Autor: Dany Huang, Ph.D.
TOB New Energy tegevjuht ning teadus- ja arendustegevuse juht
Võtke LinkedInis ühendust dr Huangiga
Kokkuvõte ja peamised väljavõtted
Viskoossus on läga kvaliteedi kõige mõõdetavam näitaja, kuid üks number ei räägi kunagi kogu lugu. Aku elektroodide suspensioonid on nihket vedeldavad vedelikud, mille viskoossus langeb suurusjärgu võrra, kui nihkekiirus tõuseb- ja see käitumine, mitte puhkeväärtus, määrab, kas pilu- või kahveltera sadestub ühtlase elektroodikihi.
NMC katoodi lobrid mõõdavad tavaliselt 3000–8000 mPa·s madalal nihkejõul (0,1–1 s⁻¹) ja langevad 300–800 mPa·s 100–1000 s⁻¹ tootmiskatte nihkekiirusel.
Voolukäitumise indeks (n < 1 võimuseaduse mudelis) peab asuma määratletud aknas: liiga järsk langus põhjustab servade õhenemist, liiga tasane põhjustab triipe.
Tiksotroopia selgitab, miks läga pakseneb pärast seismist,{0}}osakeste sidumisvõrgustik moodustub minutite kuni tundide jooksul uuesti, muutes kontrollitava muutuja segamisest aega.
Tootmisviskosimeeter ja tahke sisalduse tester püüavad partii triivi enne, kui see jõuab kattepeani.
Kattekiht näeb jooksu alguses täiuslik välja. Teise rulliga ilmuvad triibud. Kolmanda rulli puhul on servad õhukesed ja massikoormus on sihtmärgist 3% võrra väiksem. Läga pärines samast retseptist, samast segistist, sama tsükliaja järgi. Kuid see pole sama vedelik. Viskoossus muutus, kui paak istus pumpa oodates.
See on elektroodide katmise igapäevane reaalsus. Läga reoloogia ei ole labori uudishimu; see on muutuja, mis otsustab, kas pindamisliin töötab 10 tundi reguleerimata või peatab iga rulli pea puhastamiseks.
Mida nihkega vedeldamine lägas tegelikult tähendab
Akupulber on kontsentreeritud suspensioon: aktiivmaterjal (NMC, LFP, grafiit), juhtiv süsinik, sideaine (PVDF NMP-s või CMC/SBR vees) ja lahusti. Puhkeolekus moodustavad need osakesed nõrga võrgustiku, mida hoiavad koos sidesillad ja van der Waalsi jõud. Võrk annab lägale mõõdetava voolavuspiiri ja kõrge madala nihkejõu viskoossuse.
Kui rakendatakse nihket-pumpamine, segamine, matriitsi läbimine-, laguneb võrk. Osakesed joonduvad ja voolavad üksteisest mööda ning viskoossus langeb. See on nihkehõrenemine ehk pseudoplastilisus.
Käitumine järgib võimsusseaduse mudelit: η=K· ⁿ⁻¹, kus η on viskoossus, nihkekiirus, K on konsistentsi indeks ja n on voolukäitumise indeks. Akupulberite puhul jääb n tavaliselt vahemikku 0,2–0,6.
Otseselt järgneb kaks tagajärge.
Sedimentatsiooni kontroll. Puhkeolekus või punkris vajab suspensioon raskete NMC- või grafiidiosakeste suspensioonis hoidmiseks suurt viskoossust ja voolavuspinget. Madala nihkejõu korral liiga õhuke suspensioon settib mõne minuti jooksul, tekitades kattekihil tiheduse gradiente.
Voolu stantsi juures. Katte suure nihkekiiruse korral peab läga voolama piisavalt vabalt, et fooliumi niisutada ja tasandada. Kui viskoossus püsib suure nihkejõu korral kõrge, tekivad kattekihil triibud ja stantsi rõhk tõuseb.
Miks nihkega vedeldamine määrab kiire kattekvaliteedi?
Tootmiskatmine töötab kiirusega 10–80 m/min. Pilu matriitsi huule juures kogeb suspensioon nihkekiirusi, mis skaalavad voolukiirusega ja pöördvõrdeliselt stantsi vahega. 300 µm vahe kiirusel 30 m/min tekitab seinas ligikaudu 300–500 s⁻¹. Selle nihkekiiruse viskoossus -mitte puhkeväärtus- määrab rõhulanguse, märja kile paksuse ja servaprofiili.
