Исследования по применению удельного сопротивления порошка и плотности уплотнения в контроле качества

Электрохимические характеристики литий-ионных аккумуляторов тесно связаны с характеристиками порошковых материалов положительного и отрицательного электродов. Среди них наличие таких проблем, как содержание металлических примесей в материалах положительного электрода, чрезмерная влажность и плохая консистенция партии, могут привести к выходу из строя литий-ионных аккумуляторов или даже вызвать проблемы с безопасностью. Для аккумуляторных компаний входной контроль является ключевым звеном в процессе производства аккумуляторов. При входном контроле чем меньше разница между партиями порошковых материалов положительного электрода, тем лучше консистенция и тем стабильнее готовая батарея. При контроле стабильности партии материалов положительного электрода, размера частиц, плотности утряски, плотности уплотнения, удельной поверхности, влажности, значения рН , удельного сопротивления и т. д. строго контролируются как стандартные индикаторы мониторинга. В этой статье,ИЭСТ PRCD 3100используется для проверки долговременной стабильности удельного сопротивления порошка и уплотненной плотности и обеспечивает метод контроля стабильности характеристик порошковых материалов.

1. Показатели и методы мониторинга

1.1 Различные партии одного и того же материала НКМ упаковываются отдельно, и одна упаковка распаковывается каждый день для 3 серий повторных испытаний, в общей сложности 30 дней испытаний.

1.2 Используйте PRCD3100 (ИЭСТ ) для проверки удельного сопротивления и плотности уплотнения материала соответственно. Испытательное оборудование показано на рисунке 2.

Параметры теста: диапазон давления 12-20 МПа, интервал 2 МПа, давление удержания 10 с; 80-180 МПа, интервал 50 МПа, давление удержания 10 с.

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

2. Результаты испытаний

2.1 Меры предосторожности перед тестированием

Существует множество факторов, влияющих на испытание на устойчивость к удельному сопротивлению и плотности в сжатом состоянии, включая человека, машину, материал, метод, окружающую среду и т. д., квалификацию методов работы персонала, контроль ключевых деталей, стабильность испытательного оборудования и образцы для испытаний. Состояние, рациональность выбора принципа испытания и стабильность испытательной среды являются ключевыми факторами в испытании стабильности удельного сопротивления и плотности уплотнения. Чтобы обеспечить надежность общих данных испытаний, ключевые модули оборудования необходимо систематически тестировать и калибровать перед экспериментальными испытаниями, которые в основном включают калибровку модуля давления, модуля толщины и модуля сопротивления для обеспечения точности общий тест оборудования.&NBSP ;

Фактический тест проводится при контролируемой температуре окружающей среды 25°C±2°C; выбор образца гарантирует, что состояние образца является согласованным, и нет аномальной агломерации или агломерации. Различные партии упаковываются отдельно, всего 30 упаковок, чтобы свести к минимуму смену образцов с течением времени. Под влиянием окружающей среды, если происходит поглощение влаги, фактический процесс испытаний распаковывает одну упаковку в день и повторяет 3 набора повторяющихся тестов. Поскольку PRCD3100 является устройством двойного назначения для измерения удельного сопротивления и плотности уплотнения, эти два параметра выводятся из одного и того же набора параметров. После завершения теста систематически суммируйте и анализируйте 30-дневные данные, включая суммарное среднее значение, коэффициент вариации, диапазон,

2.2 Результаты испытаний удельного сопротивления

Удельное сопротивление — это физическая величина, характеризующая характеристики сопротивления материалов. Определение удельного сопротивления порошка литий-ионного аккумулятора можно использовать для оценки модификации материала, оценки состояния процесса и контроля качества. С развитием индустрии литий-ионных аккумуляторов ассортимент материалов становится более разнообразным, производственный процесс усложняется, а риск отказа материала возрастает, поэтому требования к управлению его качеством также выше. Этот эксперимент основан на долгосрочном мониторинге стабильности удельного сопротивления порошковых материалов и исследует использование определения удельного сопротивления порошка в приложениях для контроля качества.

Табл. 1. Сводная таблица анализа данных 30-суточного замера сопротивления

Как показано в Таблице 1, показана сводная таблица анализа данных 30-дневных испытаний образцов НКМ . Из данных испытаний видно, что удельное сопротивление порошкового образца уменьшается с увеличением давления, а результаты анализа его коэффициента вариации COV показывают, что КОВ при низком давлении по данным 30-дневных испытаний составляет 4,13. % при сильном давлении 12 МПа и 2,28 % при высоком давлении 180 МПа. Общая воспроизводимость испытаний находится на хорошем уровне, но при строгом сравнении воспроизводимость COV при низком давлении слишком велика, в основном потому, что в процессе фактического измерения удельного сопротивления заполнение порошка не является герметичным в условиях низкого давления, коэффициент пустот между порошком частицы большие, а последовательность теста на воспроизводимость относительно плохая.&NBSP ;

По мере увеличения давления частицы порошка скользят и перестраиваются, образуя плотную стопку, соотношение пустот между частицами уменьшается, и постоянство теста на воспроизводимость становится лучше. В то же время большое давление может уменьшить часть контактного сопротивления в процессе испытания, тем самым улучшая воспроизводимость и согласованность всего испытания. Это также фактическое испытание. Одна из причин, по которой рекомендуется использовать условия высокого давления для испытаний.

