Managementul calității materialelor cu electrozi pozitivi pentru bateriile cu litiu

Managementul calității materialelor cu electrozi pozitivi pentru bateriile cu litiu

Performanța bateriilor litiu-ion este strâns legată de calitatea materialelor electrozilor pozitivi.

Acest articol prezintă mai multe forme de defecțiune ale materialelor cu electrozi pozitivi care au un impact semnificativ asupra performanței bateriilor litiu-ion, cum ar fi amestecarea cu obiecte străine metalice, umiditatea excesivă și consistența slabă a lotului. Elucidează prejudiciul grav cauzat de aceste forme de defecțiune performanței bateriilor și explică cum să se evite aceste defecțiuni din perspectiva managementului calității, oferind garanții puternice pentru prevenirea în continuare a problemelor de calitate și îmbunătățirea calității bateriilor litiu-ion.

După cum știm cu toții, materialul catodic este unul dintre materialele cheie ale bateriilor cu ioni de litiu, iar performanța sa afectează direct indicatorii de performanță ai bateriilor cu ioni de litiu. În prezent, materialele catodice comercializate ale bateriilor cu ioni de litiu includ cobalat de litiu, manganat de litiu, fosfat de fier litiu, materiale ternare și alte produse.

În comparație cu alte materii prime pentru bateriile litiu-ion, varietatea materialelor cu electrozi pozitivi este mai diversă, procesul de producție este, de asemenea, mai complex, iar riscul de eșec al calității este mai mare, necesitând astfel cerințe mai mari de management al calității. Acest articol discută formele comune de defecțiune și măsurile preventive corespunzătoare ale materialelor cu electrozi pozitivi pentru bateriile litiu-ion din perspectiva utilizatorilor de materiale.

1. Obiecte străine metalice amestecate în materialul electrodului pozitiv

Când există fier (Fe), cupru (Cu), crom (Cr), nichel (Ni), zinc (Zn), argint (Ag) și alte impurități metalice în materialul catodului, atunci când tensiunea în etapa de formare a bateria atinge potentialul de oxidare si reducere al acestor elemente metalice, aceste metale vor fi oxidate mai intai in polul pozitiv si apoi reduse la polul negativ. Când elementele metalice de la polul negativ se acumulează într-o anumită măsură, marginile și colțurile dure ale metalului depus vor străpunge diafragma, provocând descărcarea automată a bateriei.

Descărcarea automată poate avea un impact fatal asupra bateriilor litiu-ion, de aceea este deosebit de important să se prevină introducerea de obiecte străine metalice din sursă.

Există multe procese de producție pentru materialele cu electrozi pozitivi și există riscul ca obiecte străine metalice să fie introduse în fiecare pas al procesului de fabricație. Acest lucru impune cerințe mai mari pentru nivelul de automatizare a echipamentelor și nivelul de management al calității la fața locului al furnizorilor de materiale. Cu toate acestea, furnizorii de materiale au adesea niveluri mai scăzute de automatizare a echipamentelor din cauza constrângerilor de cost, rezultând mai multe puncte de întrerupere în procesele de producție și fabricație și o creștere a riscurilor incontrolabile.

Prin urmare, pentru a asigura o performanță stabilă a bateriei și pentru a preveni autodescărcarea, producătorii de baterii trebuie să promoveze furnizorii de materiale pentru a preveni introducerea de obiecte străine metalice din cinci aspecte: uman, mașină, material, metodă și mediu.

Pornind de la controlul personalului, angajaților ar trebui să li se interzică să transporte obiecte străine metalice în atelier, să poarte bijuterii și să poarte haine de lucru, pantofi și mănuși atunci când intră în atelier pentru a evita contactul cu obiecte străine metalice înainte de a intra în contact cu pulberea. Pentru a stabili un mecanism de supraveghere și inspecție, a cultiva conștientizarea angajaților privind calitatea și a-i face să respecte și să mențină în mod conștient mediul atelierului.

