Управление на качеството на материали за положителни електроди за литиеви батерии

Управление на качеството на материали за положителни електроди за литиеви батерии

Производителността на литиево-йонните батерии е тясно свързана с качеството на материалите на положителните електроди.

Тази статия представя няколко форми на повреда на материали за положителни електроди, които оказват значително влияние върху работата на литиево-йонните батерии, като смесване с метални чужди предмети, прекомерна влага и лоша консистенция на партидата. Той изяснява сериозната вреда, която тези форми на повреда причиняват на производителността на батерията, и обяснява как да се избегнат тези повреди от гледна точка на управлението на качеството, предоставяйки силни гаранции за по-нататъшно предотвратяване на проблеми с качеството и подобряване на качеството на литиево-йонните батерии.

Както всички знаем, катодният материал е един от основните материали на ядрото на литиево-йонните батерии и неговата производителност пряко влияе върху показателите за производителност на литиево-йонните батерии. Понастоящем предлаганите на пазара катодни материали на литиево-йонни батерии включват литиев кобалат, литиев манганат, литиево-железен фосфат, трикомпонентни материали и други продукти.

В сравнение с други суровини за литиево-йонни батерии, разнообразието от материали за положителни електроди е по-разнообразно, производственият процес също е по-сложен и рискът от повреда на качеството е по-голям, което изисква по-високи изисквания за управление на качеството. Тази статия обсъжда често срещаните форми на повреда и съответните превантивни мерки на материалите за положителни електроди за литиево-йонни батерии от гледна точка на потребителите на материали.

1. Метални чужди предмети, смесени с материала на положителния електрод

Когато има желязо (Fe), мед (Cu), хром (Cr), никел (Ni), цинк (Zn), сребро (Ag) и други метални примеси в катодния материал, когато напрежението в етапа на образуване на батерията достигне окислителния и редукционния потенциал на тези метални елементи, тези метали ще бъдат окислени първо в положителния полюс и след това редуцирани до отрицателния полюс. Когато металните елементи на отрицателния полюс се натрупат до известна степен, твърдите ръбове и ъгли на отложения метал ще пробият диафрагмата, причинявайки саморазреждане на батерията.

Саморазреждането може да има фатално въздействие върху литиево-йонните батерии, така че е особено важно да се предотврати въвеждането на метални чужди предмети от източника.

Има много производствени процеси за материали за положителни електроди и съществува риск от въвеждане на чужди метални предмети на всяка стъпка от производствения процес. Това поставя по-високи изисквания към нивото на автоматизация на оборудването и нивото на управление на качеството на място на доставчиците на материали. Доставчиците на материали обаче често имат по-ниски нива на автоматизация на оборудването поради ограничения на разходите, което води до повече точки на прекъсване в производствените и производствените процеси и увеличаване на неконтролируемите рискове.

Следователно, за да осигурят стабилна работа на батерията и да предотвратят саморазреждане, производителите на батерии трябва да популяризират доставчиците на материали, за да предотвратят въвеждането на метални чужди предмети от пет аспекта: човек, машина, материал, метод и околна среда.

Като се започне от контрола на персонала, на служителите трябва да бъде забранено да носят метални чужди предмети в цеха, да носят бижута и да носят работно облекло, обувки и ръкавици, когато влизат в цеха, за да се избегне контакт с метални чужди предмети, преди да влязат в контакт с прах. За да създадете механизъм за надзор и инспекция, да култивирате информираността на служителите за качеството и да ги накарате съзнателно да спазват и поддържат средата на цеха.

Производственото оборудване е основната връзка за въвеждане на чужди обекти, като ръжда и присъщо износване на материалите на компонентите на оборудването и инструментите, които влизат в контакт с материалите; Компоненти на оборудването и инструменти, които не влизат в пряк контакт с материала и прахът полепва и плува в материала поради въздушния поток в цеха. В зависимост от степента на въздействие могат да се използват различни методи за обработка, като боядисване, замяна на покрития от неметални материали (пластмаса, керамика) и опаковане на голи метални компоненти. Мениджърите трябва също така да установят съответните правила и разпоредби, за да определят ясно как да управляват метални чужди предмети, да създадат списък за проверка и да изискват от служителите да извършват редовни проверки, за да предотвратят потенциални проблеми.

Суровините са директният източник на чужди метални предмети в материалите за положителни електроди. Закупените суровини трябва да имат разпоредби за съдържанието на метални чужди предмети. След влизане във фабриката трябва да се извърши стриктна проверка, за да се гарантира, че съдържанието им е в определения диапазон. Ако съдържанието на метални примеси в суровините надвишава стандарта, е трудно те да бъдат отстранени в следващите процеси.

