Í fremstu víglínu framleiðslu á litíum rafhlöðum fylgir notkun á kolefnisnanotube (CNT) leiðandi deigi oft ýmis „viðvarandi og erfið--meðhöndluð vandamál“: að fylgja formúlunni nákvæmlega, en samt breytist límið í hlaup-líkt ástand og er ekki hægt að nota það; eftir húðun, losar rafskautsblaðið duft við minnstu snertingu; meðan á sigtingu stendur stíflast síuskjárinn oft... Þessar vinnslubilanir hafa ekki aðeins áhrif á framleiðsluhagkvæmni heldur hafa bein áhrif á afköst rafhlöðunnar og afrakstur.
Þessi grein, sem byggir á-framlínuverkfræðiaðferðum, veitir fullkomna bilanaleitarleiðbeiningar fyrir þrjár-tíðnibilanir-seigjufrákast, losun rafskautsblaða og erfiðleika við síun-frá orsökgreiningu til lausna.
1. Bilun 1: Paste Seigja Rebound, Appearing Gel-Eins og
1.1 Bilun fyrirbæri
Við framleiðslu á CNT-leiðandi deigi eða blöndun þess við virk efni, eykst seigja mauksins skyndilega og óeðlilega, og virðist „hlaup-eins og-líkt“ og missir vökva. Þetta fyrirbæri getur komið skyndilega fram meðan á blönduninni stendur eða eftir að deigið hefur fengið að standa í nokkurn tíma.
1.2 Í-dýpt orsök greining
Orsök 1: Óviðeigandi val á dreifiefni
CNTs hafa mjög mikið sérstakt yfirborð (180–210 m²/g) og sterka van der Waals krafta, sem gerir þeim mjög viðkvæmt fyrir þéttingu. Hlutverk dreifiefnis er að aðsogast inn á CNT yfirborðið og koma í veg fyrir endur-þéttingu með sterískum hindrunum eða rafstöðueiginleikum.
Vandamálið:Samhæfni mismunandi dreifiefna við mismunandi gerðir af CNT er mjög mismunandi. Pólývínýlídenflúoríð (PVDF) er almennt notað sem bindiefni í olíu-kerfum, en dreifiáhrif þess á CNT eru takmörkuð. Ef aðeins er treyst á PVDF sem dreifiefni, er erfitt að dreifa CNT að fullu í NMP, og efri þétting getur auðveldlega átt sér stað við kyrrstöðu eða lágt-hitastig, sem leiðir til endurkomu seigju.
Orsök 2: pH ójafnvægi (fyrir vatns-kerfi)
Í slurry sem byggir á vatni- hefur pH afgerandi áhrif á dreifingaráhrifin. Hið almennt notaða dreifiefni natríumkarboxýmetýlsellulósa (CMC) hefur aðeins bestu dreifiáhrif sín innan tiltekins pH-sviðs. Þegar sýrustigið víkur frá ákjósanlegasta bilinu, breytist sameindakeðjubygging CMC, sterísk hindrunaráhrifin veikjast, CNTs endur-þéttast og seigja hækkar.
Orsök 3: Hitasveiflur
CNT líma er viðkvæmt fyrir hitastigi. Við lágt-hitastig, þó að uppgufun leysis hægi á, veikist varmahreyfing CNTs, sem gerir þeim tilhneigingu til að endur-samanast vegna van der Waals krafta. Seigjuáfallið er sérstaklega áberandi við vetrarframleiðslu eða þegar deigið hefur fengið að standa í langan tíma án þess að hræra.
Orsök 4: Of mikið rakainnihald (fyrir olíu-kerfi)
NMP er mjög skautaður leysir og er mjög rakafræðilegur. Þegar rakainnihaldið í límið fer yfir staðalinn mun vatn draga úr aðsogslagi dreifiefnisins á CNT yfirborðinu og getur hvarfast við bindiefni eins og PVDF, sem veldur því að límið geli.
1.3 Lausnir
Lausn 1: Fínstilltu val og hlutfall dreifiefna
Fyrir olíu-undirstaða kerfi (NMP) er mælt með því að nota sérhæfð dreifiefni frekar en að treysta eingöngu á PVDF. Starfsemi í iðnaði hefur sannað að pólýetýlen glýkól og pólýakrýlat dreifiefni hafa betri dreifiáhrif á CNT. Skammtur dreifiefnisins er venjulega 5%–20% af CNT massanum.
Fyrir vatn-undirstaða kerfi eru skiptingarstig (DS) og mólþungi CMC lykilbreytur. Notkun CMC með DS 0,7–1,2, 配合 hæfilegt magn af SBR, getur bætt stöðugleika slurrys verulega.
