ می کند، به تدریج هوا و رطوبت جذب شده را جابجا می کند و در نهایت سطح جامد را به طور کامل پوشش می دهد تا یک رابط جامد مایع را تشکیل دهد.همچنین این پیش نیاز برای آزاد شدن پودر از تجمع گاز جامد است..

در صنعت، زاویه تماس (θ) به طور معمول به عنوان معیار کلیدی برای ارزیابی کمی عملکرد مرطوب کننده استفاده می شود.زاویه تماس به عنوان زاویه ای تعریف می شود که در داخل فاز مایع بین لمس به سطح مایع و لمس به سطح جامد در نقطه ای که مایع در آن قرار دارد شکل می گیرد.، فاز جامد و گازی با هم ملاقات می کنند. مقدار آن به طور مستقیم توانایی حلال را برای مرطوب کردن پودر منعکس می کند. معیارهای خاص عبارتند از:

هنگامی که θ یک زاویه حاد است، حلال به آرامی در سراسر سطح ذرات جامد گسترش می یابد و رطوبت موثر را به دست می آورد؛ هنگامی که θ = 0 °، حلال کاملا سطح جامد را پوشش می دهد،رسیدن به حالت رطوبت کاملدر صورتی که θ یک زاویه تیره است، حلال تلاش می کند تا در سطح جامد گسترش یابد، و باعث می شود که مایع به جای نفوذ به پودر، انقباض و گلوله کند، که نشان دهنده نمی شود؛ در صورتی که θ = π،محلول و پودر جامد کاملاً یکدیگر را دفع می کنند.، که حالت کاملاً بدون خیس شدن را نشان می دهد.

حلال هایی که معمولاً در تولید مواد خمیر باتری لیتیوم یون مورد استفاده قرار می گیرند به دو دسته تقسیم می شوند: NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) برای سیستم های مبتنی بر حلال و آب دیونیزه شده برای سیستم های مبتنی بر آب.مواد جامد که نیاز به رطوبت دارند عمدتا از ذرات پودر مانند مواد فعال کاتود و آنود، سیاه کربن رسانا، نانولوله های کربن و گرافیت تشکیل شده اند.سازگاری بین حلال و پودر به طور مستقیم اثر مرطوب شدن خود به خود را تعیین می کند و به عنوان یک پایه حیاتی برای تعیین پارامترهای فرآیند مخلوط کار می کند.

(2) پراکندگی

پراکندگی فرآیند است که با استفاده از نیروی مکانیکی برای شکستن جمع بندی های اولیه پودر و تصفیه ساختارهای گردآوری ذرات،بنابراین تضمین توزیع یکنواخت ذرات مختلف پودر (مانند مواد فعال و عوامل رسانا) در سیستم حلالبه دلیل اندازه ذرات فوق العاده نازک، سطح خاص بزرگ و انرژی سطح بالا،مواد خام پودری برای باتری های لیتیوم یون در طول تولید و ذخیره سازی بسیار مستعد تشکیل تجمع در مقیاس میکرو هستند. Direct mixing without proper dispersion would lead to localized material accumulation—such as clustering of conductive agents or uneven distribution of active materials—ultimately resulting in excessive local internal resistance in the electrode sheet and poor battery performance consistencyبنابراین، the core objective of the shear and turbulent forces generated during mixing is to break down powder agglomerates and achieve both macroscopic and microscopic uniformity among the multi-component materials.

(3) ثبات
ثبات برای حفظ کیفیت مواد مهم است.این به توانایی سیستم تعلیق جامد-سیال پس از خیس شدن و پراکندگی اشاره دارد تا در طول یک دوره طولانی در تمام مراحل استراحت حالت یکسانی را حفظ کند.این تضمین می کند که عدم وجود ناهنجاری هایی مانند رسوب ذرات، جدایی فاز، جمع بندی مجدد، ژله سازی یا تغییرات ناگهانی در لزگی وجود ندارد.ثبات خوب به رطوبت موثر و پراکندگی یکنواخت بستگی دارد، و همچنین اثرات محافظ رابط کننده و پراکنده.این به طور موثر تضمین می کند کیفیت یکپارچه خمیر از اتمام مخلوط کردن تا پایان فرآیند پوشش، جلوگیری از مشکلات تولید مانند ضخامت پوشش نامتعادل یا نقص های ورق الکترود که ممکن است از نوسانات در وضعیت مواد تشکیل دهنده ناشی شود.

