Анализ факторов, влияющих на измерение плотности уплотнения порошка – метод прессования

Индустрия литий-ионных аккумуляторов является одним из важных направлений, влияющих на развитие национальной экономики в настоящее время. В процессе проектирования и исследования литий-ионных аккумуляторов плотность уплотнения является одним из ключевых показателей, влияющих на производительность аккумулятора. Уровень плотности уплотнения тесно связан с размером частиц и распределением основного основного материала, порошка положительного и отрицательного электрода, а также тесно связан с емкостью, внутренним сопротивлением батареи и сроком службы батареи. Исследование плотности уплотнения включает два направления плотности электрода и плотности порошка. Для оценки плотности уплотнения традиционный метод заключается в оценке плотности электрода, которую необходимо проверить на этапах дозирования суспензии, нанесения покрытия на валок, прессования, выпекания, взвешивания, измерения толщины и расчета,

Весь цикл обнаружения этого метода и метода оценки плотности электродов длительный, а эффективность обнаружения низкая, а процесс производства полюсных наконечников также нанесет определенный вред персоналу и окружающей среде. По сравнению с традиционным методом, все больше исследователей выбирают эффективный и безопасный метод измерения плотности прямого уплотнения порошка положительного и отрицательного электрода для достижения этой цели. Используется круглая матрица с фиксированным внутренним диаметром в сочетании со стабильным и эффективным механизмом давления для сжатия порошкового материала, а для измерения толщины материала используется высокоточная система измерения толщины, благодаря чему достигается стабильное и эффективное измерение уплотненная плотность.

Рисунок 1. Схематическая диаграмма зависимости между плотностью электродов, внутренним сопротивлением и емкостью батареи.

Оценка плотности уплотнения порошка в текущем процессе проектирования и производства литий-ионных аккумуляторов стала индикатором, на который обращают внимание многие фабрики по производству материалов и ОЕМ-производители, и стабильность плотности уплотнения порошка особенно важна, измерение плотности уплотнения порошка на самом деле отношение общей массы таблетки к общему объему после таблетирования. В фактическом процессе измерения рабочая сила, машина, материал, метод и окружающая среда являются ключевыми показателями, влияющими на измерение. результаты теста.

1. Метод испытания и параметры

1.1 Выберите три материала НКМ, ЛФП и графит соответственно и проведите сравнительные испытания тремя способами: эксперимент с одной точкой, эксперимент с изменением давления и эксперимент со сбросом давления.

1.2 Используйте PRCD3100 (ИЭСТ) для проверки плотности уплотнения материала, испытательное оборудование показано на рисунке 2. Параметры испытаний: одноточечное испытание: 50 МПа, 100 МПа, 150 МПа, 200 МПа, одноточечное испытание соответственно, давление выдержки в течение 10 с. ; эксперимент с переменным давлением: диапазон давления 10-200 МПа, интервал 10 МПа, давление выдержки 10 с; эксперимент по сбросу давления: 10-200 МПа, интервал 10 МПа, сброс давления до 3 МПа, удержание давления в течение 10 с.

Рис. 2. (а) Внешний вид PRCD3100; (б) Структура PRCD3100

2. Анализ результатов

В исследовательской работе литий-ионных аккумуляторов мониторинг плотности уплотнения порошковых материалов использовался в качестве ключевого показателя оценки материала, и ему уделялось внимание во многих аспектах, таких как исследования и разработки модификации материала, партия производства материала оценка стабильности разницы и контроль поступающего материала. Его стабильность в реальном измерении привлекла всеобщее внимание. В этом эксперименте главным образом оценивается влияние метода наддува на определение плотности уплотнения путем сравнения трех тестовых режимов одноточечного наддува, изменения давления и сброса давления. Рисунок 3 представляет собой схематическую диаграмму изменения давления при повышении давления до 200 МПа при различных методах повышения давления. в котором эксперимент по нагнетанию давления в одной точке заключается в непосредственном повышении давления в образце до 200 МПа и сохранении его стабильности в течение 10 с, а также использовании результатов 10 с для анализа; эксперимент с переменным давлением заключается в установке параметров испытания 10-200 МПа и удержании давления в течение 10 с через программный терминал, а также получении данных о удерживании давления в течение 10 с в каждой точке давления для анализа результатов; Эксперимент по сбросу давления заключается в том, чтобы установить 10-200 МПа на стороне программного обеспечения, сбросить давление до 3 МПа, удерживать давление в течение 10 с и получить данные о давлении сброса давления, соответствующие каждой точке давления, до 10-й секунды для анализа результатов. Как показано на рисунке, существуют очевидные различия в процессе и времени прессования образцов при разных методах прессования.

Рисунок 3. Схематическая диаграмма изменения давления до 200 МПа при различных методах давления.

