Управление качеством материалов положительных электродов для литиевых батарей

Управление качеством материалов положительных электродов для литиевых батарей

Производительность литий-ионных аккумуляторов тесно связана с качеством материалов положительных электродов.

В этой статье рассказывается о нескольких формах отказа материалов положительных электродов, которые оказывают существенное влияние на работу литий-ионных батарей, таких как смешивание с металлическими посторонними предметами, чрезмерная влажность и плохая консистенция партии. В нем разъясняется серьезный вред, который эти формы отказов наносят производительности аккумулятора, и объясняется, как избежать этих отказов с точки зрения управления качеством, предоставляя надежные гарантии для дальнейшего предотвращения проблем с качеством и улучшения качества литий-ионных аккумуляторов.

Как мы все знаем, материал катода является одним из ключевых материалов сердечника литий-ионных аккумуляторов, и его характеристики напрямую влияют на эксплуатационные показатели литий-ионных аккумуляторов. В настоящее время продаваемые катодные материалы литий-ионных батарей включают кобалат лития, манганат лития, литий-железо-фосфат, тройные материалы и другие продукты.

По сравнению с другим сырьем для литий-ионных аккумуляторов разнообразие материалов положительных электродов более разнообразно, производственный процесс также более сложен, а риск потери качества выше, что требует более высоких требований к управлению качеством. В этой статье обсуждаются распространенные формы отказов и соответствующие профилактические меры материалов положительных электродов литий-ионных батарей с точки зрения пользователей материалов.

1. Металлические посторонние предметы смешаны с материалом положительного электрода.

При наличии в материале катода примесей железа (Fe), меди (Cu), хрома (Cr), никеля (Ni), цинка (Zn), серебра (Ag) и других металлов, при напряжении в стадии формирования батарея достигает окислительного и восстановительного потенциала этих металлических элементов, эти металлы сначала окисляются в положительном полюсе, а затем восстанавливаются в отрицательном полюсе. Когда металлические элементы на отрицательном полюсе накапливаются в определенной степени, твердые края и углы осажденного металла проткнут диафрагму, вызывая саморазряд батареи.

Саморазряд может оказать фатальное воздействие на литий-ионные аккумуляторы, поэтому особенно важно предотвратить попадание металлических посторонних предметов из источника.

Существует множество процессов производства материалов положительных электродов, и существует риск попадания металлических посторонних предметов на каждом этапе производственного процесса. Это выдвигает более высокие требования к уровню автоматизации оборудования и уровню управления качеством на местах поставщиков материалов. Однако поставщики материалов часто имеют более низкий уровень автоматизации оборудования из-за ограничений по стоимости, что приводит к большему количеству точек останова в производстве и производственных процессах, а также к увеличению неконтролируемых рисков.

Таким образом, чтобы обеспечить стабильную работу батареи и предотвратить саморазряд, производители батарей должны поощрять поставщиков материалов, чтобы предотвратить попадание металлических посторонних предметов с пяти аспектов: человека, машины, материала, метода и окружающей среды.

Начиная с контроля персонала, работникам следует запретить проносить в цех металлические посторонние предметы, носить украшения, а также надевать рабочую одежду, обувь и перчатки при входе в цех во избежание контакта с металлическими посторонними предметами до контакта с порошком. Создать механизм надзора и проверки, повышать осведомленность сотрудников о качестве и заставлять их сознательно соблюдать и поддерживать среду в мастерской.

Производственное оборудование является основным звеном проникновения посторонних предметов, таких как ржавчина и естественный износ компонентов оборудования и инструментов, вступающих в контакт с материалами; Компоненты оборудования и инструменты, которые не вступают в непосредственный контакт с материалом, а пыль прилипает и всплывает в материал за счет потока воздуха в цеху. В зависимости от степени воздействия могут применяться различные методы обработки, такие как покраска, замена покрытий из неметаллических материалов (пластика, керамики) и обертывание металлических компонентов. Руководители также должны установить соответствующие правила и положения, чтобы четко определить, как обращаться с металлическими посторонними предметами, составить контрольный список и потребовать от сотрудников проводить регулярные проверки для предотвращения потенциальных проблем.

Сырье является прямым источником металлических посторонних предметов в материалах положительных электродов. Закупленное сырье должно иметь регламенты на содержание металлических посторонних предметов. После поступления на завод необходимо провести строгий контроль, чтобы убедиться, что их содержание находится в пределах указанного диапазона. Если содержание металлических примесей в сырье превышает норму, их трудно удалить в последующих процессах.