Echipamentul de producție este veriga principală pentru introducerea de obiecte străine, cum ar fi rugina și uzura inerentă a materialelor pe componentele echipamentelor și uneltele care vin în contact cu materialele; Componentele echipamentelor și sculele care nu intră în contact direct cu materialul, iar praful aderă și plutește în material datorită fluxului de aer din atelier. În funcție de gradul de impact, pot fi adoptate diferite metode de tratare, cum ar fi vopsirea, înlocuirea acoperirilor cu materiale nemetalice (plastic, ceramică) și împachetarea componentelor metalice goale. Managerii ar trebui, de asemenea, să stabilească reguli și reglementări corespunzătoare pentru a defini clar modul de gestionare a obiectelor străine metalice, să stabilească o listă de verificare și să solicite angajaților să efectueze inspecții regulate pentru a preveni potențialele probleme.

Materiile prime sunt sursa directă de obiecte străine metalice din materialele electrozilor pozitivi. Materiile prime achiziționate ar trebui să aibă reglementări privind conținutul de obiecte străine metalice. După intrarea în fabrică, trebuie efectuată o inspecție strictă pentru a se asigura că conținutul lor se află în intervalul specificat. Dacă conținutul de impurități metalice din materiile prime depășește standardul, este dificil să le eliminați în procesele ulterioare.

Pentru a îndepărta obiectele străine metalice, îndepărtarea electromagnetică a fierului a devenit un proces necesar în producția de materiale cu electrozi pozitivi. Mașinile electromagnetice de îndepărtare a fierului sunt utilizate pe scară largă, dar acest echipament nu funcționează pe substanțe metalice nemagnetice, cum ar fi cuprul și zincul. Prin urmare, atelierul ar trebui să evite utilizarea componentelor din cupru și zinc. Dacă este necesar, se recomandă, de asemenea, evitarea contactului direct cu pulberea sau expunerea la aer. În plus, poziția de instalare, numărul de instalări și setările parametrilor dispozitivului electromagnetic de îndepărtare a fierului au, de asemenea, un anumit impact asupra efectului de îndepărtare a fierului.

Pentru a asigura mediul atelierului și a obține o presiune pozitivă în atelier, este, de asemenea, necesar să se stabilească uși duble și uși de duș cu aer pentru a preveni pătrunderea prafului extern în atelier și a materialelor poluante. În același timp, echipamentele de atelier și structurile din oțel ar trebui să evite rugina, iar pământul trebuie, de asemenea, vopsit și demagnetizat în mod regulat.

2. Conținutul de umiditate al materialului electrodului pozitiv depășește standardul

Materialele electrozilor pozitivi sunt în cea mai mare parte particule micron sau nanometrice, care sunt ușor de absorbit umiditatea din aer, în special materiale ternare cu conținut ridicat de Ni. La prepararea pastei electrodului pozitiv, dacă materialul electrodului pozitiv are un conținut ridicat de apă, solubilitatea PVDF va fi redusă după ce NMP absoarbe apă în timpul procesului de amestecare a șlamului, ceea ce va face ca gelul de pastă să devină jeleu, afectând performanța procesării. După realizarea unei baterii, capacitatea, rezistența internă, circulația și mărirea acesteia vor fi afectate, astfel încât conținutul de umiditate al materialului electrodului pozitiv, cum ar fi obiectele străine metalice, ar trebui să fie un proiect cheie de control.

