Upravljanje kakovosti materialov pozitivnih elektrod za litijeve baterije

Upravljanje kakovosti materialov pozitivnih elektrod za litijeve baterije

Delovanje litij-ionskih baterij je tesno povezano s kakovostjo materialov pozitivnih elektrod.

Ta članek predstavlja več oblik okvar materialov pozitivnih elektrod, ki pomembno vplivajo na delovanje litij-ionskih baterij, kot je mešanje s kovinskimi tujki, prekomerna vlaga in slaba konsistenca serije. Pojasnjuje resno škodo, ki jo te oblike okvar povzročajo delovanju baterije, in pojasnjuje, kako se izogniti tem okvaram z vidika upravljanja kakovosti, zagotavlja trdna jamstva za nadaljnje preprečevanje težav s kakovostjo in izboljšanje kakovosti litij-ionskih baterij.

Kot vsi vemo, je katodni material eden ključnih jedrnih materialov litij-ionskih baterij in njegova zmogljivost neposredno vpliva na kazalnike učinkovitosti litij-ionskih baterij. Trenutno trženi katodni materiali litij-ionskih baterij vključujejo litijev kobalat, litijev manganat, litijev železov fosfat, ternarne materiale in druge izdelke.

V primerjavi z drugimi surovinami za litij-ionske baterije je raznolikost materialov pozitivnih elektrod bolj raznolika, proizvodni proces je tudi bolj zapleten, tveganje za neuspeh kakovosti pa večje, zato so potrebne višje zahteve glede kakovosti. Ta članek obravnava običajne oblike okvar in ustrezne preventivne ukrepe materialov pozitivnih elektrod za litij-ionske baterije z vidika uporabnikov materiala.

1. Kovinski tujki, pomešani v material pozitivne elektrode

Če so v materialu katode železo (Fe), baker (Cu), krom (Cr), nikelj (Ni), cink (Zn), srebro (Ag) in druge kovinske nečistoče, ko napetost v fazi nastajanja baterija doseže oksidacijski in redukcijski potencial teh kovinskih elementov, bodo te kovine najprej oksidirane na pozitivnem polu in nato reducirane na negativnem polu. Ko se kovinski elementi na negativnem polu kopičijo do določene mere, bodo trdi robovi in ​​vogali odložene kovine prebodli membrano, kar bo povzročilo samopraznjenje baterije.

Samopraznjenje lahko usodno vpliva na litij-ionske baterije, zato je še posebej pomembno preprečiti vnos kovinskih tujkov iz vira.

Obstaja veliko proizvodnih procesov za materiale pozitivnih elektrod in obstaja tveganje vnosa kovinskih tujkov v vsakem koraku proizvodnega procesa. To postavlja višje zahteve glede ravni avtomatizacije opreme in ravni vodenja kakovosti na kraju samem pri dobaviteljih materialov. Vendar pa imajo dobavitelji materialov pogosto nižje ravni avtomatizacije opreme zaradi stroškovnih omejitev, kar ima za posledico več prelomnih točk v proizvodnih in proizvodnih procesih ter povečanje neobvladljivih tveganj.

Da bi zagotovili stabilno delovanje baterije in preprečili samopraznjenje, morajo proizvajalci baterij spodbujati dobavitelje materialov, da preprečijo vnos kovinskih tujkov s petih vidikov: človek, stroj, material, metoda in okolje.

Začenši z nadzorom osebja, je treba zaposlenim prepovedati prenašanje kovinskih tujkov v delavnico, nošenje nakita in nošenje delovnih oblačil, obutve in rokavic ob vstopu v delavnico, da bi se izognili stiku s kovinskimi tujki, preden pridejo v stik s prahom. Vzpostaviti nadzorni in inšpekcijski mehanizem, gojiti zavedanje kakovosti zaposlenih in jih prisiliti, da zavestno upoštevajo in vzdržujejo okolje v delavnici.