Чтобы удалить металлические посторонние предметы, электромагнитное удаление железа стало необходимым процессом при производстве материалов положительных электродов. Электромагнитные машины для удаления железа широко используются, но это оборудование не работает с немагнитными металлическими веществами, такими как медь и цинк. Поэтому в мастерской следует избегать использования медных и цинковых компонентов. При необходимости также рекомендуется избегать прямого контакта с порошком или воздействия воздуха. Кроме того, положение установки, количество установок и настройки параметров электромагнитного устройства для удаления железа также оказывают определенное влияние на эффект удаления железа.

Чтобы обеспечить микроклимат в цехе и добиться положительного давления в цехе, также необходимо установить двойные двери и двери с воздушным душем, чтобы предотвратить попадание внешней пыли в цех и загрязнение материалов. При этом оборудование цеха и металлоконструкции должны избегать ржавчины, а землю также следует красить и регулярно размагничивать.

2. Содержание влаги в материале положительного электрода превышает стандарт.

Материалы положительных электродов в основном представляют собой частицы микронного или наноразмера, которые легко впитывают влагу из воздуха, особенно тройные материалы с высоким содержанием Ni. При приготовлении пасты положительного электрода, если материал положительного электрода имеет высокое содержание воды, растворимость ПВДФ снизится после того, как NMP поглотит воду в процессе смешивания суспензии, что приведет к превращению геля пасты в желе, что повлияет на производительность обработки. После изготовления батареи это повлияет на ее емкость, внутреннее сопротивление, циркуляцию и увеличение, поэтому содержание влаги в материале положительного электрода, как и металлические посторонние предметы, должно быть ключевым проектом контроля.

Чем выше уровень автоматизации оборудования производственной линии, тем короче время выдержки порошка на воздухе и меньше вводится воды. Поощрение поставщиков материалов к совершенствованию автоматизации оборудования, например, обеспечение полной транспортировки по трубопроводу, контроль точки росы по трубопроводу и установка роботизированных манипуляторов для автоматической загрузки и разгрузки, в значительной степени способствует предотвращению попадания влаги. Однако некоторые поставщики материалов ограничены конструкцией завода или ценовым давлением, и когда автоматизация оборудования невысока и в производственном процессе много точек останова, необходимо строго контролировать время воздействия порошка. В процессе транспортировки лучше всего использовать для пороха бочки, наполненные азотом.
Температура и влажность производственного цеха также являются ключевыми контрольными показателями, и теоретически, чем ниже точка росы, тем она более благоприятна. Большинство поставщиков материалов уделяют особое внимание контролю влажности после процесса спекания. Они считают, что температура спекания около 1000 градусов по Цельсию позволяет удалить большую часть влаги из порошка. Пока строго контролируется попадание влаги от процесса спекания на стадию упаковки, это может гарантировать, что содержание влаги в материале не превышает стандарт.

Конечно, это не означает, что нет необходимости контролировать влажность перед процессом спекания, поскольку если в предыдущем процессе будет введено слишком много влаги, это повлияет на эффективность спекания и микроструктуру материала. Кроме того, очень важен способ упаковки. Большинство поставщиков материалов используют алюминиевые пластиковые пакеты для вакуумной упаковки, что в настоящее время является наиболее экономичным и эффективным методом.

Конечно, разные конструкции материалов также могут иметь существенные различия в водопоглощении, например, различия в материалах покрытия и удельной площади поверхности, что может влиять на их водопоглощение. Хотя некоторые поставщики материалов предотвращают попадание влаги в производственный процесс, сами материалы легко впитывают воду, что чрезвычайно затрудняет высыхание влаги после изготовления электродных пластин, что создает проблемы для производителей аккумуляторов. Поэтому при разработке новых материалов следует уделять внимание вопросу водопоглощения и разработке материалов с большей универсальностью, что очень выгодно как для спроса, так и для предложения.

3. Плохая однородность партии материалов трех положительных электродов.

Для производителей аккумуляторов чем меньше разница и лучше согласованность между партиями материалов положительных электродов, тем более стабильными могут быть характеристики готовой батареи. Как мы все знаем, одним из основных недостатков катодного материала из литий-железо-фосфатного материала является плохая стабильность партии. В процессе варки вязкость и содержание твердых веществ в каждой партии суспензии нестабильны из-за больших колебаний партии, что доставляет проблемы пользователям и требует постоянной корректировки процесса для адаптации.