Lausn 2: Stjórnaðu pH nákvæmlega
Sýrustig vatns-upplausnar ætti að vera stjórnað á milli 7,5 og 9,0. Þetta er hægt að ná með því að:
Bæta við litlu magni af ammoníakvatni eða litíumhýdroxíði til að stilla sýrustigið í basískt svið.
Notkun pH stuðpúðakerfis til að viðhalda stöðugleika.
Reglulega kvarða pH-mælirinn til að tryggja nákvæmni mælingar.
Lausn 3: Hitastýring og blöndunarstjórnun
Stjórnaðu geymsluhita líma við 20–25 gráður.
Haltu áfram að hræra rólega (línulegur hraði 2–4 m/s) á kyrrstæðum tímabilum til að koma í veg fyrir sest og þéttingu.
Gerðu einangrunarráðstafanir við flutning og geymslu vetrar.
Lausn 4: Hafa stranglega stjórn á raka
Rakapróf á hráefni:Komandi NMP raka ætti að vera<500 ppm.
Rakastýring umhverfis:Hlutfallslegur raki á blöndunarverkstæðinu ætti að vera<30%.
Bakstur til að fjarlægja raka:Lofttæmdu CNTs við 80–100 gráður í 4–8 klukkustundir fyrir notkun.
Lausn 5: Fínstilltu-samsetninguna
Ef vandamálið kemur upp aftur skaltu íhuga:
Hækka skammt dreifiefnisins á viðeigandi hátt.
Að draga úr CNT fast efni.
Að kynna lítið magn af leiðandi kolsvarti sem "spacer" til að draga úr beinni snertingu milli CNTs.
2. Bilun 2: Alvarleg duftlosun frá rafskautsplötu eftir þurrkun
2.1 Bilun fyrirbæri
Eftir að húðuð rafskautsplatan er þurrkuð í ofni dettur duft af við minnstu snertingu. Púðurlosun er mikil á brúnunum við riftun. Eftir kalendrun sýnir yfirborð rafskautsplötunnar fyrirbæri "efni sem fellur af". Þetta hefur ekki aðeins áhrif á framleiðslu skilvirkni heldur getur það einnig leitt til innri ör-skammhlaupa eða afkastagetu í rafhlöðunni.
2.2 Í-dýpt orsök greining
Kjarnakerfi: Bindiefnið er "rænt" af CNT
Sérstakt yfirborð CNT er allt að 180–210 m²/g, sem er 3–4 sinnum meira en leiðandi kolsvart (um það bil 60 m²/g). Svo mikið sérstakt yfirborð þýðir að CNT yfirborðið hefur mikinn fjölda "aðsogsstaða."
Þegar CNT er blandað saman við bindiefni (eins og PVDF, SBR, CMC), aðsogast sumar bindiefnissameindirnar þétt á CNT yfirborðið, sem leiðir til minnkunar á virka bindiefninu sem raunverulega er tiltækt til að tengja virku efnisagnirnar. Þetta fyrirbæri er kallað "bindiefni aðsogstap."
Sérstakar birtingarmyndir:
Olíu-undirstaða kerfi (PVDF-NMP):PVDF er aðsogað af CNT og virku agnirnar skortir nægilegt bindiefni til að tengja þær.
Vatn-bundið kerfi (CMC-SBR):CMC er aðsogað af CNT, sem veldur breytingum á gigtareiginleikum slurrysins; SBR er aðsogað, sem dregur úr teygjanlegu bindiáhrifum þess.
Aðrar mögulegar orsakir:
Ófullnægjandi heildarmagn bindiefnis.
Óviðeigandi blöndunarröð, sem leiðir til ótímabæra og óhóflegrar aðsogs bindiefnisins.
Of hátt bökunarhitastig eða lofthraði, sem veldur flæði bindiefnisyfirborðs.
2.3 Lausnir
Lausn 1: Fínstilltu bindiefnishlutfallið
Byggt á sérstöku yfirborði og hleðslu CNTs, auka magn bindiefnisins á viðeigandi hátt. Empirísk formúla:
Aðlögunarmagn bindiefnis=Grunnmagn bindiefnis × (1 + CNT tiltekið yfirborð / venjulegt leiðandi efni sérstakt yfirborð × CNT hleðslustuðull)
Í reynd, fyrir kerfi með 1% CNT hleðslu, er mælt með því að auka magn PVDF úr hefðbundnum 2%–3% í 3%–4%; fyrir vatns-kerfi er hægt að auka CMC magn um 0,2%–0,5%.