Рисунок 3. Сводка общих колебаний данных 30-дневных испытаний удельного сопротивления при давлениях 12 МПа и 180 МПа.

Сигма — это единица измерения стандартного отклонения, обозначаемая греческой буквой (σ). В мониторинге качества поступающих материалов для литий-ионных аккумуляторов Сигма является ключевым индикатором. Обычно стандартная спецификация составляет 2~3σ от среднего значения долгосрочного мониторинга данных. Рисунок 3 представляет собой сводную диаграмму общих колебаний данных 30-дневных испытаний удельного сопротивления под давлением 12 МПа и 180 МПа. Объединяя данные анализа в Таблице 1, можно ясно видеть, что все 30-дневные данные материала соответствуют диапазону Среднее значение ± 3σ. При реальном контроле качества удельное сопротивление может использоваться в качестве ключевого показателя. В сочетании с реальной ситуацией испытаний удельного сопротивления различных партий образцов на ранней стадии систематически анализировать колебания коэффициента вариации, среднего значения и сигмы и т. д.,

2.3 Результаты испытаний плотности уплотнения

С разработкой литий-ионных аккумуляторов, чтобы продолжить разработку литий-ионных аккумуляторов с более высокими характеристиками, все больше и больше компаний начали исследования, разработки и производство материалов большой емкости, высокого напряжения и высокой плотности. удовлетворить потребности большего количества потребителей. Оценка плотности уплотнения в промышленности в основном проводится на конце электрода. Эксперименты показали, что плотность уплотнения тесно связана с удельной емкостью, эффективностью, внутренним сопротивлением и рабочим циклом батареи.&NBSP ;

В определенной степени, чем больше плотность уплотнения, тем выше удельная емкость аккумулятора. Поэтому эффективная оценка плотности уплотнения очень важна для оптимизации и усовершенствования батареи. По сравнению с оценкой плотности уплотнения на конце электрода, быструю оценку плотности на конце порошкового материала также можно использовать в качестве эффективного средства оценки и сортировки материала. В то же время в аспекте контроля качества также очень важен.

Таблица 2. Сводная таблица анализа данных 30-дневных испытаний на плотность уплотнения

Например, таблица 2 представляет собой общую сводную таблицу данных о плотности уплотнения образцов НКМ за 30 дней. С точки зрения данных, плотность уплотнения увеличивается с увеличением давления, а повторяемость COV общих данных составляет менее 0,5%, а тест на воспроизводимость чрезвычайно высок. Разница составляет менее 0,06 г/см³, а общая стабильность теста и воспроизводимость данных хорошие. Дальнейший систематический анализ диапазона ±3σ уплотненной плотности и объединение с 30-дневными данными для проведения систематической сводки колебаний уплотненной плотности. Он соответствует диапазону спецификаций ±3σ, но по сравнению с колебанием данных при 12 МПа колебание данных при 180 МПа меньше,&NBSP ;

Кроме того, общее колебание плотности уплотнения также тесно связано с контролем ключевых моментов испытания, таких как состояние образца, стабильность оборудования, стабильность испытательной формы и другие факторы. В реальном процессе испытаний также необходимо разумно контролировать эти ключевые факторы, чтобы свести к минимуму факторы влияния. При фактическом мониторинге качества, подобно применению удельного сопротивления, большое количество параметров, связанных с плотностью уплотнения, может быть собрано для различных требований к испытаниям образцов и сценариев испытаний на ранней стадии исследований и разработок.

Рисунок 4. Сводка общих колебаний данных 30-дневного испытания плотности в сжатом состоянии при давлениях 12 МПа и 180 МПа.

3. Резюме

В этой статье используетсяPRCD3100 для испытания удельного сопротивления и плотности уплотнения одного и того же материала в течение 30 дней. Благодаря систематическому анализу данных он показывает сценарий применения в направлении контроля качества, предоставляя метод контроля стабильности партии образцов и материалов для литиевых батарей. Поддержка стабильного производства и оптимизации новых процессов.

4. Ссылки

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

[2] Чжу Цзе, Хэ Цзинъюань, Ван Цзин. Факторы, влияющие на результаты измерения удельного сопротивления порошка [Дж]. Углеродная технология, 2002(3):3.

[3] Ли Ся. Анализ факторов, влияющих на результаты измерения удельного сопротивления порошка синего кокса [J]. Китайская соляная промышленность, 2020 (9): 4.

[4] Цзя Хунъин. Управление качеством катодных материалов литий-ионных аккумуляторов [J]. Вестник научно-технических инноваций, 2017, 14(17): 2.