Proizvodna oprema je glavna povezava za vnos tujih predmetov, kot so rja in inherentna obraba materialov na komponentah opreme in orodjih, ki pridejo v stik z materiali; Sestavni deli opreme in orodja, ki nimajo neposrednega stika z materialom, prah pa se zaradi pretoka zraka v delavnici oprijema in plava v material. Glede na stopnjo vpliva je mogoče uporabiti različne metode obdelave, kot so barvanje, zamenjava s prevlekami iz nekovinskih materialov (plastika, keramika) in ovijanje golih kovinskih komponent. Vodje bi morali določiti tudi ustrezna pravila in predpise, da bi jasno opredelili, kako ravnati s kovinskimi tujki, vzpostaviti kontrolni seznam in od zaposlenih zahtevati, da izvajajo redne preglede, da preprečijo morebitne težave.

Surovine so neposreden vir kovinskih tujkov v materialih pozitivnih elektrod. Nakupljene surovine morajo imeti predpisane vsebnosti kovinskih tujkov. Po vstopu v tovarno je treba izvesti strog pregled, da se zagotovi, da je njihova vsebina v določenem obsegu. Če vsebnost kovinskih primesi v surovinah presega standard, jih je v nadaljnjih postopkih težko odstraniti.

Da bi odstranili kovinske tujke, je elektromagnetno odstranjevanje železa postalo nujen postopek pri proizvodnji materialov za pozitivne elektrode. Elektromagnetni stroji za odstranjevanje železa se pogosto uporabljajo, vendar ta oprema ne deluje na nemagnetnih kovinskih snoveh, kot sta baker in cink. Zato se je treba v delavnici izogibati uporabi komponent bakra in cinka. Po potrebi se priporoča tudi izogibanje neposrednemu stiku s pudrom ali izpostavljenosti zraku. Poleg tega imajo položaj namestitve, število namestitev in nastavitve parametrov elektromagnetnega odstranjevalca železa tudi določen vpliv na učinek odstranjevanja železa.

Da bi zagotovili okolje v delavnici in dosegli pozitiven pritisk v delavnici, je treba vzpostaviti tudi dvojna vrata in vrata za zračno prho, da se prepreči vstop zunanjega prahu v delavnico in onesnaževalnih materialov. Hkrati naj se delavniška oprema in jeklene konstrukcije izogibajo rji, tla pa je treba tudi barvati in redno razmagnetiti.

2. Vsebnost vlage materiala pozitivne elektrode presega standard

Materiali pozitivnih elektrod so večinoma mikronski ali nanometrski delci, ki zlahka absorbirajo vlago iz zraka, zlasti ternarni materiali z visoko vsebnostjo Ni. Pri pripravi paste za pozitivno elektrodo, če ima material pozitivne elektrode visoko vsebnost vode, se bo topnost PVDF zmanjšala, potem ko bo NMP absorbiral vodo med postopkom mešanja brozge, kar bo povzročilo, da bo gel paste postal žele, kar bo vplivalo na učinkovitost obdelave. Po izdelavi baterije bodo prizadeti njena zmogljivost, notranji upor, kroženje in povečava, zato bi morala biti vsebnost vlage v materialu pozitivne elektrode, kot so kovinski tujki, ključni nadzorni projekt.