Lausn 2: Stilltu fóðrunarröðina
Þetta er skilvirkasta og lægsta-kostnaðurinn. Mælt er með skrefalegri samlagningaraðferð:
Olíu-undirstaða kerfi (PVDF-NMP) ráðlögð röð:
Skref 1:Bætið öllu PVDF við NMP og leysið upp að fullu (2–3 klst.).
Skref 2:Bætið við leiðandi kolsvarti (ef það er notað) og blandið jafnt saman.
Skref 3:Bætið CNT-maukinu út í og blandið á lágum hraða (á þessu stigi hafa CNT-efnin samband við PVDF-lausnina, ekki hreint NMP).
Skref 4:Að lokum er virka efninu bætt út í og dreift á miklum hraða.
Vatnsbundið kerfi (CMC-SBR) mælt með röð:
Skref 1:Blandið CMC saman við vatn til að búa til forblöndunarlausn (hrærið við línulegan hraða 4–8 m/s í 3–5 klukkustundir).
Skref 2:Bætið við leiðandi kolsvarti og CNT, dreift á miklum hraða (línulegur hraði 6–14 m/s í 0,5–2 klukkustundir).
Skref 3:Bætið virka efninu við og haltu áfram að dreifa (línulegur hraði 6–14 m/s í 3–4 klukkustundir).
Skref 4:Að lokum skal bæta við SBR, minnka línulegan hraða í 2–6 m/s og blanda jafnt.
Lykilatriði:SBR verður að bæta við á lokastigi til að forðast of mikið aðsog af CNT, sem myndi valda tapi á teygjanlegu áhrifum þess.
Lausn 3: Notaðu "húðaða" CNT
Sumir birgjar bjóða upp á yfirborðs-breyttar eða for-húðaðar CNT vörur, þar sem yfirborðið er forhúðað með lag af dreifiefni eða fjölliðu, sem getur dregið verulega úr frásog bindiefna. Þó að kostnaðurinn sé aðeins hærri getur það í grundvallaratriðum leyst vandamálið.
Lausn 4: Fínstilltu bökunarferlið
Lækkaðu hitastigið á framsvæði ofnsins og taktu upp „hækkandi hitastig“ stefnu til að koma í veg fyrir óhóflega rokgjörn leysiefna á yfirborðinu, sem myndi valda flæði bindiefna.
Stjórnaðu lofthraðanum til að forðast að heitt loft blási beint á yfirborð rafskautsplötunnar.
Lengdu bökunartímann á lága-hitasvæðinu á viðeigandi hátt til að tryggja jafna uppgufun leysis.
Lausn 5: Bindiefnisblöndun
Fyrir olíu-undirstaða kerfi skaltu íhuga að blanda PVDF með PMMA (pólýmetýlmetakrýlat) og nota sækni PMMA í CNT til að deila aðsogsþrýstingnum.
Fyrir vatns-kerfi skaltu setja lítið magn af pólýakrýlsýruþykkingarefni til að auka stöðugleika slurrys.
3. Bilun 3: Síunarerfiðleikar NMP-undirstaðar slurry
3.1 Bilun fyrirbæri
Eftir að grisjan er útbúin, við sigtun (venjulega 150–200 möskva) eða flutning yfir í húðunarvélina, hækkar síunarþrýstingurinn verulega, síunarskjárinn stíflast oft og síunarhlutinn þarf stöðugt að skipta um eða sían þarf stöðugt að þrífa. Í alvarlegum tilfellum er alls ekki hægt að sigta, og allur slaufunni er eytt.
3.2 Í-dýpt orsök greining
Orsök: CNT eru ekki nægilega opnuð
CNT eru til í formi þyrpinga meðan á nýmyndun stendur og stærð þessara þyrpinga getur náð tugum eða jafnvel hundruðum míkrómetra. Ef dreifingarferlið er ófullnægjandi er ekki hægt að brjóta þessar stóru -stórar þyrpingar upp á áhrifaríkan hátt og þær verða stöðvaðar meðan á sigtun stendur, sem stíflar síuskjáinn.
Sérstakir áhrifaþættir:
Þáttur 1: Óviðeigandi færibreytur perlumalsferlis
Zirconia perlur stærð:CNT eru trefjaefni. Hefðbundnar 0,8–1,0 mm zirconia perlur sem notaðar eru til að mylja agnir geta ekki opnað CNT knippin á áhrifaríkan hátt. Perlur sem eru of stórar framleiða ófullnægjandi höggkraft til að dreifa CNTs, en perlur sem eru of litlar (<0.2 mm), although effective for dispersion, have high energy consumption and are prone to wear.
