Quản lý chất lượng vật liệu cathode của pin lithium

Vật liệu cực âm là một trong những vật liệu cốt lõi chính của pin lithium-ion và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ số hiệu suất của pin lithium-ion. Hiện tại, các vật liệu cực âm của pin lithium-ion đã được bán trên thị trường bao gồm lithium coban oxide, lithium manganate, lithium iron phosphate và lithium iron phosphate. vật liệu ternary và các sản phẩm khác.

Hiệu suất của pin lithium-ion có liên quan mật thiết đến chất lượng của vật liệu cực âm.

Bài viết này giới thiệu một số dạng hỏng hóc của vật liệu catốt có tác động đáng kể đến hiệu suất của pin lithium-ion, chẳng hạn như tạp chất kim loại lẫn tạp chất, độ ẩm quá mức, tính nhất quán của lô kém, v.v. Từ góc độ quản lý chất lượng, nó giải thích cách tránh xảy ra những hỏng hóc này và cung cấp một sự đảm bảo mạnh mẽ để tiếp tục ngăn chặn sự xuất hiện của các vấn đề về chất lượng và cải thiện chất lượng của pin lithium-ion.

Như chúng ta đã biết, vật liệu cực âm là một trong những vật liệu cốt lõi chính của pin lithium-ion và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến các chỉ số hiệu suất của pin lithium-ion. Hiện tại, các vật liệu cực âm cho pin lithium-ion đã được bán trên thị trường bao gồm lithium coban oxit, lithium manganate và sắt phốt phát. Vật liệu lithium và ternary và các sản phẩm khác.

So với các nguyên liệu thô khác cho pin lithium-ion, nhiều loại vật liệu cực âm đa dạng hơn, quy trình sản xuất phức tạp hơn và nguy cơ hư hỏng chất lượng cao hơn, do đó yêu cầu quản lý chất lượng của nó cao hơn.

1. Tạp chất kim loại lẫn trong vật liệu điện cực dương

Khi trong vật liệu làm điện cực dương có tạp chất kim loại như sắt (Fe), đồng (Cu), crom (Cr), niken (Ni), kẽm (Zn), bạc (Ag)… giai đoạn hình thành đạt đến quá trình oxy hóa các nguyên tố kim loại này. Sau khi thế khử, các kim loại này sẽ bị oxi hóa ở điện cực dương và sau đó bị khử ở điện cực âm. Khi phần tử kim loại ở điện cực âm tích tụ đến một mức độ nhất định, các cạnh và góc cứng của phần kim loại lắng đọng sẽ xuyên qua dải phân cách, khiến pin tự phóng điện.

Tự phóng điện có thể gây ra tác động nghiêm trọng đối với pin lithium-ion, do đó, điều đặc biệt quan trọng là phải ngăn chặn sự xâm nhập của tạp chất kim loại từ nguồn.

Có nhiều quy trình sản xuất vật liệu catốt và mỗi mắt xích trong quy trình sản xuất sẽ có nguy cơ đưa tạp chất kim loại vào, điều này đặt ra yêu cầu cao hơn về mức độ tự động hóa thiết bị và mức độ quản lý chất lượng tại chỗ của các nhà cung cấp vật liệu. Tuy nhiên, do hạn chế về chi phí, các nhà cung cấp nguyên vật liệu thường có mức độ tự động hóa thiết bị thấp, nhiều điểm dừng trong quá trình sản xuất và chế tạo, gia tăng rủi ro khó kiểm soát.

Do đó, để đảm bảo hiệu suất ổn định của pin và ngăn ngừa hiện tượng tự phóng điện, các nhà sản xuất pin phải thúc đẩy các nhà cung cấp vật liệu ngăn chặn sự xâm nhập của tạp chất kim loại từ năm khía cạnh: con người, máy móc, vật liệu, phương pháp và môi trường.

Trước hết, bắt đầu từ việc kiểm soát nhân sự, cấm nhân viên mang các vật lạ bằng kim loại vào xưởng, cấm đeo trang sức. Khi vào xưởng phải mặc áo liền quần, đi giày bảo hộ lao động, đeo găng tay để tránh tiếp xúc với các vật lạ bằng kim loại trước khi tiếp xúc với nguyên liệu dạng bột. Cần thiết lập cơ chế giám sát, kiểm tra, nâng cao nhận thức về chất lượng của nhân viên, khiến họ có ý thức tuân thủ và duy trì môi trường xưởng.

