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锂电池涂布关键技术-水系负极缩孔

发布者:【浩博电池资讯】   发布时间:2020-04-11 11:04:46   点击率:549

匀浆涂布段的大大小小的异常,也都根本看遍了;曾经处理过扎手的聚会和不可思议的面密度共同性不良,自认为最少是入了匀浆涂布的门,总想着看看外面的世界,增长更多的见识,冲动着跑了出来,才发现一切都是梦想。


出来了才发现,原来的同事说的是那么正确,论技术、研制配置,比PBI好的也便是那几个大厂了吧。一陈不变的工艺,一望而知的异常原因,总是被设备故障捆住四肢,体制之下,想向前迈一小步都那么困难。那么,谨以此篇,来论述锂电行业我们最少触摸、最摸不着头脑的涂布弊端——“白点”,辊压后便是黑点,这也是我两年多作业中接受的挑战性最高的一项。

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现象:在电池涂布中,常呈现为似气泡状白色点状凹坑,或呈露箔状;许多人喜欢将此判断为气泡,我想说,可以被气泡(搬运涂布)搞得无所适从也真是本事了。

常规思路着手:第一眼看到湿料上的凹坑的时候,我就认定了,这便是缩孔,虽然实践中没遇到过,可是理论有积累;那么结合工艺配方,以及曩昔处理聚会的阅历,问题必定出在VGCF上。
不过,已然用了涣散剂,却仍是这么差,的确让人纳闷。

试验计划:作为工艺,坚持配方不变来改进浆料是根本准则,如下

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添加NMP类高沸点有机溶剂助水系浆料涣散和改进涂布烘干作用,是比较常见的作法,其结果也验证了其工艺的可行性;可是,领导不认可,无法,幸好,咱们是不惧困难,知难而进,刻苦钻研的有志好青年,查阅材料更是我的强项,so,很快就有了让人振奋的线索。

锂电行业早年撒播的关于缩孔的就两份,一份据传是ATL的,标题为《关于极片涂布时的“气泡”现象》不知真假,便是那篇用显微镜判断了缩孔是一个坑的。。。强悍吧?应该是ATL的吧


另一篇《锂离子电池负极极板花斑的刨析》,花斑是涂猜中术语,与缩孔相似却不相同,有人对凹坑处也作了分析,没有异物。

可是这两份材料提供的信息都很有限,我满脑子想的便是VGCF的聚会体作为低表面张力点,导致了缩孔的发生,可是试验六,50%固含量2500mpa`s粘度,让我无力:难道真是设备能力所限(线速度也就15m/min的姿态)?
一个好习惯,帮我确定了方针:

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VGCF+水+PVP+CMC,这几样刮细度便看到了缩孔,那么问题就明了了。
绝对便是VGCf的聚会形成的缩孔了?
显然问题没那么简略,从事浆料工艺的同仁根本都有一个习惯,水系浆料的粘度根本都控制在3000mpa`s之下,可是,在这里,为了减少缩孔,却必须要进步粘度;是不是彻底糊涂了?


Fink和Jensen推导出,在必定条件下,缩孔由下式决定:
Q(单位时间内流量)=h(湿膜厚度)^2×△γ(表面张力梯度)/2η(涂料粘度)
好了,这个公式足以证明高粘度,低表面张力的NMP,发挥作用的原因了。
可是,作为技术人员,要知道,粘度、表面张力梯度,这些都仅仅影响要素,而不是最根本的致病因子。
本源终究安在???

在此期间,有幸发现一篇同仁的文章,很是激动,因为很少有人将涂猜中缩孔的原理应用到锂电涂布中。
附上链接:http://www.cd-ydl.com/index.php?go=article-26.html,
所以感慨,作为电池工艺的我们,许多老练的机理,都没有学透,还不如人家做材料的。
鉴于此,自己也曾测验联系BTR咨询其石墨表面张力数据,回复:意外这个。。。
网上有传,一般为45,想想也差不多,水是72的姿态,铜箔40,终究怎么设计浆料才干使其烘干过程表面张力梯度理想呢?这个有点难。。。

影响要素已经根本确定了,一是粘度,二是烘干,三是表面张力,
可是,最关键的,谁诱发了缩孔,依然没有任何思路。。。假如真是VGCF,那就无力了,盼望老板买设备?做梦去吧。。。NMP?循环1000周,等个一年半载吧。。。堕入停滞阶段,又进入材料检索的循环中~总算功夫不负有心人,上网搜索中,不经意间发现一个概念——CMC,
有了新发现,
那便是胶粒!!!
不得不说,科学的力气真的是太强大了,用这个理论,就可以完美解释试验的高粘度低固含量作用更佳的定论了。



立马试验,接连两次小试,一单一双,作用共同。
由此,我更坚决了这个理论的可靠性,当然,毕竟是个人推理,至此,电池4C循环已经跑了300圈,直流阻抗也如理论上的略小;可是,将此应用于出产,感觉我是看不到了,遂特此将此番阅历和猜想陈说于此,论坛中有许多研制工艺长辈,请不吝赐教,这个疑问,前后将近10余次小试,除了CMC的理论,我的能力已经到极限了,脱离锂电,这也算是唯一的遗憾,不能见到它的量产作用。

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推断:

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简略论述下我的猜想:羧甲基纤维素钠、PVP都是表面活性剂,一端亲水,一端疏水,当其浓度过高时,便形成胶束,亲水基朝外(水溶剂浆料),疏水基团在内,结合本浆料配方(VGCF,Super-P份额均较高,CMC 1.8%),VGCF Super-P本身疏水,那么和胶束内更简单亲和,结合在细度计上观察到的CMC+水+VGCF+PVP就有缩孔的现象,减少了聚合物CMC、PVP的份额进行了试验,设计准则:保持材料不变,减少CMC、PVP份额,本质即降低胶体浓度。


试验第一次,3500mpa`s粘度,细度计上80um可见缩孔;涂布改进。
试验第二次,2500mpa`s粘度,细度65um,有缩孔;涂布作用共同。
好了,假如是原有配比,2500的粘度,那涂布缩孔是无法看的,所以,我根本上坚决了这个理论的正确可靠性、可应用性,而且理论上对电池功能应该是有优点的,在PBI有阅历过,浆料粘度过高,直接降CMC份额的,当然,这里是走不动的。。。



以上,可能真的仅仅个人臆想,恳请诸位高人指导,指正,以便小弟不留遗憾。另自己后来有测CMC不同浓度的电导率,以期测出其临界浓度,尚无定论,望有心人指教;关于特别石墨的表面张力等,自己依然知之甚少,期望可以学到更多。


谢谢诸位耐心看完,这篇其实没啥技术,仅仅对于缩孔,锂电许多朋友都没有见过,希望这篇可以给未来或正在为它烦恼的朋友提供一点思路。



附上自己此期间查找的一些材料,虽然找的不简单,不过也没啥好保存的了,找材料千万别限制在自己的小圈子里,外面专业的更多的!


思路表述条理不够明晰,师傅若见此帖,望多多包容。这两年多,在PBI的一年收成最多,挺感谢你们的,PBI的确是个学习作业的好地方,特别在锂电这种浮躁、虚浮的气氛中。新人朋友们,可别轻易脱离那种自由敞开学习钻研敬业的企业,多看看书,多查查材料,少玩游戏。

核心技术
  • 低温
    放电

    -50°C容量保持≥75%

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    -40°C充电0.2C电流

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    多系列

    磷酸铁锂,软包聚合物,圆柱钢壳

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    ≤800V1000Ah均可定制

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    特定使用循环可达10年

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    通过UL/KC/BIS/
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