Línulegur hraði:Línulegur hraði ákvarðar skúfkraftinn. Fyrir CNT er mælt með línulegum hraða 8–12 m/s. Of lágur hraði gefur ófullnægjandi klippikraft; of mikill hraði getur rofið CNT, sem veldur tapi á hlutfallsforskoti þeirra.
Malartími:Of stuttur tími leiðir til ófullnægjandi dreifingar; of langur tími veldur of mikilli klippingu, styttir CNT lengdina og rýrir rafleiðni.
Þáttur 2: Skortur á for-dreifingarþrepi
Með því að bæta CNT dufti beint við mikið magn af leysi og dreifa á miklum hraða getur það auðveldlega myndað "fiskauga" þyrpingar, þar sem ytri hluta þyrpingarinnar er blautur af leysinum, en innanverður er þurrt duft, sem erfitt er að brjóta upp í síðari perlumölun.
Þáttur 3: Of hátt fast efni í grugglausn
Við hátt fast efni er seigja slurry hár, hreyfing CNTs er takmörkuð, dreifingarvirkni minnkar og þyrpingar eru erfiðar að brjóta upp.
Þáttur 4: Vandamál með samhæfni við dreifiefni
Eins og áður hefur komið fram, ef dreifiefnið er rangt valið, gætu CNTs „endur-samstýrt“ meðan á dreifingarferlinu stendur, sem leiðir til síunarerfiðleika.
3.3 Lausnir
Lausn 1: Fínstilltu færibreytur perlumalsferlisins
Mælt er með fjöl-þrepa perlufræsingarferli:
| Sviði | Zirconia perlur stærð | Línulegur hraði | Mölunartími | Tilgangur |
|---|---|---|---|---|
| Primary maling | 0,6–0,8 mm | 8–10 m/s | 1–2 klst | Upphaflega brjóta stórar þyrpingar upp |
| Secondary Maling | 0,3–0,5 mm | 10–12 m/s | 2–4 klst | Fín dreifing, ná markmiðsfínleika |
| Þrjúg mala (valfrjálst) | 0,1–0,2 mm | 8–10 m/s | 1–2 klst | Ofur-fín dreifing fyrir há-forrit |
Vöktunarvísir:Sýnið á 30 mínútna fresti til að prófa fínleika (með því að nota fínleika malarmælis). Þegar fínleiki er Minna en eða jafnt og 20 μm og sýnir enga marktæka breytingu í þrjú próf í röð, getur dreifing talist algjör.
Lausn 2: Styrktu for-dreifingarskrefið
Blaut for-dreifing (ráðlagt):For-blandaðu CNT duftinu saman við hluta af leysinum og dreifiefninu og hrærðu með háhraða dreifibúnaði (línulegur hraði 15–20 m/s) í 30–60 mínútur til að mynda einsleita „for-dreifingarlausn“, haltu síðan áfram með perlumölun.
Þurr for-dreifing:Notaðu -hraða hrærivél til að þurrka-blandaðu CNT duftinu saman við hluta af dreifiefninu, bættu síðan við leysinum. Þessi aðferð getur dregið úr ryki en hefur meiri kröfur um búnað.
Lausn 3: Fínstilltu grugglausnina
Dragðu úr fastefnisinnihaldinu á viðeigandi hátt á malastigi (mælt er með 15%–20%) til að bæta skilvirkni dreifingar.
Eftir að dreifingu er lokið skaltu stilla fast efnisinnihaldið með því að bæta við leysi.
Gakktu úr skugga um að skammtur dreifiefnis sé nægur. Mælt er með dreifiefni:CNT hlutfallinu 0,1:1 til 0,3:1.
Lausn 4: Samþykktu samsetta dreifingarstefnu
Kynntu leiðandi kolsvart sem "slípunarhjálp". Leiðandi kolsvartar agnir eru í meðallagi hörku og geta virkað sem "miðill" meðan á perlummunarferlinu stendur og hjálpa til við að brjóta CNT þyrpingar upp. Mælt er með CNT:leiðandi kolsvarthlutfalli frá 1:1 til 1:3.
Lausn 5: Fínstilltu síunarkerfið
Notaðu fjöl-síun: for-síun (80–100 möskva) + fínsíun (150–200 möskva).
Notaðu segulsíu til að fjarlægja hugsanleg málmóhreinindi.
Búðu til þrýstiskynjara til að fylgjast með síunarþrýstingi í rauntíma og hreinsaðu eða skiptu um síueininguna tafarlaust.