2الزامات فنی و کارکردهای اصلی مخلوط کردن

عملکرد اصلی مخلوط کردن خمیر، تولید خمیر با کیفیت بالا است که برای فرآیند پوشش الکترود های باتری لیتیوم یون مناسب است.کیفیت کلی آب رسوب به طور مستقیم کیفیت ورق الکترود شکل گرفته و عملکرد الکتروشیمی باتری را تعیین می کند.بر اساس اصول فرآیند مخلوط کردن، نیازهای تولید پوشش و الزامات عملکرد باتری، مواد خمیر باتری لیتیوم یون واجد شرایط باید مطابق با استاندارد در سه ابعاد باشد:عملکرد پایه، عملکرد فرآیند پوشش و عملکرد میکروسروکی خاص است. استانداردهای خاص عبارتند از:

(1) الزامات اساسی اصلی برای خمیر

1) یکسانی خوب: در سطح کلان، نباید پودر خشک، توده ها یا تجمع مواد محلی وجود داشته باشد؛ در سطح میکروسکوپی، مواد فعال، عوامل رسانا،و مواد اتصال دهنده باید به طور یکنواخت توزیع شوند بدون انحراف در نسبت اجزای، اطمینان از سازگاری عملکرد در سراسر دسته خمیر.

2) پراکندگی عالی: پودرهای فوق نازک به طور کامل بدون تجمعات بزرگ از هم جدا می شوند؛ شبکه رسانا شکل گرفته مداوم و یکنواخت است.به طور موثر مقاومت داخلی الکترود را کاهش می دهد و ثبات بار تخلیه را افزایش می دهد.
3) ثبات بالا: خمیر در طول ذخیره سازی ایستاتیک طولانی مدت هیچ رسوب، جدایی فاز، فلوکولاسیون یا ژله ای را نشان نمی دهد؛ پارامترهای کلیدی مانند لزگی و محتوای جامد پایدار باقی می مانند.که آن را برای تولید انبوه مداوم مناسب می کند.

(2) الزامات خاص سازگاری فرآیند پوشش

از منظر پوشش و کالاندر سازی در مقیاس صنعتی، یک ماده خمیر واجد شرایط باید الزامات سازگاری فرآیند را برای اطمینان از بهره وری تولید بالا و بهره وری بالا از محصول برآورده کند:

1) محتوای جامد بالا: به حداکثر رساندن محتوای جامد در حالی که حفظ مایع خمیر به طور موثر مصرف محلول و مصرف انرژی خشک کردن را کاهش می دهد،در حالی که بهبود دقت ضخامت پوشش و کارایی تولید یک معیار کلیدی برای کاهش هزینه های صنعتی و افزایش کارایی.

2) لزگی مناسب: لزگی آب رس باید با پارامترهای عملیاتی تجهیزات پوشش مطابقت داشته باشد. لزگی بیش از حد می تواند منجر به وقفه های پوشش، ضخامت نامتناسبی و خراش های سطحی شود.;در مقابل، بیش از حد واسکوزیت پایین باعث مشکلات مانند خم شدن، ضخامت پوشش ناکافی و رسوب ذرات می شود، که نمی تواند استانداردهای تشکیل الکترود را برآورده کند.

3) فیلتر کردن صاف: خمیر باید از ذرات بزرگ، ناخالصی های ژل و تجمعات پاک باشد، به طوری که آن را به راحتی از فیلترهای تولید عبور دهد.این جلوگیری از مسدود شدن فیلتر و پوشش مسائل مرد، عملکرد مداوم و پایدار خط تولید را تضمین می کند و نقص هایی مانند سوراخ های سوزن و تاول های ناشی از ذرات بزرگ را از بین می برد.

ACEY-HFC250دستگاه پوشش الکتروداز آن به طور گسترده ای در تحقیقات مربوط به فیلم های پوشش درجه حرارت بالا، از جمله فیلم های سرامیکی، لایه های بلوری، پوشش مواد باتری،و نانوفلیم های تخصصیتجهیزات طراحی شده برای پشتیبانی از پیشرفت های تکنولوژیکی آینده در شکل گیری فیلم با دمای بالا.

(3) الزامات عملکردی میکروساختاری برای کاربردهای تخصصی

برای محصولات باتری لیتیوم پیشرفته ٫ مانند آنهایی که برای تخلیه با سرعت بالا، تراکم انرژی بالا یا عمر چرخه طولانی طراحی شده اند ٬ خمیر باید الزامات طراحی میکروسروشی خاص را برآورده کند:

تشکیل یک ساختار میکروکپسول خاص: کنترل دقیق فرآیند مخلوط کردن تضمین می کند که واسطه های اتصال و عوامل رسانا سطوح ذرات مواد فعال را به طور یکنواخت پوشش می دهند.یک حرکت مستمر، شبکه انتقال الکترون بسیار کارآمد تشکیل شده توسط یک پوشش رسانا کامل مقاومت داخلی باتری را کاهش می دهد؛ در همین حال،یک پوشش یکنواخت اتصال دهنده چسبندگی بین پودر و کلکتور جریان را افزایش می دهد، کاهش گسترش و جدا شدن مواد فعال در طول چرخه های شارژ و تخلیه، در نتیجه به طور قابل توجهی بهبود عمر چرخه باتری و ثبات ساختاری.