Kolm kattedefekti on otseselt seotud reoloogiaga:
- Triibutamine. Viskoossus stantsi nihkekiirusel liiga kõrge või madala nihkejõuga struktuur, mis ei saa piisavalt kiiresti laguneda, tekitab masina suunas katkendlikke jooni.
- Serva hõrenemine. Kui nihkehõrenemise indeks on liiga agressiivne (n liiga madal), voolab läga kiiremini nendes stantside servades, kus nihkejõud on kõige suurem, tõmmates materjali servade poole ja jättes need õhukeseks. See on klassikaline servade probleem, mis raiskab kärpimisel materjali.
- Nõelaugud ja laigud. Kui suspensioonil puudub piisav voolavuspiir või see taastub pärast stantsi liiga aeglaselt, tasaneb kattekiht enne kuivamist ebaühtlaselt, jättes pinnale paksuse kõikumised, mis tekivad pärast moodustumist.
Seetõttu ei ole katteinseneri eesmärk üks viskoossusarv. See on voolukõver: määratletud viskoossus madala võrdlusnihkekiiruse juures stabiilsuse tagamiseks, määratletud viskoossus protsessi nihkekiirusel voolu jaoks ja nende vahele jääv piiratud nihke-hõrenemisindeks.
A vs B: ühepunktiline viskosimeetria vs. voolukõvera iseloomustus
Akulaborites domineerivad kaks mõõtmisfilosoofiat ja igaüks vastab erinevale küsimusele.
| Aspekt | Ühepunktiline pöörlev viskosimeeter | Voolukõvera (reomeetri) iseloomustus |
|---|---|---|
| Mida see mõõdab | Viskoossus ühel fikseeritud spindli kiirusel | Viskoossus nihkekiirusel |
| Tüüpiline instrument | Puuteekraaniga pöörlev viskosimeeter | Koonusplaat või kontrollitud pingega reomeeter |
| Aeg testi kohta | 1-2 minutit | 10–30 minutit |
| Mida see püüab | Partii-partii triiv võrdluspunktis | Nihke-hõrenemise indeks, voolavuspinge, tiksotroopia |
| Tootmisroll | Sissetulev QC, liini jälgimine | Retsepti väljatöötamine, defektide diagnoosimine |
| Suhteline kulu | Madal | Kõrge |
Mõlemal on koht. Fikseeritud kiirusega puuteekraaniga viskosimeeter on igapäevase tootmise jälgimise tööhobune, kuna see on kiire ja korratav. Täielik voolukõver on reserveeritud retsepti väljatöötamiseks ja defektide jaoks, mida ühe punkti andmed ei suuda seletada.
Püünis võrdleb erinevatel efektiivsetel nihkekiirustel mõõdetud suspensioone. Spindli kiirus, spindli suurus ja proovi temperatuur muudavad efektiivset nihkekiirust. Kaks suspensiooni, mis loevad ühel tingimusel identselt, võivad matriitsis käituda täiesti erinevalt. 5 kraadine temperatuuritõus võib viskoossust langetada 10–20%, seega tuleb mõõtetemperatuur fikseerida. Just seetõttu apuute{0}}ekraani pöörlemisviskosimeeteraku läga viskoossuse jälgimiseks on ette nähtud fikseeritud spindli geomeetria ja temperatuurikompensatsioon, mis on sisseehitatud tootmis{0}}põranda kvaliteedikontrolli jaamadesse.
Võrdlusaken: viskoossuse eesmärgid protsessietapi järgi
Allolev tabel on NMC/PVDF-NMP süsteemi tüüpiline lähtepunkt. Iga liin peab kehtestama oma kontrollipiirangud võimekate tootmistsüklite põhjal.