Cu cât nivelul de automatizare al echipamentelor liniei de producție este mai mare, cu atât timpul de expunere al pulberii în aer este mai scurt și se introduce mai puțină apă. Promovarea furnizorilor de materiale pentru a îmbunătăți automatizarea echipamentelor, cum ar fi realizarea transportului complet al conductei, monitorizarea punctelor de rouă în conducte și instalarea de brațe robotizate pentru a realiza încărcarea și descărcarea automată, contribuie în mare măsură la prevenirea introducerii de umiditate. Cu toate acestea, unii furnizori de materiale sunt limitați de proiectarea fabricii sau presiunile costurilor, iar atunci când automatizarea echipamentelor nu este ridicată și există multe puncte de întrerupere în procesul de fabricație, este necesar să se controleze strict timpul de expunere al pulberii. Cel mai bine este să folosiți butoaie umplute cu azot pentru pulbere în timpul procesului de transfer.
Temperatura și umiditatea atelierului de producție sunt, de asemenea, un indicator cheie de control și, teoretic, cu cât punctul de rouă este mai scăzut, cu atât este mai favorabil. Majoritatea furnizorilor de materiale se concentrează pe controlul umidității după procesul de sinterizare. Ei cred că o temperatură de sinterizare de aproximativ 1000 de grade Celsius poate elimina cea mai mare parte a umezelii din pulbere. Atâta timp cât introducerea de umiditate din procesul de sinterizare până la etapa de ambalare este strict controlată, se poate asigura practic că conținutul de umiditate al materialului nu depășește standardul.

Desigur, acest lucru nu înseamnă că nu este nevoie de controlul umidității înainte de procesul de sinterizare, deoarece dacă se introduce prea multă umiditate în procesul anterior, eficiența de sinterizare și microstructura materialului vor fi afectate. În plus, metoda de ambalare este, de asemenea, foarte importantă. Majoritatea furnizorilor de materiale folosesc pungi de plastic din aluminiu pentru ambalarea în vid, care în prezent pare a fi cea mai economică și eficientă metodă.

Desigur, diferitele modele de materiale pot avea, de asemenea, diferențe semnificative în absorbția apei, cum ar fi diferențele dintre materialele de acoperire și suprafața specifică, care le pot afecta absorbția de apă. Deși unii furnizori de materiale împiedică introducerea umidității în timpul procesului de fabricație, materialele în sine au caracteristica de a fi ușor de absorbit apă, ceea ce face extrem de dificilă uscarea umidității după ce au fost transformate în plăci cu electrozi, ceea ce provoacă probleme producătorilor de baterii. Prin urmare, atunci când se dezvoltă materiale noi, trebuie luată în considerare problema absorbției de apă și dezvoltarea materialelor cu o universalitate mai mare, ceea ce este foarte benefic atât pentru cerere, cât și pentru ofertă.

3. Consistență slabă a lotului de materiale cu 3 electrozi pozitivi

Pentru producătorii de baterii, cu cât diferența este mai mică și consistența dintre loturile de materiale cu electrozi pozitivi este mai bună, cu atât performanța bateriei finite poate fi mai stabilă. După cum știm cu toții, unul dintre principalele dezavantaje ale materialului catodic de fosfat de fier litiu este stabilitatea slabă a lotului. În procesul de prelucrare a pastei, vâscozitatea și conținutul solid al fiecărui lot de șlam sunt instabile din cauza fluctuațiilor mari ale lotului, ceea ce aduce probleme utilizatorilor și necesită o ajustare constantă a procesului pentru a se adapta.

Îmbunătățirea gradului de automatizare a echipamentelor de producție este principalul mijloc de îmbunătățire a stabilității lotului de materiale fosfat de fier litiu. Cu toate acestea, în prezent, gradul de automatizare a echipamentelor furnizorilor autohtoni de materiale fosfat de fier litiu este în general scăzut, nivelul tehnic și capacitatea de gestionare a calității nu sunt ridicate, iar materialele furnizate au probleme de instabilitate a lotului de grade diferite. Din perspectiva utilizatorilor, dacă diferențele de lot nu pot fi eliminate, sperăm că cu cât greutatea unui lot este mai mare, cu atât mai bine, cu condiția ca materialele din același lot să fie uniforme și stabile.

Deci, pentru a îndeplini această cerință, furnizorii de materiale de fier litiu adaugă adesea un proces de amestecare după realizarea produsului finit, care este să amestece uniform mai multe loturi de materiale. Cu cât volumul ibricului de amestecare este mai mare, cu atât conține mai multe materiale și cu atât cantitatea de lot amestecat este mai mare.