Thiết bị sản xuất là liên kết chính để đưa dị vật vào. Ví dụ, các bộ phận của thiết bị và dụng cụ tiếp xúc với vật liệu bị rỉ sét và hao mòn vật liệu vốn có. ở giữa. Tùy theo mức độ ảnh hưởng mà có thể áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau như sơn phủ, thay thế bằng lớp phủ phi kim loại (nhựa, gốm), bọc các bộ phận kim loại trần, v.v. cách quản lý dị vật kim loại, xây dựng danh sách kiểm tra và yêu cầu nhân viên kiểm tra thường xuyên để ngăn ngừa sự cố trước khi chúng xảy ra.

Nguyên liệu thô là nguồn trực tiếp của tạp chất kim loại trong vật liệu điện cực dương. Nguyên liệu mua vào phải tuân thủ các quy định về hàm lượng tạp chất kim loại. Sau khi vào nhà máy, cần kiểm tra nghiêm ngặt để đảm bảo rằng hàm lượng của nó nằm trong phạm vi quy định. Nếu hàm lượng tạp chất kim loại trong nguyên liệu thô vượt quá tiêu chuẩn, rất khó để loại bỏ nó trong quá trình tiếp theo.

Để loại bỏ các vật thể lạ bằng kim loại, việc loại bỏ sắt điện từ đã trở thành một quy trình cần thiết để sản xuất vật liệu điện cực dương. Máy tẩy sắt điện từ được sử dụng rộng rãi, nhưng thiết bị này không hoạt động trên các chất kim loại không có từ tính như đồng và kẽm. Do đó, nên tránh sử dụng đồng và kẽm trong xưởng. Việc sử dụng các bộ phận, nếu cần thiết, cũng nên cố gắng không tiếp xúc trực tiếp với bột hoặc tiếp xúc với không khí. Ngoài ra, vị trí lắp đặt, số lần cài đặt và cài đặt tham số của thiết bị tẩy sắt điện từ cũng có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả loại bỏ sắt.

Để đảm bảo môi trường xưởng và nhận ra áp suất dương của xưởng, cũng cần thiết lập cửa đôi và cửa tắm khí để ngăn bụi bên ngoài chảy vào vật liệu bị ô nhiễm trong xưởng. Đồng thời, thiết bị nhà xưởng và kết cấu thép cần tránh bị rỉ sét, nền đất phải được sơn và tẩy thường xuyên. từ tính.

2. Độ ẩm của vật liệu cực âm vượt quá tiêu chuẩn

Hầu hết các vật liệu catốt là các hạt có kích thước micron hoặc nano, có thể dễ dàng hấp thụ độ ẩm trong không khí, đặc biệt là các vật liệu bậc ba có hàm lượng Ni cao. Khi chuẩn bị bùn catốt, nếu vật liệu catốt có độ ẩm cao, NMP sẽ hấp thụ nước trong quá trình khuấy bùn, điều này sẽ làm giảm khả năng hòa tan của PVDF, tạo thành gel bùn giống như thạch, ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. Sau khi pin được tạo ra, dung lượng, điện trở trong, chu kỳ và tốc độ của pin sẽ bị ảnh hưởng, do đó độ ẩm của vật liệu điện cực dương phải giống với tạp chất kim loại như một vật phẩm điều khiển chính.

Khả năng tự động hóa của thiết bị dây chuyền sản xuất càng cao thì thời gian bột tiếp xúc với không khí càng ngắn và độ ẩm được đưa vào càng ít. Thúc đẩy các nhà cung cấp vật liệu cải thiện mức độ tự động hóa thiết bị, chẳng hạn như thực hiện vận chuyển toàn bộ đường ống, giám sát điểm sương của đường ống và lắp đặt các bộ điều khiển để thực hiện bốc dỡ vật liệu tự động, góp phần rất lớn vào việc ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm. Tuy nhiên, một số nhà cung cấp nguyên liệu bị hạn chế bởi thiết kế nhà máy hoặc áp lực chi phí, mức độ tự động hóa của thiết bị không cao, khi có nhiều điểm dừng trong quá trình sản xuất, cần kiểm soát chặt chẽ thời gian tiếp xúc của nguyên liệu bột.