| Protsessi etapp | Nihkekiirus | Tüüpiline viskoossus | Mida see kontrollib |
|---|---|---|---|
| Segamispaak, madala nihkejõuga | 0.1–1 s⁻¹ | 4000–8000 mPa·s | Sedimentatsioon, stabiilsus hoidmise ajal |
| Pumba ülekanne | 10–100 s⁻¹ | 1500–3000 mPa·s | Pumba kavitatsioon, filtri rõhk |
| Pilu stantsi kate | 100–1,000 s⁻¹ | 300–800 mPa·s | Kile ühtlus, servaprofiil, stantsi surve |
| Peale katmist taastumine | 0 s⁻¹ lähedal | naaseb 4,000+ mPa·s suunas | Nivelleerimine, longuskindlus, mustri säilitamine |
Arvud on materjalipõhised. Vesipõhised CMC/SBR suspensioonid käituvad erinevalt NMP-põhistest PVDF-i suspensioonidest ja grafiitanoodid erinevad NMC katoodidest. Keemiate vahel kandub üle meetod: mõõta kindlaksmääratud nihkekiirustel, hoida temperatuuri konstantsena ja jälgida voolukõverat, mitte ühte numbrit.
Miks läga pakseneb pärast seismist: tiksotroopia selgitus
Kõige tavalisem reoloogiline küsimus akutehastes: suspensioon seisab paagis tund aega ja viskoossus tõuseb 3000-6000 mPa·s. Segu oli segistist väljudes õige. Midagi ei ole aurustunud,{6}}paak on suletud. Mis juhtus?
Tiksotroopia. Erinevalt nihkehõrenemisest, mis reageerib nihkekiirusele koheselt, sõltub tiksotroopia ajast. Kui segamine peatub, moodustub purunenud osakeste võrgustik aeglaselt uuesti. Suure nihkejõuga segamise ajal venitatud ja joondatud sideaine molekulid lõdvestuvad ja adsorbeeruvad uuesti osakeste pinnale. Ümberehitamine kestab minuteid kuni tunde, olenevalt sideaine keemiast, tahke aine sisaldusest ja temperatuurist.
Tiksotroopia ei ole defekt. See on iga tõelise akude läga omadus ja seda tuleb hallata:
- Mõõtke viskoossust pärast kindlaksmääratud puhkeaega või pärast kindlaksmääratud eelnihket, et näidud oleksid partiide lõikes võrreldavad.
- Laske suspensioon enne katmist uuesti tsirkuleerida või segada, kui see on seisnud kauem kui valideeritud aeg -tavaliselt 30–60 minutit NMP-süsteemide puhul, mõne vesisüsteemi puhul vähem.
- Läga, mis kunagi oma struktuuri ei taasta, settib. Sedimentatsioon on liiga õhukese või ebapiisavalt tiksotroopse läga purunemisviis.
Tiksotroopne silmus-hüstereesiala nihkepühkimise üles- ja allakaldtee vahel-mõõdab taastumise kiirust. Suur silmus tähendab aeglast taastumist; väike silmus tähendab kiiret taastumist. Kiiresti taastuvad suspensioonid hoiavad tahkeid aineid hästi, kuid ei pruugi ideaalselt tasandada; Aeglaselt taastuvad lägad on hästi tasemel, kuid neil on oht settida. Silmusala on häälestusparameeter, mitte ainult vaatlus.
Temperatuur ja tahke sisu: kaks driftijuhti
Kaks muutujat domineerivad viskoossuse triivis rohkem kui ükski teine ja need on omavahel seotud.
Viskoossus langeb temperatuuri tõustes, enamiku lahusti-sideainesüsteemide puhul ligikaudu eksponentsiaalselt. 10-kraadine muutus võib viskoossust nihutada 20–40%. Katmisliinid ilma läga temperatuuri reguleerimiseta näevad süstemaatilist triivi hommikuse ja pärastlõunase vahetuse vahel.
Tahke aine sisaldusel on veelgi tugevam mõju, kuna viskoossus langeb järsult, kui tahked ained laekuvad perkolatsiooniläve lähedal. Tahke aine sisalduse 1% muutus võib kontsentreeritud suspensioonides viskoossust 30–50% nihutada. Seetõttu asub tahke sisu tester QC pingil viskosimeetri kõrval. Viskoossus ütleb, et midagi on muutunud; kindel sisu ütleb teile, mis muutus. Tavapärasest lahjem ja väiksema tahke ainesisaldusega suspensioon viitab segamisveale. Tahkeaine sihtsisaldusega vedelam suspensioon viitab temperatuuri või sideaine struktuuri probleemile. Mõlema mõõtmine eraldab algpõhjused,-mis on põhjus, miks QC-stend ühendab viskosimeetri jalaboratoorne tahke ainesisalduse testeraku läga tahkete ainete -laadimise kontrollimiseks iga vahetuse esimesel proovil.