Dimensiunea particulelor, suprafața specifică, umiditatea, valoarea pH-ului și alți indicatori ai materialelor fier-litiu pot afecta vâscozitatea suspensiei produse. Cu toate acestea, acești indicatori sunt adesea controlați strict într-un anumit interval și pot exista încă diferențe semnificative de vâscozitate între loturile de suspensie. Pentru a preveni anomaliile în timpul utilizării lotului, este adesea necesar să se simuleze formula de producție și să se pregătească unele teste de vâscozitate a șlamului înainte de a le pune în funcțiune și numai după îndeplinirea cerințelor pot fi puse în funcțiune, dar dacă producătorii de baterii conduc testarea înainte de fiecare producție, va reduce foarte mult eficiența producției, așa că vor transmite această lucrare furnizorului de materiale și vor solicita furnizorului de material să finalizeze testarea și să îndeplinească cerințele înainte de expediere.

Desigur, odată cu progresul tehnologiei și îmbunătățirea capacităților de proces ale furnizorilor de materiale, dispersia proprietăților fizice devine din ce în ce mai mică, iar etapa de testare a vâscozității înainte de expediere poate fi omisă. Pe lângă măsurile menționate mai sus pentru îmbunătățirea coerenței, ar trebui să folosim și instrumente de calitate pentru a minimiza instabilitatea lotului și pentru a preveni apariția problemelor de calitate. În principal pornind de la următoarele aspecte.

(1) Stabiliți proceduri de operare.

Calitatea inerentă a unui produs este atât proiectată, cât și fabricată. Prin urmare, modul în care operează operatorii este deosebit de important pentru controlul calității produselor și ar trebui stabilite standarde de operare detaliate și specifice.

(2) Identificarea CTQ.

Identificați indicatorii cheie și procesele care afectează calitatea produsului, monitorizați acești indicatori cheie de control și dezvoltați măsurile corespunzătoare de răspuns în caz de urgență. Linia de cale ferată cu acid ortofosforic este curentul principal al preparării actuale a fosfatului de fier litiu. Procesele sale includ dozarea, măcinarea cu bile, sinterizarea, zdrobirea, ambalarea etc. Procesul de măcinare cu bile ar trebui gestionat ca un proces cheie, deoarece dacă consistența dimensiunii particulelor primare după măcinarea cu bile nu este bine controlată, consistența particulei. dimensiunea produsului finit va fi afectată, ceea ce va afecta consistența lotului de materiale.

(3) Utilizarea SPC.

Efectuați monitorizarea SPC în timp real a parametrilor caracteristici cheie ai proceselor cheie, analizați punctele anormale, identificați cauzele instabilității, luați măsuri corective și preventive eficiente și evitați fluxul de produse defecte către client.

4. Alte situații adverse

Când se face nămol, materialul electrodului pozitiv este amestecat uniform cu solvenți, adezivi și agenți conductivi într-o anumită proporție în rezervorul de nămol și apoi descărcat prin conductă. Un ecran de filtru este instalat la ieșire pentru a intercepta particulele mari și obiectele străine din materialul electrodului pozitiv și pentru a asigura calitatea acoperirii. Dacă materialul electrodului pozitiv conține particule mari, va provoca înfundarea ecranului filtrului. Dacă compoziția particulelor mari este încă materialul electrodului pozitiv în sine, va afecta doar eficiența producției și nu va afecta performanța bateriei, iar astfel de pierderi pot fi reduse. Dar dacă compoziția acestor particule mari este incertă și sunt alte obiecte străine metalice, suspensia deja făcută va fi complet casată, rezultând pierderi uriașe.

Apariția acestei anomalii ar trebui să se datoreze problemelor interne de management al calității în cadrul furnizorului de materiale. Majoritatea materialelor cu electrozi pozitivi sunt produse prin procese de screening și dacă ecranul este deteriorat, inspectat și înlocuit în timp util. Dacă ecranul este deteriorat, nu există măsuri împotriva scurgerilor și dacă particulele mari sunt detectate în timpul inspecției din fabrică trebuie încă îmbunătățit.