Nhiệt độ và độ ẩm của xưởng sản xuất cũng là một chỉ số kiểm soát chính. Về lý thuyết, điểm sương càng thấp thì càng tốt. Hầu hết các nhà cung cấp vật liệu sẽ tập trung vào kiểm soát độ ẩm sau quá trình thiêu kết. Họ tin rằng nhiệt độ thiêu kết khoảng 1000 độ có thể loại bỏ phần lớn độ ẩm trong bột. Miễn là việc đưa độ ẩm từ quá trình thiêu kết đến giai đoạn đóng gói được kiểm soát chặt chẽ, về cơ bản có thể đảm bảo rằng độ ẩm của vật liệu không vượt quá tiêu chuẩn.

Tất nhiên, điều này không có nghĩa là không cần kiểm soát độ ẩm trước quá trình thiêu kết, bởi vì nếu quá nhiều độ ẩm được đưa vào trong quá trình trước đó, hiệu quả thiêu kết và hình thái vi mô của vật liệu sẽ bị ảnh hưởng. Ngoài ra, cách đóng gói cũng rất quan trọng. Hầu hết các nhà cung cấp vật liệu sử dụng phương pháp đóng gói chân không túi nhôm-nhựa. Hiện tại, phương pháp này được coi là kinh tế và hiệu quả nhất.

Tất nhiên, các thiết kế vật liệu khác nhau sẽ có sự khác biệt lớn về khả năng hấp thụ nước. Ví dụ, sự khác biệt về vật liệu phủ và diện tích bề mặt cụ thể sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước của nó. Mặc dù một số nhà cung cấp vật liệu ngăn chặn việc đưa hơi ẩm vào trong quá trình sản xuất, nhưng bản thân vật liệu này có đặc điểm dễ hút nước và rất khó loại bỏ độ ẩm sau khi tạo ra miếng cực, điều này gây rắc rối cho các nhà sản xuất pin. Do đó, khi phát triển vật liệu mới, cần xem xét vấn đề hấp thụ nước và phát triển các vật liệu có tính phổ quát cao hơn, điều này mang lại lợi ích lớn cho cả cung và cầu.

3. Tính nhất quán hàng loạt của vật liệu cực âm kém

Đối với các nhà sản xuất pin, sự thay đổi giữa các lô càng nhỏ và tính nhất quán của vật liệu catốt càng tốt thì hiệu suất của pin thành phẩm càng ổn định. Chúng ta đều biết rằng một trong những thiếu sót chính của vật liệu catốt lithium iron phosphate là độ ổn định hàng loạt kém. Trong quá trình nghiền bột, độ nhớt và hàm lượng chất rắn trong mỗi mẻ bột thường không ổn định do dao động của mẻ bột lớn, gây nhiều phiền toái cho người sử dụng. Có sự cố, và quy trình cần được điều chỉnh liên tục để thích nghi.

Cải thiện mức độ tự động hóa của thiết bị sản xuất là phương tiện chính để cải thiện tính ổn định hàng loạt của vật liệu lithium iron phosphate. Tuy nhiên, hiện nay, mức độ tự động hóa thiết bị của các nhà cung cấp nguyên liệu lithium iron phosphate trong nước nhìn chung còn thấp, trình độ kỹ thuật và khả năng quản lý chất lượng chưa cao, nguyên liệu cung cấp có nhiều mức độ không ổn định theo lô khác nhau. Từ quan điểm của người dùng, nếu không thể loại bỏ sự khác biệt của lô, chúng tôi hy vọng rằng trọng lượng của lô càng lớn thì càng tốt. Tất nhiên, tiền đề là các vật liệu trong cùng một lô đồng nhất và ổn định.

Do đó, để đáp ứng yêu cầu này, các nhà cung cấp nguyên liệu sắt và lithium thường thêm một quy trình trộn sau khi thành phẩm được tạo ra, tức là trộn đều nhiều mẻ nguyên liệu. Số lượng của một lô càng lớn.

Kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, độ ẩm, giá trị pH và các chỉ số khác của vật liệu sắt-lithium sẽ ảnh hưởng đến độ nhớt của bùn đã chuẩn bị, nhưng các chỉ số này thường được kiểm soát chặt chẽ trong một phạm vi nhất định, nhưng vẫn sẽ có sự khác biệt lớn trong từng đợt độ nhớt của bùn. Để ngăn chặn sự bất thường trong quá trình sử dụng hàng loạt, một số bùn thường được chuẩn bị trước để mô phỏng công thức sản xuất trước khi đưa vào sử dụng để kiểm tra độ nhớt, sau đó đưa vào sử dụng sau khi đạt yêu cầu. Hiệu quả, vì vậy công việc này được chuyển tiếp cho nhà cung cấp vật liệu và nhà cung cấp vật liệu phải hoàn thành bài kiểm tra và đáp ứng các yêu cầu trước khi vận chuyển.

Tất nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ và cải thiện khả năng xử lý của các nhà cung cấp vật liệu, sự phân tán của các chỉ số đặc tính vật lý ngày càng nhỏ hơn và bước kiểm tra độ nhớt trước khi giao hàng có thể được bỏ qua. Ngoài các biện pháp đã đề cập ở trên để cải thiện tính nhất quán, chúng ta nên sử dụng các công cụ chất lượng để giảm thiểu sự mất ổn định của lô này và ngăn ngừa các vấn đề về chất lượng. Chủ yếu từ các khía cạnh sau đây.

(1) Việc thiết lập các quy trình vận hành.

Chất lượng vốn có của một sản phẩm được thiết kế và sản xuất. Do đó, cách thức vận hành của người vận hành là đặc biệt quan trọng để kiểm soát chất lượng sản phẩm, và cần thiết lập các tiêu chuẩn vận hành chi tiết và cụ thể.

(2) Xác định CT Q .

Xác định các chỉ số chính và quy trình chính ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, tiến hành giám sát đặc biệt đối với các chỉ số kiểm soát chính này và xây dựng các biện pháp ứng phó khẩn cấp tương ứng. Tuyến đường sắt axit orthophosphoric hiện là dòng chính để điều chế phốt phát sắt lithium. Các quy trình của nó bao gồm trộn theo mẻ, nghiền bi, thiêu kết, nghiền thành bột, đóng gói, v.v. Quy trình nghiền bi nên được quản lý như một quy trình chính vì không kiểm soát được tính nhất quán của kích thước hạt sơ cấp sau khi nghiền bi. Vâng, tính nhất quán kích thước hạt của thành phẩm bị ảnh hưởng, do đó ảnh hưởng đến tính nhất quán của lô vật liệu.

(3) Sử dụng S PC.

Các thông số đặc trưng chính của các quy trình chính được SPC theo dõi theo thời gian và các điểm bất thường được phân tích để tìm ra nguyên nhân gây ra sự bất ổn, thực hiện các biện pháp khắc phục và phòng ngừa hiệu quả, đồng thời ngăn chặn các sản phẩm bị lỗi chảy đến khách hàng.

4. Các điều kiện bất lợi khác

Trong quá trình nghiền, vật liệu điện cực dương được trộn đều với dung môi, keo và chất dẫn điện theo một tỷ lệ nhất định trong bể nghiền, sau đó được thải ra ngoài qua đường ống. Một màn hình bộ lọc được lắp đặt ở cổng xả để chặn các hạt lớn và chất lạ trong vật liệu điện cực dương. , để đảm bảo chất lượng của lớp phủ. Nếu vật liệu điện cực dương chứa các hạt lớn, bộ lọc sẽ bị chặn. Nếu các hạt lớn vẫn là vật liệu điện cực dương, nó sẽ chỉ ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất và sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của pin. Những tổn thất như vậy có thể nhỏ hơn. Tuy nhiên, nếu thành phần của các hạt lớn như vậy không chắc chắn và đó là tạp chất kim loại khác, thì tất cả bùn đã được tạo ra sẽ bị loại bỏ và tổn thất sẽ rất lớn.

Nếu điều bất thường này xảy ra, thì đó phải là vấn đề về quản lý chất lượng nội bộ của nhà cung cấp vật liệu. Hầu hết việc sản xuất vật liệu catốt đều có quy trình sàng lọc, xem màn hình có bị hỏng hay không, có được kiểm tra và thay thế kịp thời hay không, và nếu màn hình bị hỏng, liệu đó có phải là biện pháp hoàn hảo hay không, liệu có tiến hành phát hiện các hạt lớn trong quá trình sản xuất hay không. công tác kiểm tra xuất xưởng, v.v... vẫn cần được cải thiện.