4. Flýtivísunartafla fyrir bilanaleit
Til að hjálpa-framlínuverkfræðingum að finna vandamál fljótt hefur verið tekin saman skyndihjálpartöflu um bilanaleit:
| Tegund bilunar | Forgangsskoðunaratriði | Aðlögunarstefna | Staðfestingaraðferð |
|---|---|---|---|
| Seigjuáfall | 1. Dreifingarefni gerð 2. pH (vatns-miðað) 3. Rakainnihald (olíu-miðað) 4. Geymsluhitastig |
1. Skiptu um eða aukið dreifiefni 2. Stilltu pH í 7,5–9,0 3. Auka þurrkun hráefnis 4. Haltu áfram að hræra hægt |
Stöðugt eftirlit með seigju Stöðugleikaprófun geymslu |
| Rafskautsplata Powder Shedding | 1. Magn bindiefnis 2. Fóðrunarröð 3. Bökunarhitasnið |
1. Aukið bindiefni um 10%–15% 2. Samþykkja skrefalega viðbót aðferð 3. Lækka hitastig að framan |
Próf fyrir kross-klippt borði Viðnámspróf rafskautsplötu Frammistöðupróf í hringrás |
| Síunarerfiðleikar | 1. Bead Mill zirconia perlur stærð 2. Malartími 3. For-dreifingarferli |
1. Skiptu yfir í 0,3–0,5 mm sirkonperlur 2. Lengja mala tíma 3. Bættu við for-dreifingarþrepi |
Fínleiki malamælis Laser kornastærðargreiningartæki Vöktun síunarþrýstings |
5. Ráðleggingar um fyrirbyggjandi ferlistýringarkerfi
Frekar en að bíða eftir að vandamál komi upp áður en bilanaleit er gert er betra að koma á forvarnareftirlitskerfi.
5.1 Skoðun á innkomu hráefnis
Skoðaðu innihald á föstu formi, seigju og fínleika fyrir hverja lotu af CNT deigi.
Skoðaðu tiltekið yfirborð, raka og öskuinnihald fyrir hverja lotu af CNT dufti.
Stofna hráefnisgagnagrunn til að fylgjast með lotusveiflum.
5.2 Ferlisstýringarpunktar
| Ferlisskref | Stjórnstöð | Skoðunartíðni | Control Range |
|---|---|---|---|
| For-dreifingu | Límdu útlit | Hver lota | Engar þurrduftsamstæður |
| Perlufræsing | Fínleiki | Á 30 mínútna fresti | Minna en eða jafnt og 20 μm |
| Blöndun | Seigja | Hver lota | Markgildi ±15% |
| Síun | Síuþrýstingur | Stöðugt eftirlit | Fyrir neðan sett efri mörk |
| Húðun | Viðloðun rafskautsplötu | Á rúllu | Stærra en eða jafnt og stillt gildi |
5.3 Koma á vinnslugagnagrunni
Skráðu helstu ferlibreytur og prófunarniðurstöður fyrir hverja lotu, þar á meðal:
Hráefnislotunúmer og prófunargögn.
Perlufræsingartími, straumur, hitastig.
Seigja líma, fínleiki, fast efni.
Húðunaráhrif, viðnám rafskautsplötu.
Rafefnafræðileg frammistaða rafhlöðunnar.
Með gagnagreiningu, auðkenndu ákjósanlegasta ferligluggann og náðu „breytudrifnu-gæðaeftirliti.
6. Niðurstaða
Ferlabilanir með CNT leiðandi líma eru í meginatriðum misræmi milli nanóefna og stórsæja ferla. Skilningur á einkennum CNTs-hás sérstaks yfirborðsflatar og hás stærðarhlutfalls-með virðingu fyrir dreifingarhegðun þeirra og aðlögun ferlibreytu og samsetningarhönnunar mun gera kleift að leysa flest vandamál.
Samantekt um kjarnaatriði:
Seigja endurkast:Veldu rétta dreifiefni, stjórnaðu pH og raka.
Duftlosun rafskautsplötu:Notaðu nægilegt bindiefni, gaum að viðbótarröðinni.
Síunarerfiðleikar:Notaðu litlar perlur, malaðu hægt, forgangsraðaðu-dreifingu.
Vonast er til að þessi bilanaleitarleiðbeiningar hjálpi þér að leysa vandamál í fremstu víglínu framleiðslu á fljótlegan hátt og gerir þessu „undraefni“, kolefnis nanórör, kleift að átta sig á frammistöðukostum sínum.