Liitiumakude positiivsete elektroodide materjalide kvaliteedijuhtimine

Liitiumakude positiivsete elektroodide materjalide kvaliteedijuhtimine

Liitium-ioonakude jõudlus on tihedalt seotud positiivsete elektroodide materjalide kvaliteediga.

Selles artiklis tutvustatakse positiivsete elektroodide materjalide mitmeid rikkevorme, millel on märkimisväärne mõju liitiumioonakude toimimisele, näiteks segunemine metallist võõrkehadega, liigne niiskus ja partii halb konsistents. Selles selgitatakse tõsist kahju, mida need rikkevormid aku jõudlusele põhjustavad, ja selgitatakse, kuidas neid tõrkeid kvaliteedijuhtimise vaatenurgast vältida, pakkudes tugevaid tagatisi kvaliteediprobleemide edasiseks ennetamiseks ja liitium-ioonakude kvaliteedi parandamiseks.

Nagu me kõik teame, on katoodmaterjal liitiumioonakude üks põhilisi südamikumaterjale ja selle jõudlus mõjutab otseselt liitiumioonakude jõudlusnäitajaid. Praegu on liitiumioonakude turustatavate katoodmaterjalide hulgas liitiumkobalaat, liitiummanganaat, liitiumraudfosfaat, kolmekomponentsed materjalid ja muud tooted.

Võrreldes teiste liitium-ioonakude toorainetega on positiivsete elektroodide materjalide valik mitmekesisem, tootmisprotsess on ka keerulisem ja kvaliteedirikke oht suurem, mistõttu on vaja kõrgemaid kvaliteedijuhtimisnõudeid. Selles artiklis käsitletakse liitium-ioonakude positiivsete elektroodide materjalide levinumaid rikkevorme ja vastavaid ennetusmeetmeid materjalide kasutajate vaatenurgast.

1. Metallist võõrkehad on segatud positiivse elektroodi materjali

Kui katoodimaterjalis on rauda (Fe), vaske (Cu), kroomi (Cr), niklit (Ni), tsinki (Zn), hõbedat (Ag) ja muid metallilisi lisandeid, kui katoodi moodustumise staadiumis on pinge. Kui aku saavutab nende metallelementide oksüdatsiooni- ja redutseerimispotentsiaali, oksüdeeritakse need metallid esmalt positiivses pooluses ja seejärel redutseeritakse negatiivsele poolusele. Kui negatiivse pooluse metallelemendid kogunevad teatud määral, torkavad ladestunud metalli kõvad servad ja nurgad läbi diafragma, põhjustades aku isetühjenemise.

Isetühjenemine võib liitiumioonakudele surmavalt mõjutada, mistõttu on eriti oluline vältida metallist võõrkehade sattumist allikast.

Positiivsete elektroodide materjalide tootmisprotsesse on palju ja igas tootmisprotsessi etapis on metallist võõrkehade sattumise oht. See seab materjalitarnijatele kõrgemad nõuded seadmete automatiseerimise tasemele ja kohapealse kvaliteedijuhtimise tasemele. Materjalitarnijatel on aga kulupiirangute tõttu sageli madalam seadmete automatiseerimise tase, mille tulemuseks on rohkem katkestusi tootmis- ja tootmisprotsessides ning kontrollimatute riskide suurenemine.

Seetõttu peavad akutootjad aku stabiilse jõudluse tagamiseks ja isetühjenemise vältimiseks edendama materjalide tarnijaid, et vältida metallist võõrkehade sattumist viiest aspektist: inimene, masin, materjal, meetod ja keskkond.

Alates personalikontrollist tuleks töötajatel keelata metallist võõrkehade töökotta kandmine, ehete kandmine ning töökotta sisenemisel tööriiete, jalanõude ja kindade kandmine, et vältida kokkupuudet metallist võõrkehadega enne kokkupuudet pulbriga. Luua järelevalve- ja kontrollimehhanism, kasvatada töötajate kvaliteediteadlikkust ning panna neid teadlikult järgima ja hoidma töökoja keskkonda.

Tootmisseadmed on peamiseks lüliks võõrkehade, näiteks rooste ja materjalidega kokkupuutuvate seadmete komponentide ja tööriistade kulumise sissetoomisel; Seadmete osad ja tööriistad, mis ei puutu otseselt kokku materjaliga ning tolm kleepub ja hõljub materjali sisse töökojas toimuva õhuvoolu toimel. Vastavalt löögi astmele saab kasutada erinevaid töötlemismeetodeid, nagu värvimine, asendamine mittemetalsetest materjalidest katetega (plastik, keraamiline) ja metallist detailide pakkimine. Samuti peaksid juhid kehtestama vastavad reeglid ja eeskirjad, et selgelt määratleda metallist võõrkehade käitlemine, koostada kontrollnimekiri ja nõuda töötajatelt regulaarset kontrolli, et vältida võimalikke probleeme.

