電池処理におけるリン酸鉄リチウム材料の一般的な問題は何ですか

リン酸鉄リチウムは、リチウムイオンのために拡散係数が低く、導電率が低くなります。したがって、現在のアプローチは、粒子を小さくするか、ナノメートル系列にすることであり、LI +と電子の移動経路を短くすることで、充電速度と放電速度を上げます（理論的には、移動時間は、の2乗に反比例します。移行パス）。しかし、これはバッテリー処理に一連の困難を引き起こしました。

最初の問題は、材料の分散です。

パルプ化は、電池製造プロセスで最も重要なプロセスの1つです。その中心的なタスクは、有効成分、導電剤、バインダー、その他の材料を均一に混合して、材料の性能をよりよく発揮できるようにすることです。混合するには、分散できる必要があります。粒子が減少すると、対応する比表面積が増加し、表面エネルギーが増加し、粒子間の重合の傾向が増加します。表面エネルギーの分散を克服するために必要なエネルギーが大きいほど。現在、機械的攪拌に一般的に使用されています。機械的攪拌エネルギーの分布は不均一です。特定の領域でのみ、重合した粒子を十分に大きなせん断強度と十分に高いエネルギーで分離できます。分散能力を向上させるには、混合装置の構造を最適化し、最大せん断速度を変更せずに効果的に分散した領域の空間比を大きくすることです。 1つは、攪拌力を上げ（攪拌速度を上げる）、せん断速度を上げることで、対応する有効分散空間も大きくなります。前者はデバイスの問題であり、アップグレードするスペースがどれだけあるかであり、コーティングはオンラインでコメントされていません。後者の場合、せん断速度が特定の制限に言及しているため、持ち上げスペースが制限されます。これにより、材料が損傷したり、粒子が損傷したりする可能性があります。

より効果的な方法は、超音波分散技術を使用することです。しかし、超音波装置はより高価であり、以前に連絡されたものは、輸入された日本のマシンミキサーと同等の価格です。超音波分散処理時間が短く、全体のエネルギー消費量が少なく、スラリーの分散効果が良く、材料粒子の重合が効果的に遅れ、安定性が大幅に向上します。

また、分散剤を使用することにより、分散効果を向上させることができます。

コーティングの均一性

コーティングが不均一であると、バッテリーの一貫性が良くないだけでなく、設計、安全性の使用、その他の問題にも関係します。したがって、電池の製造工程では、コーティングの均一な管理が非常に厳しくなります。レシピ、コーティングプロセスが知っているように、材料粒子が小さいほど、均一なコーティングを行うのは難しくなります。そのメカニズムに関する限り、私は関連する説明を見たことがありません。コーティングは、電極スラリーの非ニュートン流体特性によって引き起こされると考えられています。

電極スラリーは、非ニュートン流体の接触流体である必要があります。このタイプの流体は、粘性があり、固体でさえあるという特徴がありますが、攪拌すると希薄になり、流れやすくなります。バインダーは、超顕微鏡状態の線形または網状構造です。攪拌すると、これらの構造が破壊され、流動性が良好になります。それらが静止した後、それらは再形成され、流動性が悪化します。リン酸鉄リチウム粒子は小さいです。同じ質量の下で、粒子の数が増加します。それらを接続して効果的な導電性ネットワークを形成するために、必要な導電性薬剤の量はそれに応じて増加します。小さな粒子、導電剤の量が増加し、必要なバインダーの量も増加しました。静的な場合、メッシュ構造を形成しやすく、流動性は従来の材料よりも劣ります。

ミキサーからコーティングにスラリーを除去するプロセスでは、多くのメーカーが依然としてターンオーバーバケットトランスファーを使用しています。プロセス中、スラリーが攪拌されないか、攪拌強度が低くなります。スラリーの流動性が変化し、徐々に粘性になります。ゼリーのように。流動性が低いと、コーティングの均一性が低下します。これは、1次元の密度公差の増加と表面形態の低下を特徴としています。

基本は、粒子の導電率や粒子の球形などを向上させることで、短期間で効果が限定される可能性のある材料を改善することです。既存の材料に基づいて、バッテリー処理の観点から、改善されたアプローチは以下の点から試すことができます。

1.「線形」導電率を使用する

いわゆる「線形」および「粒状」導電剤は著者のイメージであり、学術的に説明されていない可能性があります。

現在主にVGCF（カーボンファイバー）とCNT（カーボンナノチューブ）、金属ナノワイヤーなどの「線形」導電剤の使用。それらは直径数ナノメートル、長さ数十ナノメートルであり、長さはさらに数センチメートルを超えています。一般的に使用される「粒状」導電剤（SuperP、KS-6など）は、一般に数十ナノメートルのサイズです。電池素材のサイズは数ミクロンです。導電剤と活性物質からなる「粒状」電極は、同様の点と接触し、点間で接触し、各点は周囲の点とのみ接触することができます。 「線状」導電剤と活性物質からなる極性フィルムでは、点と線、線と線の接触です。各ポイントは同時に複数のラインと接触することができ、各ラインは同時に複数のラインと接触することもできます。より多くのノード、導電性チャネルもより開いており、導電性が優れています。さまざまな種類の導電剤の組み合わせを使用すると、より優れた導電効果を発揮できます。特に、導電剤の選択方法は、バッテリーの製造が問題を調査する価値があるためです。

