Litiumakkujen positiivisten elektrodimateriaalien laadunhallinta

Litiumakkujen positiivisten elektrodimateriaalien laadunhallinta

Litiumioniakkujen suorituskyky liittyy läheisesti positiivisten elektrodien materiaalien laatuun.

Tässä artikkelissa esitellään useita positiivisten elektrodimateriaalien vikamuotoja, joilla on merkittävä vaikutus litiumioniakkujen suorituskykyyn, kuten sekoittuminen metallisiin vieraisiin esineisiin, liiallinen kosteus ja huono erän sakeus. Siinä selvitetään vakavia haittoja, joita nämä vikamuodot aiheuttavat akun suorituskyvylle, ja selitetään, kuinka nämä viat voidaan välttää laadunhallinnan näkökulmasta, mikä tarjoaa vahvat takuut laatuongelmien estämiselle ja litiumioniakkujen laadun parantamiselle.

Kuten me kaikki tiedämme, katodimateriaali on yksi litiumioniakkujen tärkeimmistä ydinmateriaaleista, ja sen suorituskyky vaikuttaa suoraan litiumioniakkujen suorituskykyindikaattoreihin. Tällä hetkellä litiumioniakkujen markkinoitavia katodimateriaaleja ovat litiumkobalaatti, litiummanganaatti, litiumrautafosfaatti, kolmikomponentit ja muut tuotteet.

Verrattuna muihin litiumioniakkujen raaka-aineisiin positiivisten elektrodien materiaalien valikoima on monipuolisempi, tuotantoprosessi on myös monimutkaisempi ja laatuhäiriöiden riski on suurempi, mikä edellyttää korkeampia laadunhallintavaatimuksia. Tässä artikkelissa käsitellään litiumioniakkujen positiivisten elektrodien materiaalien yleisiä vikamuotoja ja vastaavia ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä materiaalin käyttäjien näkökulmasta.

1. Positiivisen elektrodin materiaaliin on sekoittunut metallisia vieraita esineitä

Kun katodimateriaalissa on rautaa (Fe), kuparia (Cu), kromia (Cr), nikkeliä (Ni), sinkkiä (Zn), hopeaa (Ag) ja muita metalliepäpuhtauksia, kun jännite on muodostumisvaiheessa. Kun akku saavuttaa näiden metallielementtien hapettumis- ja pelkistyspotentiaalin, nämä metallit hapetetaan ensin positiivisessa navassa ja sitten pelkistetään negatiiviseen napaan. Kun negatiivisen navan metallielementit kerääntyvät tietyssä määrin, kerrostuneen metallin kovat reunat ja kulmat lävistävät kalvon aiheuttaen akun itsepurkauksen.

Itsepurkautumisella voi olla kohtalokas vaikutus litiumioniakkuihin, joten on erityisen tärkeää estää metallisten vieraiden esineiden pääsy lähteestä.

Positiivisten elektrodimateriaalien tuotantoprosesseja on monia, ja on olemassa vaara, että metallisia vieraita esineitä pääsee sisään jokaisessa valmistusprosessin vaiheessa. Tämä asettaa korkeammat vaatimukset materiaalitoimittajien laiteautomaatiotasolle ja paikan päällä tapahtuvaan laadunhallintatasoon. Materiaalitoimittajilla on kuitenkin usein alhaisempi automaatioaste kustannusrajoitteista johtuen, mikä johtaa useampaan tuotanto- ja valmistusprosessien katkeamispisteisiin ja hallitsemattomien riskien lisääntymiseen.

Siksi akun vakaan suorituskyvyn varmistamiseksi ja itsepurkauksen estämiseksi akkujen valmistajien on edistettävä materiaalintoimittajia estämään metallisten vieraiden esineiden pääsy viidestä näkökulmasta: ihminen, kone, materiaali, menetelmä ja ympäristö.

Henkilöstön valvonnasta alkaen työntekijöitä tulee kieltää kuljettamasta työpajaan metallisia vieraita esineitä, käyttämästä koruja ja käyttämästä työvaatteita, kenkiä ja käsineitä työpajaan tullessa, jotta vältetään kosketus metallisiin vieraisiin esineisiin ennen kosketusta jauheen kanssa. Perustaa valvonta- ja tarkastusmekanismi, kasvattaa työntekijöiden laatutietoisuutta ja saada heidät tietoisesti noudattamaan ja ylläpitämään työpajaympäristöä.