Tooraine on metallist võõrkehade otsene allikas positiivsete elektroodide materjalides. Ostetud toorainel peaksid olema eeskirjad metallist võõrkehade sisalduse kohta. Pärast tehasesse sisenemist tuleks rangelt kontrollida, kas nende sisaldus on määratud vahemikus. Kui metallide lisandite sisaldus tooraines ületab normi, on neid järgnevates protsessides raske eemaldada.

Metallist võõrkehade eemaldamiseks on elektromagnetiline rauaeemaldus muutunud positiivsete elektroodide materjalide tootmisel vajalikuks protsessiks. Elektromagnetilisi rauaeemaldusmasinaid kasutatakse laialdaselt, kuid see seade ei tööta mittemagnetiliste metallainetega nagu vask ja tsink. Seetõttu tuleks töökojas vältida vase ja tsingi komponentide kasutamist. Vajadusel on soovitatav vältida ka otsest kokkupuudet pulbriga või kokkupuudet õhuga. Lisaks mõjutavad rauaeemaldusefekti teatud määral ka elektromagnetilise rauaeemaldaja paigaldusasend, paigalduste arv ja parameetrite seadistused.

Töökojakeskkonna tagamiseks ja töökojas positiivse rõhu saavutamiseks on vaja rajada ka kahepoolsed uksed ja õhkdušiuksed, et välistada tolmu ja saastavate materjalide sattumine töökotta. Samal ajal peaksid töökoja seadmed ja teraskonstruktsioonid vältima roostetamist, samuti tuleks maapinda värvida ja regulaarselt demagnetiseerida.

2. Positiivse elektroodi materjali niiskusesisaldus ületab normi

Positiivsete elektroodide materjalid on enamasti mikro- või nanomõõtmelised osakesed, mis imavad kergesti õhust niiskust, eriti suure Ni-sisaldusega kolmekomponentsed materjalid. Positiivse elektroodi pasta valmistamisel, kui positiivse elektroodi materjalil on kõrge veesisaldus, väheneb PVDF-i lahustuvus pärast seda, kui NMP imab vett läga segamise protsessis, mis põhjustab pasta geeli muutumist tarretiseks, mis mõjutab töötlemise jõudlust. Pärast aku valmistamist mõjutab see selle mahtuvust, sisemist takistust, ringlust ja suurendust, seega peaks positiivse elektroodi materjali, nagu metallist võõrkehade, niiskusesisaldus olema peamine kontrolliprojekt.

Mida kõrgem on tootmisliini seadmete automatiseerituse tase, seda lühem on pulbri kokkupuuteaeg õhus ja seda vähem vett sisestatakse. Materjalitarnijate reklaamimine seadmete automatiseerimise parandamiseks, näiteks torujuhtme täieliku transportimise saavutamine, torujuhtme kastepunktide jälgimine ja robotkäte paigaldamine automaatse laadimise ja mahalaadimise saavutamiseks aitab oluliselt vältida niiskuse sissetoomist. Mõned materjalitarnijad on aga piiratud tehase disaini või kulusurvega ning kui seadmete automatiseerimine ei ole kõrge ja tootmisprotsessis on palju katkestusi, on vaja pulbri kokkupuuteaega rangelt kontrollida. Ülekandmise ajal on pulbri jaoks kõige parem kasutada lämmastikuga täidetud tünnid.
Tootmistsehhi temperatuur ja õhuniiskus on samuti võtmenäitajaks ning teoreetiliselt on see soodsam, mida madalam on kastepunkt. Enamik materjalitarnijaid keskendub niiskuse kontrollile pärast paagutamisprotsessi. Nad usuvad, et paagutamistemperatuur umbes 1000 kraadi Celsiuse järgi võib eemaldada suurema osa pulbri niiskusest. Niikaua kui niiskuse sissetoomine paagutamisprotsessist pakendamisfaasi on rangelt kontrollitud, võib see põhimõtteliselt tagada, et materjali niiskusesisaldus ei ületa standardit.

See muidugi ei tähenda, et enne paagutamisprotsessi poleks vaja niiskust kontrollida, sest kui eelmises protsessis on liiga palju niiskust sisse viidud, mõjutab see paagutamise efektiivsust ja materjali mikrostruktuuri. Lisaks on väga oluline ka pakendamisviis. Enamik materjalitarnijaid kasutab vaakumpakendamiseks alumiiniumist kilekotte, mis tundub praegu kõige ökonoomsem ja tõhusam meetod.

