Управління якістю матеріалів позитивних електродів для літієвих батарей

Управління якістю матеріалів позитивних електродів для літієвих батарей

Продуктивність літій-іонних акумуляторів тісно пов’язана з якістю матеріалів позитивних електродів.

У цій статті представлено декілька форм несправності матеріалів позитивного електрода, які мають значний вплив на продуктивність літій-іонних акумуляторів, наприклад змішування з металевими сторонніми предметами, надмірна вологість і погана консистенція партії. Він пояснює серйозну шкоду, яку ці форми несправностей завдають продуктивності батареї, і пояснює, як уникнути цих несправностей з точки зору управління якістю, надаючи надійні гарантії для подальшого запобігання проблемам якості та покращення якості літій-іонних батарей.

Як ми всі знаємо, матеріал катода є одним із ключових матеріалів серцевини літій-іонних акумуляторів, і його продуктивність безпосередньо впливає на показники продуктивності літій-іонних акумуляторів. В даний час продані катодні матеріали для літій-іонних батарей включають кобалат літію, манганат літію, фосфат літію заліза, потрійні матеріали та інші продукти.

Порівняно з іншою сировиною для літій-іонних акумуляторів різноманітність матеріалів для позитивних електродів більш різноманітна, виробничий процес також складніший, а ризик погіршення якості більший, що вимагає вищих вимог до управління якістю. У цій статті обговорюються типові форми несправності та відповідні запобіжні заходи матеріалів позитивного електрода для літій-іонних акумуляторів з точки зору користувачів матеріалів.

1. Металеві сторонні предмети, змішані з матеріалом позитивного електрода

Коли в матеріалі катода є домішки заліза (Fe), міді (Cu), хрому (Cr), нікелю (Ni), цинку (Zn), срібла (Ag) та інших металів, коли напруга на стадії формування батарея досягає потенціалу окислення та відновлення цих металевих елементів, ці метали спочатку окислюватимуться на позитивному полюсі, а потім відновлюватимуться на негативному полюсі. Коли металеві елементи на негативному полюсі накопичуються до певної міри, жорсткі краї та кути осадженого металу проколюють діафрагму, викликаючи саморозряд батареї.

Саморозряд може мати фатальний вплив на літій-іонні батареї, тому особливо важливо запобігати потраплянню металевих сторонніх предметів з джерела.

Існує багато процесів виробництва матеріалів для позитивних електродів, і існує ризик потрапляння металевих сторонніх предметів на кожному етапі виробничого процесу. Це висуває підвищені вимоги до рівня автоматизації обладнання та рівня управління якістю на місці постачальників матеріалів. Однак постачальники матеріалів часто мають нижчий рівень автоматизації обладнання через обмеження вартості, що призводить до збільшення кількості перерв у виробництві та виробничих процесах і збільшення неконтрольованих ризиків.

Таким чином, щоб забезпечити стабільну роботу акумулятора та запобігти саморозряду, виробники акумуляторів повинні просувати постачальників матеріалів, щоб запобігти потраплянню металевих сторонніх предметів з п’яти аспектів: людини, машини, матеріалу, методу та навколишнього середовища.

Починаючи з кадрового контролю, працівникам забороняється проносити в цех металеві сторонні предмети, носити прикраси, а також надягати робочий одяг, взуття та рукавички при вході в цех, щоб уникнути контакту з металевими сторонніми предметами до контакту з порошком. Встановити механізм нагляду та перевірки, розвивати у співробітників обізнаність про якість і змушувати їх свідомо дотримуватися та підтримувати робоче середовище.

Виробниче обладнання є основною ланкою для введення сторонніх предметів, таких як іржа та властивий матеріалам знос компонентів обладнання та інструментів, які контактують з матеріалами; Компоненти обладнання та інструменти, які не контактують безпосередньо з матеріалом, а пил прилипає та плаває в матеріалі завдяки потоку повітря в майстерні. Залежно від ступеня впливу можуть бути прийняті різні методи обробки, такі як фарбування, заміна неметалевих покриттів (пластик, кераміка) і обгортання голих металевих компонентів. Керівники також повинні встановити відповідні правила та положення, щоб чітко визначити, як поводитися з металевими сторонніми предметами, створити контрольний список і вимагати від працівників проводити регулярні перевірки, щоб запобігти потенційним проблемам.

Сировина є прямим джерелом металевих сторонніх предметів у матеріалах позитивного електрода. Покупна сировина повинна мати норми вмісту металевих сторонніх предметів. Після входу на фабрику необхідно провести сувору перевірку, щоб переконатися, що їх вміст знаходиться в межах зазначеного діапазону. Якщо вміст металевих домішок у сировині перевищує норму, їх важко видалити в подальших процесах.