За да се отстранят метални чужди предмети, електромагнитното отстраняване на желязо се превърна в необходим процес при производството на материали за положителни електроди. Електромагнитните машини за отстраняване на желязо са широко използвани, но това оборудване не работи с немагнитни метални вещества като мед и цинк. Следователно работилницата трябва да избягва използването на медни и цинкови компоненти. Ако е необходимо, също така се препоръчва да се избягва директен контакт с прах или излагане на въздух. В допълнение, позицията на инсталиране, броят на инсталациите и настройките на параметрите на електромагнитния препарат за отстраняване на желязо също оказват определено влияние върху ефекта от отстраняване на желязо.

За да се осигури среда в работилницата и да се постигне положително налягане в работилницата, е необходимо също така да се установят двойни врати и врати с въздушен душ, за да се предотврати навлизането на външен прах в работилницата и замърсяващите материали. В същото време оборудването на работилницата и стоманените конструкции трябва да избягват ръжда, а земята също трябва да бъде боядисана и редовно демагнетизирана.

2. Съдържанието на влага в материала на положителния електрод надвишава стандарта

Положителните електродни материали са предимно микронни или наномащабни частици, които лесно абсорбират влагата от въздуха, особено тройни материали с високо съдържание на Ni. При приготвянето на пастата за положителен електрод, ако материалът за положителен електрод има високо съдържание на вода, разтворимостта на PVDF ще бъде намалена, след като NMP абсорбира вода по време на процеса на смесване на суспензията, което ще доведе до превръщането на гела на пастата в желе, което ще повлияе на производителността на обработката. След като направите батерия, нейният капацитет, вътрешно съпротивление, циркулация и увеличение ще бъдат засегнати, така че съдържанието на влага в материала на положителния електрод, като метални чужди предмети, трябва да бъде ключов контролен проект.

Колкото по-високо е нивото на автоматизация на оборудването на производствената линия, толкова по-кратко е времето на излагане на праха във въздуха и толкова по-малко вода се въвежда. Насърчаването на доставчици на материали за подобряване на автоматизацията на оборудването, като постигане на пълен тръбопроводен транспорт, наблюдение на точките на оросяване на тръбопровода и инсталиране на роботизирани ръце за постигане на автоматично зареждане и разтоварване, допринася значително за предотвратяване на навлизането на влага. Въпреки това, някои доставчици на материали са ограничени от фабричния дизайн или ценовия натиск и когато автоматизацията на оборудването не е висока и има много точки на прекъсване в производствения процес, е необходимо да се контролира стриктно времето на експозиция на праха. Най-добре е да използвате пълни с азот варели за праха по време на процеса на прехвърляне.
Температурата и влажността на производствения цех също са ключов индикатор за контрол и теоретично, колкото по-ниска е точката на оросяване, толкова по-благоприятна е тя. Повечето доставчици на материали се фокусират върху контрола на влагата след процеса на синтероване. Те вярват, че температура на синтероване от около 1000 градуса по Целзий може да премахне по-голямата част от влагата в праха. Докато въвеждането на влага от процеса на синтероване до етапа на опаковане е строго контролирано, това може основно да гарантира, че съдържанието на влага в материала не надвишава стандарта.

Разбира се, това не означава, че няма нужда да се контролира влагата преди процеса на синтероване, тъй като ако в предишния процес се въведе твърде много влага, ефективността на синтероване и микроструктурата на материала ще бъдат засегнати. Освен това методът на опаковане също е много важен. Повечето доставчици на материали използват алуминиеви пластмасови торбички за вакуумно опаковане, което в момента изглежда най-икономичният и ефективен метод.

Разбира се, дизайнът на различни материали също може да има значителни разлики във водопоглъщането, като разлики в материалите за покритие и специфичната повърхност, което може да повлияе на тяхната водопоглъщаемост. Въпреки че някои доставчици на материали предотвратяват навлизането на влага по време на производствения процес, самите материали имат характеристиката да абсорбират лесно вода, което прави изключително трудно изсушаването на влагата, след като са направени в електродни пластини, което създава проблеми на производителите на батерии. Следователно, когато се разработват нови материали, трябва да се обърне внимание на въпроса за водопоглъщането и разработването на материали с по-висока универсалност, което е много полезно както за търсенето, така и за предлагането.

3. Лоша консистенция на партидата от 3 положителни електродни материала

За производителите на батерии, колкото по-малка е разликата и по-добра консистенция между партидите материали за положителни електроди, толкова по-стабилна може да бъде производителността на готовата батерия. Както всички знаем, един от основните недостатъци на катодния материал от литиево-железен фосфат е лошата стабилност на партидата. В процеса на пулпиране вискозитетът и съдържанието на твърдо вещество на всяка партида суспензия са нестабилни поради големи колебания на партидите, което създава проблеми на потребителите и изисква постоянна настройка на процеса, за да се адаптира.