CNTSやVGCFなどの「線形」導体を使用した場合に考えられる影響は次のとおりです。

（1）線状導電剤は、結合効果をある程度高め、電極の柔軟性と強度を向上させます。

（2）導電剤の量の削減（CNTSは同じ質量（重量）の従来の粒子導電剤の導電率が3倍であると報告されていることを思い出してください）、合成（1）、接着剤の量も減少し、活性物質の含有量を増やすことができます。

（3）分極の改善、接触インピーダンスの減少、およびサイクル性能の改善。

（4）導電性ネットワークには多くの接触ノードがあり、ネットワークはより完璧であり、比率性能は従来の導電性薬剤よりも優れています。熱放散性能の向上は、高倍率バッテリーにとって非常に重要です。

（5）吸収性能の向上。

（6）材料の高価格と高コスト。 1Kgの導電剤、一般的に使用されるSUPERPはわずか数十元、VGCFは約2000元または3000元、CNTSはVGCFよりわずかに高い（添加量が1％の場合、1KgCNTは4,000元と計算され、約0.3増加しますAhコストあたりの人民元）;

（7）CNTS、VGCFなどは表面よりも高い。どのように分散させるかは、使用時に解決しなければならない問題です。そうしないと、分散のパフォーマンスが低下しません。超音波分散および他の手段を使用できます。散乱導電性流体を提供するCNTメーカーがあります。

2.分散を改善する

スラリーが十分に分散していると、粒子が接触する可能性が大幅に低下し、スラリーの安定性が大幅に向上します。配合・成分工程を改善することにより、分散効果をある程度改善することができます。上記の超音波分散も効果的な方法です。

3.スラリー移送プロセスを改善します

スラリーを保管するときは、混合速度を上げて、スラリーの粘度を回避することができます。スイングバケットを使用してスラリーを移送する場合、予想されるコーティング時間を可能な限り短縮するために、パイプ輸送を条件付きで使用してスラリーの粘性現象を改善します。

4.押出コーティング（スプレー）を採用

押出コーティングはスクレーパーコーティングの表面の質感と不均一な厚さを改善することができますが、機器の価格が高く、スラリーの安定性が高くなります。

乾きにくい

リン酸鉄リチウムは表面積が大きく、結合剤の量が多いため、スラリーの調製に必要な溶媒の量が多く、コーティング後の乾燥がより困難になります。溶媒の蒸発速度をどのように制御するかは、注目に値する問題です。温度が高く、風量が多く、乾燥速度が速く、発生するボイドが大きい。同時に、コロイドの移動が促進され、コーティング内の材料の不均一な分布が生じる可能性があります。コロイドが表層に凝集すると、荷電粒子の伝導が妨げられます。インピーダンスを上げます。温度が低く、風量が少なく、溶媒の逃げが遅く、乾燥時間が長く、生産能力が低い。

接着性能が悪い

リン酸鉄リチウム材料の粒子は小さく、コバルト酸リチウムやマンガンリチウムよりも表面よりもはるかに大きく、より多くのバインダーが必要です。ただし、より多くのバインダーが使用され、活性物質の含有量が減少し、エネルギー密度が減少するため、可能であれば、バッテリー製造プロセスはバインダーの量を削減しようとします。接着効果を改善するために、リン酸第二鉄リチウムの処理の現在の一般的な慣行は、バインダーの分子量を増加させることです（高分子量、より高い接着能力、しかし分散がより困難でより高いインピーダンス）。一方では、バインダーの量を増やすために。結果は満足のいくものではないようです。

柔軟性が低い

現在、リン酸鉄リチウム電極を加工すると、電極が硬くなり、もろくなると一般に感じられます。ラミネートへの影響はわずかに小さいとは限りませんが、巻くと非常に不利になります。極端なフィルムの柔軟性は良くありません。巻いたり曲げたりすると、粉末が落ちて壊れやすくなり、短絡などの問題が発生します。メカニズムの説明はまだ明確ではありません。粒子は小さく、コーティングの弾性空間は小さいと推測されます。圧縮密度の低減は改善できますが、体積エネルギー密度は低減できます。元のリン酸鉄リチウムの圧縮密度は比較的低く、圧縮密度を下げることはとることができない手段です。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。