Tuotantolaitteet ovat tärkein linkki vieraiden esineiden, kuten ruosteen ja materiaalin kulumisen, viemiselle materiaalien kanssa kosketuksiin joutuviin laitteiden komponentteihin ja työkaluihin; Laitekomponentit ja työkalut, jotka eivät joudu suoraan kosketukseen materiaalin kanssa sekä pöly tarttuu ja kelluu materiaaliin konepajan ilmavirran vaikutuksesta. Iskuasteen mukaan voidaan käyttää erilaisia ​​käsittelymenetelmiä, kuten maalaus, korvaaminen ei-metallisilla materiaalipinnoitteilla (muovi, keramiikka) ja paljaiden metalliosien kääriminen. Esimiesten tulee myös laatia vastaavat säännöt ja määräykset, joilla määritellään selkeästi, kuinka metallisia vieraita esineitä käsitellään, laadittava tarkistuslista ja vaadittava työntekijöitä suorittamaan säännöllisiä tarkastuksia mahdollisten ongelmien estämiseksi.

Raaka-aineet ovat metallisten vieraiden esineiden suora lähde positiivisissa elektrodimateriaaleissa. Ostetuissa raaka-aineissa tulee olla säännökset metallien vieraiden esineiden pitoisuudesta. Tehtaalle saapumisen jälkeen on suoritettava tiukka tarkastus sen varmistamiseksi, että niiden sisältö on määritetyllä alueella. Jos metalliepäpuhtauksien pitoisuus raaka-aineissa ylittää standardin, on niitä vaikea poistaa myöhemmissä prosesseissa.

Metallien vieraiden esineiden poistamiseksi sähkömagneettisesta raudanpoistosta on tullut välttämätön prosessi positiivisten elektrodimateriaalien valmistuksessa. Sähkömagneettisia raudanpoistokoneita käytetään laajalti, mutta tämä laite ei toimi ei-magneettisten metalliaineiden, kuten kuparin ja sinkin, kanssa. Siksi korjaamon tulee välttää kupari- ja sinkkikomponenttien käyttöä. Tarvittaessa on myös suositeltavaa välttää suoraa kosketusta jauheen kanssa tai altistumista ilmalle. Lisäksi sähkömagneettisen raudanpoistolaitteen asennuspaikalla, asennusten määrällä ja parametriasetuksella on myös tietty vaikutus raudanpoistovaikutukseen.

Työpajaympäristön turvaamiseksi ja ylipaineen saavuttamiseksi työpajassa on myös tarpeen rakentaa pariovet ja ilmasuihkuovet estämään ulkopuolisen pölyn pääsy konepajaan ja saastuttavia materiaaleja. Samalla konepajalaitteiden ja teräsrakenteiden tulee välttää ruostetta, ja maaperä tulee myös maalata ja demagnetoida säännöllisesti.

2. Positiivisen elektrodimateriaalin kosteuspitoisuus ylittää standardin

Positiiviset elektrodimateriaalit ovat enimmäkseen mikroni- tai nanomittakaavan hiukkasia, jotka imevät helposti kosteutta ilmasta, erityisesti kolmikomponenttiset materiaalit, joissa on korkea Ni-pitoisuus. Valmistettaessa positiivista elektrodipastaa, jos positiivisen elektrodin materiaalilla on korkea vesipitoisuus, PVDF:n liukoisuus vähenee sen jälkeen, kun NMP imee vettä lietteen sekoitusprosessin aikana, mikä saa pastageelin muuttumaan hyytelömäiseksi, mikä vaikuttaa käsittelyn suorituskykyyn. Akun valmistuksen jälkeen sen kapasiteetti, sisäinen vastus, kierto ja suurennus vaikuttavat, joten positiivisen elektrodimateriaalin, kuten metallien vieraiden esineiden, kosteuspitoisuuden tulisi olla keskeinen valvontaprojekti.