Рисунок 4 представляет собой сравнительную диаграмму результатов испытаний плотности уплотнения НКМ, ЛФП и графита в четырех точках давления 50 МПа, 100 МПа, 150 МПа и 200 МПа при различных методах давления. плотность уплотнения, плотность уплотнения с переменным давлением и плотность уплотнения при сбросе давления в каждой точке давления, что в основном связано с различными методами повышения давления. Из рисунка 3 видно, что при различных методах наддува существуют очевидные различия в режиме и времени наддува порошковых материалов в реальном процессе измерения, а процесс наддува порошка чрезвычайно сложен. На начальной стадии давления пористость между порошками составляет относительно большую долю. По мере того, как давление прогрессирует, частицы порошка будут перестраиваться и скользить и, наконец, образуют относительно плотное состояние накопления, а пористость между частицами уменьшается; При дальнейшем увеличении давления сами частицы порошка будут испытывать упругую деформацию, при этом пористость между частицами сильно не изменится, но размер пор уменьшится; При дальнейшем увеличении давления некоторые порошки будут подвергаться необратимой пластической деформации, и размер пор будет еще больше уменьшаться. В то же время некоторые хрупкие системы также могут быть разрушены, и размер пор уменьшится более значительно. и пористость между частицами сильно не изменится, но размер пор уменьшится; При дальнейшем увеличении давления некоторые порошки будут подвергаться необратимой пластической деформации, и размер пор будет еще больше уменьшаться. В то же время некоторые хрупкие системы также могут быть разрушены, и размер пор уменьшится более значительно. и пористость между частицами сильно не изменится, но размер пор уменьшится; При дальнейшем увеличении давления некоторые порошки будут подвергаться необратимой пластической деформации, и размер пор будет еще больше уменьшаться. В то же время некоторые хрупкие системы также могут быть разрушены, и размер пор уменьшится более значительно.^[2].

Сравнивая результаты испытаний одноточечного наддува и переменного давления, при низком давлении разница незначительна, и разница постепенно появляется с увеличением давления. Основная причина заключается в том, что существуют различия в изменении усилия порошка при двух методах нагнетания. Компания Samsung изучила использование двухэтапного процесса прессования при прокатке полюсного наконечника. Первый процесс мягкой прокатки плавно переориентирует графит перпендикулярно силе прессования, тем самым снижая напряжение и механические повреждения в графите и способствуя равномерному распределению пор по всему электроду. Целевая плотность электродов регулируется последующей второй прокаткой. Электроды, изготовленные методом двухступенчатой ​​прокатки, демонстрируют значительно меньшее пружинение и распухание. Поэтому,^[3].

Результат сравнения разгрузочной плотности уплотнения заведомо меньше, чем у двух других методов герметизации. Это в основном связано с тем, что процесс сжатия порошка ограничен двойными факторами упругой деформации и пластической деформации. Когда большое давление, воздействующее на конец порошка, преобразуется в небольшое давление, упругая деформация самого порошка преодолевает небольшое давление и отскок, а толщина таблетки порошка также будет иметь очевидные изменения, что вызовет различия в Результаты. В процессе фактического тестирования и оценки уплотненной плотности, когда каждой лаборатории необходимо сопоставить результаты работы образцов, необходимо сначала уточнить различия в методах герметизации в процессе тестирования,

Рисунок 4. Сравнение результатов испытаний на плотность уплотнения НКМ, ЛФП и графита при различных методах давления

Испытание на уплотнение порошка может предсказать характеристики уплотнения электрода, так что можно узнать процесс прокатки электрода. Исследователи из Технического университета Брауншвейга в Германии создали модель процесса прокатки, которая выявила зависимость между плотностью покрытия ρ_си нагрузка уплотнения q_л ^[5].

Среди них р_{с, макс.}и γ_сможет быть получен путем подгонки экспериментальных данных, которые соответственно представляют собой максимальную плотность уплотнения и сопротивление уплотнению покрытия, которые могут быть достигнуты с помощью покрытия. Эти подходящие параметры могут быть получены в результате экспериментов по уплотнению порошка. Например, максимальная плотность уплотнения ρ_{с, макс.}которое может быть достигнуто с помощью покрытия, является предельным значением, при котором плотность уплотнения порошка практически не будет увеличиваться в эксперименте по испытанию с переменным давлением. Сопротивление уплотнению γ_стакже может быть получена путем подгонки результатов плотности уплотнения при различных давлениях по формуле. Таким образом, для конкретного порошка может быть получена модель процесса плотности уплотнения, так что может быть известно испытание прокатки электрода.

3. Резюме

Стабильная и эффективная оценка уплотненной плотности стала в центре внимания современной индустрии литиевых аккумуляторов, и все еще существует много различий в методах оценки различных лабораторий в отрасли, в фактическом процессе оценки и сравнения необходимо провести систематический анализ по нескольким параметрам, таким как принципы тестирования, различия в методах и влияющие факторы, для обеспечения рациональности и эффективности результатов. В этой статье в основном объединены различия в результатах измерения плотности уплотнения при различных методах сжатия, чтобы прояснить влияние метода сжатия на измерение плотности уплотнения, и разъяснено, что метод сжатия является ключевым показателем влияния измерения плотности уплотнения. .

4. Ссылки на литературу

【1】БККА, КАК, АХН и др. Подготовка картирования внутреннего сопротивления для оптимизации толщины и плотности электрода с использованием симметричной ячейки для высокоэффективных литий-ионных аккумуляторов и конденсаторов[J]. Журнал источников энергии, 2018, 396: 207 - 212.

【2】 Ян Шаобинь, Лян Чжэн. Принцип производства и применение литий-ионных аккумуляторов.

【3】Улучшение характеристик набухания литий-ионных аккумуляторов за счет микроструктурной инженерии анода. Журнал промышленной и инженерной химии 71 (2019) 270-276.

【4】 Лян Хуамей, Цзэн Юн, Хуан Шицзянь и др. Исследование условий испытания на плотность уплотнения катодных материалов литиевых батарей [J]. Гуандунская химическая промышленность, 2021, 48(19):3.

【5】Мейер C, Бокхольт H, Хазельридер W, эт все. Характеристика процесса каландрирования для уплотнения электродов для литий-ионных аккумуляторов [J]. Журнал технологии обработки материалов.2017