Щоб видалити металеві сторонні предмети, електромагнітне видалення заліза стало необхідним процесом у виробництві матеріалів для позитивних електродів. Електромагнітні машини для видалення заліза широко використовуються, але це обладнання не працює з немагнітними металевими речовинами, такими як мідь і цинк. Тому в майстерні слід уникати використання мідних і цинкових компонентів. При необхідності також рекомендується уникати прямого контакту з порошком або перебування на повітрі. Крім того, місце установки, кількість установок і налаштування параметрів електромагнітного очисника також мають певний вплив на ефект видалення заліза.

Щоб забезпечити робоче середовище та досягти надлишкового тиску в цеху, також необхідно встановити подвійні двері та двері з повітряним душем, щоб запобігти потраплянню зовнішнього пилу в майстерню та забруднюючих матеріалів. У той же час, цехове обладнання та сталеві конструкції повинні уникати іржі, а землю також слід фарбувати та регулярно розмагнічувати.

2. Вміст вологи в матеріалі позитивного електрода перевищує стандарт

Матеріали позитивного електрода – це переважно мікронні або нанорозмірні частинки, які легко поглинають вологу з повітря, особливо потрійні матеріали з високим вмістом Ni. Під час приготування пасти для позитивного електрода, якщо матеріал позитивного електрода має високий вміст води, розчинність PVDF буде знижена після того, як NMP поглине воду під час процесу змішування суспензії, що призведе до того, що гель пасти стане желе, що вплине на ефективність обробки. Після виготовлення батареї це вплине на її ємність, внутрішній опір, циркуляцію та збільшення, тому вміст вологи в матеріалі позитивного електрода, як і металеві сторонні предмети, має бути ключовим проектом контролю.

Чим вищий рівень автоматизації обладнання виробничої лінії, тим коротший час витримки порошку в повітрі, і тим менше вводиться води. Заохочення постачальників матеріалів до покращення автоматизації обладнання, як-от досягнення повного транспортування по трубопроводу, моніторинг точок роси трубопроводу та встановлення роботизованих рук для досягнення автоматичного завантаження та розвантаження, значною мірою сприяє запобіганню проникненню вологи. Однак деякі постачальники матеріалів обмежені конструкцією заводу або тиском вартості, і коли автоматизація обладнання невисока та є багато перерв у виробничому процесі, необхідно суворо контролювати час витримки порошку. Під час перенесення найкраще використовувати для порошку бочки, наповнені азотом.
Температура і вологість виробничого цеху також є ключовим контрольним показником, і теоретично, чим нижча точка роси, тим вона сприятливіша. Більшість постачальників матеріалів зосереджуються на контролі вологості після процесу спікання. Вони вважають, що температура спікання близько 1000 градусів за Цельсієм може видалити більшу частину вологи в порошку. Поки введення вологи від процесу спікання до стадії пакування суворо контролюється, це може в основному гарантувати, що вміст вологи в матеріалі не перевищує стандарт.

Звичайно, це не означає, що немає необхідності контролювати вологість перед процесом спікання, тому що якщо в попередньому процесі буде введено занадто багато вологи, це вплине на ефективність спікання та мікроструктуру матеріалу. Крім того, дуже важливий спосіб упаковки. Більшість постачальників матеріалів використовують алюмінієві поліетиленові пакети для вакуумної упаковки, що на даний момент є найбільш економічним і ефективним методом.

Звичайно, різні конструкції матеріалів також можуть мати значні відмінності у водопоглинанні, наприклад, відмінності в матеріалах покриття та питомій площі поверхні, що може вплинути на їх водопоглинання. Незважаючи на те, що деякі постачальники матеріалів запобігають проникненню вологи під час виробничого процесу, самі матеріали мають властивість легко поглинати воду, що ускладнює висушування вологи після виготовлення електродних пластин, що створює проблеми для виробників акумуляторів. Тому при розробці нових матеріалів слід приділяти увагу питанню водопоглинання та розробці матеріалів з більшою універсальністю, що є дуже вигідним як для пропозиції, так і для попиту.

3. Погана консистенція партії 3 матеріалів позитивного електрода

Для виробників акумуляторів, чим менша різниця та краща узгодженість між партіями матеріалів позитивного електрода, тим стабільнішою може бути продуктивність готової батареї. Як ми всі знаємо, одним із головних недоліків катодного матеріалу з фосфату літію та заліза є низька стабільність партії. У процесі варіння целюлози в’язкість і вміст твердої речовини в кожній партії суспензії нестабільні через значні коливання партії, що створює проблеми для користувачів і вимагає постійного коригування процесу для адаптації.