Повышение степени автоматизации производственного оборудования является основным средством повышения стабильности партии литий-железофосфатных материалов. Однако в настоящее время степень автоматизации оборудования отечественных поставщиков литий-железо-фосфатных материалов, как правило, низка, технический уровень и возможности управления качеством невысоки, а поставляемые материалы имеют проблемы нестабильности партии различной степени. С точки зрения пользователей, если различия в партиях невозможно устранить, мы надеемся, что чем больше вес партии, тем лучше, при условии, что материалы в одной партии однородны и стабильны.

Поэтому, чтобы удовлетворить этому требованию, поставщики железо-литиевых материалов часто добавляют процесс смешивания после изготовления готового продукта, который заключается в равномерном смешивании нескольких партий материалов. Чем больше объем смесителя, тем больше материалов он содержит и тем больше объем смешиваемой смеси.

Размер частиц, удельная поверхность, влажность, значение pH и другие показатели железо-литиевых материалов могут влиять на вязкость получаемой суспензии. Однако эти показатели часто строго контролируются в определенном диапазоне, и все же могут быть существенные различия в вязкости между партиями навозной жижи. Чтобы предотвратить аномалии во время серийного использования, часто необходимо смоделировать производственную формулу и заранее подготовить некоторые тесты на вязкость суспензий, прежде чем ввести их в эксплуатацию, и только после удовлетворения требований они могут быть введены в эксплуатацию. Но если производители аккумуляторов проводят тестирование перед каждым производством значительно снизит эффективность производства, поэтому они передадут эту работу поставщику материалов и потребуют от поставщика материалов завершить тестирование и выполнить требования перед отправкой.

Конечно, с развитием технологий и улучшением технологических возможностей поставщиков материалов разброс физических свойств становится все меньше и меньше, и этап тестирования вязкости перед отправкой можно опустить. В дополнение к упомянутым выше мерам по повышению согласованности нам также следует использовать инструменты качества, чтобы минимизировать нестабильность партии и предотвратить возникновение проблем с качеством. В основном начиная со следующих аспектов.

(1) Установить рабочие процедуры.

Качество, присущее продукту, одновременно проектируется и производится. Поэтому то, как работают операторы, особенно важно для контроля качества продукции, поэтому необходимо установить подробные и конкретные стандарты работы.

(2) Идентификация CTQ.

Определить ключевые показатели и процессы, влияющие на качество продукции, отслеживать эти ключевые контрольные показатели и разработать соответствующие меры реагирования на чрезвычайные ситуации. Железнодорожная линия по производству ортофосфорной кислоты является основным направлением текущего производства литий-железо-фосфата. Его процессы включают дозирование, шаровое измельчение, спекание, дробление, упаковку и т. д. Процесс шарового измельчения следует рассматривать как ключевой процесс, поскольку, если постоянство размера первичных частиц после шарового измельчения не контролируется должным образом, консистенция частиц Это повлияет на размер готового продукта, что повлияет на однородность партии материалов.

(3) Использование SPC.

Проводить SPC мониторинг в режиме реального времени основных характерных параметров ключевых процессов, анализировать аномальные точки, выявлять причины нестабильности, принимать эффективные корректирующие и предупреждающие меры, избегать попадания к клиенту бракованной продукции.

4. Другие неблагоприятные ситуации

При приготовлении суспензии материал положительного электрода равномерно смешивается с растворителями, клеями и проводящими агентами в определенной пропорции в резервуаре для суспензии, а затем выводится через трубопровод. На выходе установлена ​​фильтрующая сетка, задерживающая крупные частицы и посторонние предметы в материале положительного электрода и обеспечивающая качество покрытия. Если материал положительного электрода содержит крупные частицы, это приведет к засорению сетки фильтра. Если состав крупных частиц по-прежнему представляет собой сам материал положительного электрода, это повлияет только на эффективность производства и не повлияет на производительность батареи, и такие потери можно уменьшить. Но если состав этих крупных частиц неясен и они представляют собой другие металлические посторонние предметы, то уже приготовленная суспензия будет полностью утилизирована, что приведет к огромным потерям.

Возникновение этой аномалии должно быть связано с внутренними проблемами управления качеством у поставщика материалов. Большинство материалов положительных электродов производятся посредством процессов скрининга, и на предмет повреждения экрана проверяют и своевременно заменяют. Если экран поврежден, меры по предотвращению утечек отсутствуют, а обнаружение крупных частиц во время заводской проверки все еще требует улучшения.