Tehniline ülevaade:
Ühepunktiline viskoossusnäit, mis võeti 10 minutit pärast segamist ja teine 2 tundi hiljem, ei mõõda sama vedelikku. Avalda mõõtmisprotokoll: fikseeritud spindel, fikseeritud kiirus, fikseeritud temperatuur, fikseeritud puhkeaeg enne lugemist. Ilma selle protokollita on partiidevahelised võrdlused mõttetud ja katte defekte ei saa seostada lägaga. TOB New Energy protsessimeeskond haldab allalaaditavat viskoossuse mõõtmise SOP-i iga lägapere jaoks,{5}}kui soovite seda koos sideaine ja aktiivse materjali spetsifikatsiooniga.
KKK: läga reoloogia tootmises
Miks aku läga pärast seismist pakseneb?
Jah-see on tiksotroopia. Segamisel purunenud osakeste sideaine võrgustik moodustub minutite kuni tundide jooksul uuesti, suurendades madala nihkejõu viskoossust. Enne katmist segage uuesti või tsirkuleerige läga, mis on seisnud väljaspool kinnitatud akent.
Milline viskoossus peaks olema NMC katoodipuljongil?
Tavaliselt 4000–8000 mPa·s madalal nihkejõul (0,1–1 s⁻¹), langedes 300–800 mPa·s 100–1000 s⁻¹ nihkekiirusel piluvormi kattekihiga. Täpne aken sõltub tahkete ainete laadimisest, sideainest ja stantsi geomeetriast.
Miks on nihkega hõrenemine kiire katmise jaoks hädavajalik?
Ilma selleta oleks suspensioon, mis hoiab tahkeid aineid puhkeolekus, liiga paks, et voolata läbi matriitsi ja piisavalt õhuke läga settiks. Nihke hõrenemine võimaldab ühel vedelikul teha mõlemat: viskoosne puhkeolekus, vedelik nihke all.
Mis vahe on nihkehõrenemisel ja tiksotroopial?
Nihke hõrenemine on hetkeline{0}}viskoossus reageerib nihkekiirusele kohe. Tiksotroopia on ajast sõltuv -viskoossus taastub järk-järgult pärast nihke peatumist. Pulber võib nihkega vedeldada, ilma et see oleks tugevalt tiksotroopne, kuid kõik akude suspensioonid näitavad mõlemat.
Kui sageli tuleks läga viskoossust tootmisliinil kontrollida?
Vähemalt üks kord partii kohta enne katmist ja uuesti, kui liin peatub kauem kui 30 minutit. Teadaoleva temperatuuritriiviga jooni kontrollitakse iga tunni järel. Mõõtmine kestab kaks minutit; tagasilükatud katterull maksab palju rohkem.
Kas olete valmis läga QC kontrolli alla panema?
Katte defektid tulenevad elektroodijäätmete viskoossuse triivimisest, liini ajast ja mahutavusest. TOB New Energy tarnib otseallika võtmed-kätte tootjana täielikku läga iseloomustusjaama-puuteekraaniga viskosimeetrit, tahkete ainete sisalduse testerit ja viskoossuse mõõtmise SOP-d-, mis sobivad teie sideaine ja keemiaga. Kvaliteedikontrolli seadmete soovituse ja tehasepoolse hinnapakkumise saamiseks võtke ühendust insenerimeeskonnaga ja teatage oma läga koostisest ja katteliini kiirusest.
Lisaks nendele kahele instrumendile tarnib sama allika tehas kogu komplekti sisseehitatud ja lauaarvutite kvaliteedikontrolli riistvara -alates viskoossuse ja tahkete ainete mõõtmisest kuni elektroodi paksuse ja pindala kaalumõõturiteni-täielik aku materjali testimise varustusvalik läga ja elektroodide kvaliteedikontrolliks.
Tehniline viide, mille on koostanud TOB New Energy protsesside insenerirühm, mis käsitleb katmisliini kasutuselevõttu ja läga iseloomustamist mitme rakukeemia lõikes. Oma konkreetse koostise viskoossuse kontrollpiiri väljatöötamiseks võtke LinkedInis ühendust dr Dany Huangiga või esitage läga proov Xiameni rakenduslaborisse.