Подобряването на степента на автоматизация на производственото оборудване е основното средство за подобряване на стабилността на партидата на литиево-железните фосфатни материали. Понастоящем обаче степента на автоматизация на оборудването на местните доставчици на литиево-железен фосфат като цяло е ниска, техническото ниво и способността за управление на качеството не са високи и предоставените материали имат проблеми с нестабилност на партидите в различна степен. От гледна точка на потребителите, ако разликите в партидите не могат да бъдат елиминирани, ние се надяваме, че колкото по-голямо е теглото на партидата, толкова по-добре, при условие че материалите в една и съща партида са еднакви и стабилни.

Така че, за да изпълнят това изискване, доставчиците на желязо-литиеви материали често добавят процес на смесване след направата на крайния продукт, което е равномерно смесване на няколко партиди от материали. Колкото по-голям е обемът на смесителната кана, толкова повече материали съдържа и толкова по-голямо е количеството смесена партида.

Размерът на частиците, специфичната повърхност, влагата, стойността на pH и други показатели на желязо-литиеви материали могат да повлияят на вискозитета на произведената суспензия. Въпреки това, тези показатели често са строго контролирани в рамките на определен диапазон и все още може да има значителни разлики във вискозитета между партидите суспензия. За да се предотвратят аномалии по време на партидна употреба, често е необходимо да се симулира производствената формула и да се подготвят някои тестове за вискозитет на суспензията предварително, преди да се пуснат в употреба, и само след като изпълнят изискванията, те могат да бъдат пуснати в употреба, но ако производителите на батерии провеждат тестване преди всяко производство, това значително ще намали ефективността на производството, така че те ще препратят тази работа на доставчика на материали и ще изискат от доставчика на материали да завърши тестването и да изпълни изискванията преди изпращане.

Разбира се, с напредъка на технологиите и подобряването на възможностите за процес на доставчиците на материали, дисперсията на физическите свойства става все по-малка и по-малка и стъпката на тестване на вискозитета преди изпращане може да бъде пропусната. В допълнение към мерките, споменати по-горе, за подобряване на съгласуваността, ние също трябва да използваме инструменти за качество, за да сведем до минимум нестабилността на партидите и да предотвратим възникването на проблеми с качеството. Основно като се започне от следните аспекти.

(1) Установете оперативни процедури.

Присъщото качество на продукта е едновременно проектирано и произведено. Следователно начинът, по който работят операторите, е особено важен за контролиране на качеството на продуктите и трябва да бъдат установени подробни и специфични оперативни стандарти.

(2) Идентификация на CTQ.

Идентифицирайте ключови индикатори и процеси, които влияят на качеството на продукта, наблюдавайте тези ключови контролни индикатори и разработете съответните мерки за реагиране при извънредни ситуации. Железопътната линия с ортофосфорна киселина е основната част от текущото производство на литиево-железен фосфат. Неговите процеси включват дозиране, топково смилане, синтероване, раздробяване, опаковане и т.н. Процесът на топково смилане трябва да се управлява като ключов процес, защото ако консистенцията на първичния размер на частиците след топково смилане не се контролира добре, консистенцията на частиците размерът на крайния продукт ще бъде засегнат, което ще повлияе на консистенцията на партидата на материалите.

(3) Използването на SPC.

Провеждайте SPC мониторинг в реално време на ключови характерни параметри на ключови процеси, анализирайте необичайни точки, идентифицирайте причините за нестабилност, предприемайте ефективни коригиращи и превантивни мерки и избягвайте дефектни продукти, постъпващи към клиента.

4. Други неблагоприятни ситуации

Когато се прави суспензия, материалът на положителния електрод се смесва равномерно с разтворители, лепила и проводими агенти в определена пропорция в резервоара за суспензия и след това се изхвърля през тръбопровода. Филтърна решетка е монтирана на изхода, за да улавя големи частици и чужди тела в материала на положителния електрод и да гарантира качеството на покритието. Ако материалът на положителния електрод съдържа големи частици, това ще доведе до запушване на филтърната мрежа. Ако съставът на големите частици все още е самият материал на положителния електрод, това ще повлияе само на ефективността на производството и няма да повлияе на работата на батерията и такива загуби могат да бъдат намалени. Но ако съставът на тези големи частици не е сигурен и те са други чужди метални предмети, вече направената суспензия ще бъде напълно бракувана, което ще доведе до огромни загуби.

Появата на тази аномалия трябва да се дължи на вътрешни проблеми с управлението на качеството в доставчика на материали. Повечето материали за положителни електроди се произвеждат чрез процеси на скрининг и дали екранът е повреден, проверете и сменете своевременно. Ако екранът е повреден, няма мерки срещу изтичане и все още трябва да се подобри дали са открити големи частици по време на фабрична проверка.