Višja kot je stopnja avtomatizacije opreme proizvodne linije, krajši je čas izpostavljenosti prahu v zraku in manj vode se vnese. Spodbujanje dobaviteljev materiala za izboljšanje avtomatizacije opreme, kot je doseganje celotnega transporta po cevovodih, spremljanje rosišče cevovodov in namestitev robotskih rok za doseganje samodejnega nakladanja in razkladanja, močno prispeva k preprečevanju vnosa vlage. Vendar pa so nekateri dobavitelji materialov omejeni z zasnovo tovarne ali cenovnimi pritiski, in kadar avtomatizacija opreme ni visoka in je v proizvodnem procesu veliko prelomnih točk, je treba strogo nadzorovati čas izpostavljenosti prahu. Najbolje je, da med postopkom prenosa uporabite sode, napolnjene z dušikom za prah.
Temperatura in vlažnost proizvodne delavnice je tudi ključni kontrolni indikator in teoretično velja, da nižje kot je rosišče, ugodnejša je. Večina dobaviteljev materialov se osredotoča na nadzor vlage po procesu sintranja. Menijo, da lahko temperatura sintranja okoli 1000 stopinj Celzija odstrani večino vlage v prahu. Dokler je vnos vlage od procesa sintranja do faze pakiranja strogo nadzorovan, lahko v bistvu zagotovi, da vsebnost vlage v materialu ne preseže standarda.

To seveda ne pomeni, da vlage pred postopkom sintranja ni treba kontrolirati, kajti če se v predhodnem procesu vnese preveč vlage, to vpliva na učinkovitost sintranja in mikrostrukturo materiala. Poleg tega je zelo pomemben tudi način pakiranja. Večina dobaviteljev materiala uporablja aluminijaste plastične vrečke za vakuumsko pakiranje, kar se trenutno zdi najbolj ekonomičen in učinkovit način.

Seveda imajo lahko različne zasnove materialov tudi pomembne razlike v absorpciji vode, kot so razlike v premaznih materialih in specifični površini, kar lahko vpliva na njihovo absorpcijo vode. Čeprav nekateri dobavitelji materialov preprečujejo vnos vlage med proizvodnim procesom, imajo sami materiali značilnost, da zlahka absorbirajo vodo, zaradi česar je izredno težko izsušiti vlago po izdelavi elektrodnih plošč, kar povzroča težave proizvajalcem baterij. Zato je treba pri razvoju novih materialov upoštevati vprašanje vpojnosti vode in razvoj materialov z večjo univerzalnostjo, kar je zelo koristno tako za ponudbo kot za povpraševanje.

3. Slaba konsistentnost serije 3 materialov pozitivnih elektrod

Za proizvajalce baterij velja, da manjša kot je razlika in boljša je skladnost med serijami materialov pozitivnih elektrod, stabilnejša je lahko zmogljivost končne baterije. Kot vsi vemo, je ena glavnih pomanjkljivosti katodnega materiala iz litijevega železovega fosfata slaba stabilnost serije. V procesu pridobivanja celuloze sta viskoznost in vsebnost trdnih snovi vsake serije gnojevke nestabilni zaradi velikih nihanj šarže, kar povzroča težave uporabnikom in zahteva nenehno prilagajanje procesa za prilagajanje.

Izboljšanje stopnje avtomatizacije proizvodne opreme je glavno sredstvo za izboljšanje stabilnosti serije litijevih železovih fosfatnih materialov. Vendar pa je trenutno stopnja avtomatizacije opreme domačih dobaviteljev litijevega železovega fosfatnega materiala na splošno nizka, tehnična raven in zmožnost upravljanja kakovosti nista visoki, zagotovljeni materiali pa imajo različne težave s šaržno nestabilnostjo. Z vidika uporabnikov, če razlik v serijah ni mogoče odpraviti, upamo, da večja kot je teža serije, tem bolje, če so materiali v isti seriji enotni in stabilni.

Da bi torej izpolnili to zahtevo, dobavitelji železo-litijevega materiala pogosto dodajo postopek mešanja po izdelavi končnega izdelka, ki je enakomerno mešanje več serij materialov. Večja kot je prostornina mešalnega kotla, več materialov vsebuje in večja je količina mešane serije.