Mitä korkeampi tuotantolinjan laitteiston automaatiotaso on, sitä lyhyempi jauheen altistusaika ilmassa ja sitä vähemmän vettä syötetään. Materiaalintoimittajien edistäminen laitteiden automaation parantamiseksi, kuten putkilinjan täyden kuljetuksen saavuttaminen, putkilinjojen kastepisteiden seuranta ja robottikäsivarsien asentaminen automaattisen lastauksen ja purkamisen saavuttamiseksi, auttaa suuresti estämään kosteuden pääsyn sisään. Joitakin materiaalintoimittajia rajoittavat kuitenkin tehdassuunnittelu tai kustannuspaineet, ja kun laitteiden automaatio ei ole korkea ja valmistusprosessissa on monia katkaisukohtia, on välttämätöntä valvoa tiukasti jauheen altistusaikaa. On parasta käyttää typellä täytettyjä tynnyreitä jauhetta varten siirtoprosessin aikana.
Tuotantopajan lämpötila ja kosteus ovat myös keskeinen ohjausmittari, ja teoriassa mitä matalampi kastepiste, sitä edullisempi se on. Useimmat materiaalintoimittajat keskittyvät kosteuden hallintaan sintrausprosessin jälkeen. He uskovat, että noin 1000 celsiusasteen sintrauslämpötila voi poistaa suurimman osan jauheen kosteudesta. Niin kauan kuin kosteuden syöttöä sintrausprosessista pakkausvaiheeseen valvotaan tiukasti, se voi periaatteessa varmistaa, että materiaalin kosteuspitoisuus ei ylitä standardia.

Tämä ei tietenkään tarkoita, etteikö kosteutta tarvitse kontrolloida ennen sintrausprosessia, koska jos edellisessä prosessissa lisätään liikaa kosteutta, se vaikuttaa sintraustehokkuuteen ja materiaalin mikrorakenteeseen. Lisäksi pakkausmenetelmä on myös erittäin tärkeä. Useimmat materiaalintoimittajat käyttävät alumiinimuovipusseja tyhjiöpakkauksiin, mikä näyttää tällä hetkellä edullisimmalta ja tehokkaimmalta menetelmältä.

Tietysti erilaisilla materiaalimalleilla voi olla myös merkittäviä eroja veden imeytymisessä, kuten eroja pinnoitemateriaalissa ja ominaispinta-alassa, mikä voi vaikuttaa niiden veden imeytymiseen. Vaikka jotkin materiaalitoimittajat estävät kosteuden sisäänpääsyn valmistusprosessin aikana, itse materiaaleilla on ominaisuus, että ne imevät helposti vettä, mikä tekee kosteuden kuivaamisen elektrodilevyiksi valmistuksen jälkeen erittäin vaikeaksi, mikä aiheuttaa ongelmia paristojen valmistajille. Siksi uusia materiaaleja kehitettäessä on otettava huomioon veden imeytyminen ja sellaisten materiaalien kehittäminen, jotka ovat yleisempiä, mikä on erittäin hyödyllistä sekä tarjonnan että kysynnän kannalta.

3. Huono erän sakeus 3 positiivisen elektrodin materiaalista

Akkujen valmistajien kannalta mitä pienempi ero ja parempi konsistenssi positiivisten elektrodimateriaalien välillä on, sitä vakaampi valmiin akun suorituskyky voi olla. Kuten me kaikki tiedämme, yksi litiumrautafosfaattikatodimateriaalin suurimmista haitoista on huono erän stabiilisuus. Sellutusprosessissa jokaisen lieteerän viskositeetti ja kiintoainepitoisuus ovat epävakaita suurten erävaihteluiden vuoksi, mikä aiheuttaa ongelmia käyttäjille ja vaatii jatkuvaa prosessin säätöä sopeutuakseen.

Tuotantolaitteiden automaatioasteen parantaminen on tärkein keino parantaa litiumrautafosfaattimateriaalien erän vakautta. Tällä hetkellä kotimaisten litiumrautafosfaattimateriaalien toimittajien laitteiden automaatioaste on kuitenkin yleensä alhainen, tekninen taso ja laadunhallintakyky eivät ole korkeat, ja toimitetuilla materiaaleilla on eriasteisia erien epävakausongelmia. Käyttäjien näkökulmasta, jos eräeroja ei voida poistaa, toivomme, että mitä suurempi erä on painoltaan, sitä parempi, edellyttäen, että saman erän materiaalit ovat yhtenäisiä ja stabiileja.

Joten täyttääkseen tämän vaatimuksen rautalitiummateriaalien toimittajat lisäävät usein sekoitusprosessin valmiin tuotteen valmistuksen jälkeen, mikä tarkoittaa useiden erien materiaalien tasaista sekoittamista. Mitä suurempi sekoituskattilan tilavuus, sitä enemmän se sisältää materiaaleja ja sitä suurempi sekoituserän määrä.