Підвищення рівня автоматизації виробничого обладнання є основним засобом покращення стабільності партії літієвих залізофосфатних матеріалів. Однак на даний момент рівень автоматизації обладнання вітчизняних постачальників літій-залізо-фосфатних матеріалів загалом низький, технічний рівень і здатність до управління якістю невисокі, а надані матеріали мають проблеми нестабільності партії різного ступеня. З точки зору користувачів, якщо відмінності в партіях неможливо усунути, ми сподіваємося, що чим більша вага партії, тим краще, за умови, що матеріали в одній партії однорідні та стабільні.

Тому, щоб задовольнити цю вимогу, постачальники залізо-літієвих матеріалів часто додають процес змішування після виготовлення готового продукту, який полягає в рівномірному змішуванні кількох партій матеріалів. Чим більший об'єм ємності для змішування, тим більше матеріалів вона містить і тим більша кількість змішаної партії.

Розмір частинок, питома площа поверхні, вологість, значення pH та інші показники залізо-літієвих матеріалів можуть впливати на в'язкість виробленої суспензії. Однак ці показники часто суворо контролюються в певному діапазоні, і все одно можуть бути значні відмінності у в'язкості між партіями шламу. Щоб запобігти аномаліям під час серійного використання, часто необхідно змоделювати виробничу формулу та заздалегідь підготувати деякі тести на в’язкість суспензії, перш ніж вводити їх у використання, і лише після виконання вимог вони можуть бути введені в експлуатацію, але якщо виробники акумуляторів проводять тестування перед кожним виробництвом, це значно знизить ефективність виробництва, тому вони передадуть цю роботу постачальнику матеріалів і вимагатимуть від постачальника матеріалів завершити тестування та виконати вимоги перед відправкою.

Звичайно, з розвитком технології та вдосконаленням технологічних можливостей постачальників матеріалів розкид фізичних властивостей стає все меншим і меншим, і етап тестування в’язкості перед відправленням можна опустити. На додаток до заходів, згаданих вище для покращення узгодженості, ми також повинні використовувати інструменти якості, щоб мінімізувати нестабільність партії та запобігти виникненню проблем із якістю. В основному виходячи з наступних аспектів.

(1) Встановіть робочі процедури.

Невід'ємна якість продукту є як розробленою, так і виготовленою. Тому те, як працюють оператори, є особливо важливим для контролю якості продукції, тому необхідно встановити детальні та конкретні робочі стандарти.

(2) Ідентифікація CTQ.

Визначте ключові індикатори та процеси, які впливають на якість продукції, відстежуйте ці ключові контрольні індикатори та розробляйте відповідні заходи реагування на надзвичайні ситуації. Залізнична лінія ортофосфорної кислоти є основним потоком поточного виробництва фосфату заліза літію. Його процеси включають дозування, кульовий помел, спікання, дроблення, пакування тощо. Процесом кульового помелу слід керувати як з ключовим процесом, тому що якщо постійність первинного розміру частинок після кульового помелу не контролюється добре, консистенція частинок це вплине на розмір готового продукту, що вплине на консистенцію партії матеріалів.

(3) Використання SPC.

Проводьте моніторинг SPC в режимі реального часу ключових характерних параметрів ключових процесів, аналізуйте аномальні точки, виявляйте причини нестабільності, вживайте ефективних коригувальних і профілактичних заходів і уникайте надходження бракованої продукції до клієнта.

4. Інші несприятливі ситуації

Під час виготовлення суспензії матеріал позитивного електрода рівномірно змішується з розчинниками, адгезивами та провідними речовинами в певній пропорції в резервуарі для суспензії, а потім виводиться через трубопровід. На виході встановлюється фільтруюча сітка, яка затримує великі частки та сторонні предмети в матеріалі позитивного електрода та забезпечує якість покриття. Якщо матеріал позитивного електрода містить великі частинки, це призведе до засмічення сітки фільтра. Якщо до складу великих частинок все ще входить сам матеріал позитивного електрода, це вплине лише на ефективність виробництва і не вплине на продуктивність акумулятора, і такі втрати можна зменшити. Але якщо склад цих великих частинок невизначений і вони є іншими металевими сторонніми об’єктами, уже зроблену суспензію буде повністю утилізовано, що призведе до величезних втрат.

Поява цієї аномалії має бути пов’язано з внутрішніми проблемами управління якістю в постачальника матеріалів. Більшість матеріалів для позитивних електродів виробляються за допомогою процесів скринінгу. Незалежно від того, чи екран пошкоджений, перевіряйте та своєчасно замінюйте. Якщо екран пошкоджено, заходи проти витоку відсутні, і чи виявлено великі частки під час заводської перевірки, все ще потрібно покращити.