Velikost delcev, specifična površina, vlaga, pH vrednost in drugi kazalniki železo-litijevih materialov lahko vplivajo na viskoznost proizvedene gošče. Vendar pa so ti indikatorji pogosto strogo nadzorovani v določenem razponu in lahko še vedno obstajajo pomembne razlike v viskoznosti med serijami gnojevke. Da bi preprečili anomalije med serijsko uporabo, je pogosto treba simulirati proizvodno formulo in vnaprej pripraviti nekaj testov viskoznosti gnojevke, preden jih damo v uporabo, in šele po izpolnjevanju zahtev jih je mogoče dati v uporabo, vendar če proizvajalci baterij izvajajo testiranje pred vsako proizvodnjo, bo to močno zmanjšalo učinkovitost proizvodnje, zato bodo to delo posredovali dobavitelju materiala in zahtevali, da dobavitelj materiala dokonča testiranje in izpolni zahteve pred odpremo.

Seveda je z napredkom tehnologije in izboljšanjem procesnih zmogljivosti dobaviteljev materialov razpršitev fizikalnih lastnosti vse manjša in korak testiranja viskoznosti pred odpremo je mogoče izpustiti. Poleg zgoraj omenjenih ukrepov za izboljšanje doslednosti bi morali uporabiti tudi orodja za kakovost, da čim bolj zmanjšamo nestabilnost serije in preprečimo pojav težav s kakovostjo. Predvsem iz naslednjih vidikov.

(1) Vzpostavite operativne postopke.

Lastna kakovost izdelka je zasnovana in izdelana. Zato je za nadzor kakovosti proizvodov še posebej pomembno, kako upravljavci delujejo, zato je treba določiti podrobne in posebne standarde delovanja.

(2) Identifikacija CTQ.

Identificirajte ključne kazalnike in procese, ki vplivajo na kakovost izdelka, spremljajte te ključne kontrolne kazalnike in razvijte ustrezne ukrepe za odzivanje v sili. Železniška proga z ortofosforno kislino je glavni tok trenutne priprave litijevega železovega fosfata. Njegovi procesi vključujejo doziranje, kroglično mletje, sintranje, drobljenje, pakiranje itd. Postopek krogličnega mletja je treba upravljati kot ključni proces, ker če doslednost primarne velikosti delcev po krogličnem mletju ni dobro nadzorovana, bo konsistenca delcev to bo vplivalo na velikost končnega izdelka, kar bo vplivalo na skladnost serije materialov.

(3) Uporaba SPC.

Izvajajte SPC spremljanje ključnih značilnih parametrov ključnih procesov v realnem času, analizirajte nenormalne točke, identificirajte vzroke nestabilnosti, izvajajte učinkovite korektivne in preventivne ukrepe ter se izogibajte dotoku okvarjenih izdelkov do naročnika.

4. Druge neugodne situacije

Pri izdelavi gnojevke se material pozitivne elektrode enakomerno pomeša s topili, lepili in prevodnimi sredstvi v določenem razmerju v rezervoarju za gnojevko in nato izpusti skozi cevovod. Na izhodu je nameščen filtrirni zaslon, ki prestreže velike delce in tujke v materialu pozitivne elektrode ter zagotovi kakovost prevleke. Če material pozitivne elektrode vsebuje velike delce, bo to povzročilo zamašitev sita filtra. Če je sestava velikih delcev še vedno sam material pozitivne elektrode, bo to vplivalo le na učinkovitost proizvodnje in ne bo vplivalo na zmogljivost baterije, takšne izgube pa je mogoče zmanjšati. Če pa je sestava teh velikih delcev negotova in gre za druge kovinske tujke, bo že izdelana gnojevka popolnoma zavržena, kar bo povzročilo velike izgube.

Pojav te nenormalnosti bi moral biti posledica notranjih težav z upravljanjem kakovosti znotraj dobavitelja materiala. Večina materialov za pozitivne elektrode je proizvedenih s postopki presejanja, in ne glede na to, ali je zaslon poškodovan, pregledajte in pravočasno zamenjajte. Če je zaslon poškodovan, ni ukrepov proti puščanju in ali so med tovarniškim pregledom zaznani veliki delci, je treba še izboljšati.