Rautalitiummateriaalien hiukkaskoko, ominaispinta-ala, kosteus, pH-arvo ja muut indikaattorit voivat vaikuttaa tuotetun lietteen viskositeettiin. Näitä indikaattoreita valvotaan kuitenkin usein tiukasti tietyllä alueella, ja liete-erien viskositeetissa voi silti olla merkittäviä eroja. Eräkäytön poikkeavuuksien estämiseksi on usein tarpeen simuloida tuotantokaavaa ja valmistaa lietteen viskositeettitestejä etukäteen ennen niiden käyttöönottoa, ja vasta vaatimusten täyttymisen jälkeen ne voidaan ottaa käyttöön, Mutta jos akkuvalmistajat suorittavat testaus ennen jokaista tuotantoa vähentää huomattavasti tuotannon tehokkuutta, joten he välittävät tämän työn materiaalintoimittajalle ja vaativat materiaalintoimittajaa suorittamaan testauksen ja täyttämään vaatimukset ennen toimitusta.

Tietysti tekniikan kehittyessä ja materiaalintoimittajien prosessivalmiuksien parantuessa fysikaalisten ominaisuuksien hajonta pienenee ja pienenee, ja viskositeetin testausvaihe ennen toimitusta voidaan jättää pois. Edellä mainittujen johdonmukaisuuden parantamiseen tähtäävien toimenpiteiden lisäksi meidän tulee käyttää myös laatutyökaluja erän epävakauden minimoimiseksi ja laatuongelmien estämiseksi. Lähtee pääasiassa seuraavista näkökohdista.

(1) Luoda toimintamenettelyt.

Tuotteen luontainen laatu on sekä suunniteltu että valmistettu. Siksi toimijoiden toimintatapa on erityisen tärkeää tuotteiden laadun valvonnan kannalta, ja olisi laadittava yksityiskohtaiset ja erityiset toimintastandardit.

(2) CTQ:n tunniste.

Tunnista tuotteen laatuun vaikuttavat avainindikaattorit ja prosessit, seuraa näitä keskeisiä ohjausindikaattoreita ja kehitä vastaavia hätätoimenpiteitä. Ortofosforihapporautatie on nykyisen litiumrautafosfaatin valmistuksen päävirta. Sen prosesseja ovat panostus, kuulajauhatus, sintraus, murskaus, pakkaaminen jne. Kuulajauhatusprosessia tulisi hallita avainprosessina, koska jos primäärihiukkaskoon sakeutta kuulajauhatuksen jälkeen ei kontrolloida hyvin, hiukkasten konsistenssi se vaikuttaa valmiin tuotteen kokoon, mikä vaikuttaa materiaalien erän koostumukseen.

(3) Lisäsuojatodistuksen käyttö.

Suorita SPC:n reaaliaikainen avainprosessien tärkeimpien ominaisparametrien seuranta, analysoi epänormaalit kohdat, tunnista epävakauden syyt, ryhdy tehokkaisiin korjaaviin ja ehkäiseviin toimenpiteisiin ja vältä viallisten tuotteiden virtaamista asiakkaalle.

4. Muut haitalliset tilanteet

Lietettä valmistettaessa positiivinen elektrodimateriaali sekoitetaan tasaisesti liuottimien, liimojen ja johtavien aineiden kanssa tietyssä suhteessa lietesäiliössä ja poistetaan sitten putkilinjan kautta. Poistoaukkoon asennetaan suodatinsuoja, joka sieppaa suuret hiukkaset ja vieraat esineet positiivisessa elektrodimateriaalissa ja takaa pinnoitteen laadun. Jos positiivinen elektrodimateriaali sisältää suuria hiukkasia, se aiheuttaa suodatinverkon tukkeutumisen. Jos suurten hiukkasten koostumus on edelleen positiivinen elektrodimateriaali, se vaikuttaa vain tuotannon tehokkuuteen eikä akun suorituskykyyn, ja tällaisia ​​häviöitä voidaan vähentää. Mutta jos näiden suurten hiukkasten koostumus on epävarma ja ne ovat muita metallisia vieraita esineitä, jo valmistettu liete romutetaan kokonaan, mikä johtaa valtaviin hävikkiin.

Tämän poikkeaman esiintymisen pitäisi johtua materiaalitoimittajan sisäisistä laadunhallintaongelmista. Useimmat positiiviset elektrodimateriaalit tuotetaan seulontaprosesseilla ja se, onko seula vaurioitunut, tarkastettu ja vaihdettu ajoissa. Jos näyttö on vaurioitunut, vuodonestotoimenpiteitä ei ole, ja sitä, havaitaanko tehdastarkastuksessa suuria hiukkasia, on vielä parannettava.