Loomulikult võib erinevatel materjalide disainidel olla ka olulisi erinevusi veeimavuses, näiteks kattematerjalide ja eripinna erinevused, mis võivad mõjutada nende veeimavusvõimet. Kuigi mõned materjalitarnijad takistavad niiskuse sissetoomist tootmisprotsessi käigus, on materjalidel endil omadus kergesti vett imada, mistõttu on pärast elektroodplaatideks valmistamist niiskuse kuivatamine äärmiselt keeruline, mis tekitab probleeme akutootjatele. Seetõttu tuleks uute materjalide väljatöötamisel tähelepanu pöörata veeimavuse küsimusele ja suurema universaalsusega materjalide väljatöötamisele, mis on väga kasulik nii pakkumisele kui nõudlusele.

3. 3 positiivse elektroodi materjali partii halb konsistents

Patareitootjate jaoks on positiivsete elektroodide materjalide partiide vaheline erinevus ja parem konsistents, seda stabiilsem on valmis aku jõudlus. Nagu me kõik teame, on liitiumraudfosfaatkatoodi materjali üks peamisi puudusi partii halb stabiilsus. Tselluloosi valmistamise protsessis on iga lägapartii viskoossus ja tahkete ainete sisaldus partii suurte kõikumiste tõttu ebastabiilsed, mis toob kasutajatele probleeme ja nõuab pidevat protsessi kohandamist, et kohaneda.

Tootmisseadmete automatiseerimise taseme parandamine on peamine vahend liitiumraudfosfaatmaterjalide partii stabiilsuse parandamiseks. Kuid praegu on kodumaiste liitiumraudfosfaadi materjalide tarnijate seadmete automatiseerimise aste üldiselt madal, tehniline tase ja kvaliteedijuhtimisvõime ei ole kõrged ning pakutavatel materjalidel on erineva raskusastmega partii ebastabiilsuse probleeme. Kui partiide erinevusi ei ole võimalik kõrvaldada, siis kasutajate vaatenurgast loodame, et mida suurem on partii kaal, seda parem, eeldusel, et samas partiis olevad materjalid on ühtlased ja stabiilsed.

Nii et selle nõude täitmiseks lisavad raudliitiummaterjalide tarnijad pärast valmistoote valmistamist sageli segamisprotsessi, milleks on mitme partii materjali ühtlane segamine. Mida suurem on veekeetja maht, seda rohkem materjale see sisaldab ja seda suurem on segatud partii kogus.

Osakeste suurus, eripind, niiskus, pH väärtus ja muud raudliitiummaterjalide näitajad võivad mõjutada toodetud läga viskoossust. Kuid sageli kontrollitakse neid näitajaid rangelt teatud vahemikus ja vedelsõnnikupartiide viskoossuses võib siiski esineda olulisi erinevusi. Et vältida kõrvalekaldeid partii kasutamisel, on sageli vaja enne kasutuselevõttu simuleerida tootmisvalemit ja ette valmistada mõned läga viskoossuse testid ning alles pärast nõuete täitmist saab need kasutusele võtta, Aga kui akutootjad teevad testimine enne iga tootmist vähendab oluliselt tootmise efektiivsust, nii et nad edastavad selle töö materjali tarnijale ja nõuavad, et materjali tarnija lõpetaks testimise ja vastaks nõuetele enne saatmist.

Loomulikult muutub tehnoloogia arenedes ja materjalitarnijate protsessivõimekuse paranedes füüsikaliste omaduste hajumine järjest väiksemaks ning viskoossuse testimise etapi enne saatmist võib ära jätta. Lisaks ülalnimetatud meetmetele järjepidevuse parandamiseks peaksime kasutama ka kvaliteetseid tööriistu, et minimeerida partii ebastabiilsust ja vältida kvaliteediprobleemide tekkimist. Peamiselt lähtudes järgmistest aspektidest.

(1) Kehtestada tööprotseduurid.

Toote olemuslik kvaliteet on nii projekteeritud kui ka toodetud. Seetõttu on ettevõtjate tegutsemisviis toote kvaliteedi kontrollimiseks eriti oluline ning tuleks kehtestada üksikasjalikud ja konkreetsed tööstandardid.

(2) CTQ identifitseerimine.

Tehke kindlaks peamised näitajad ja protsessid, mis mõjutavad toote kvaliteeti, jälgige neid peamisi kontrollnäitajaid ja töötage välja vastavad hädaolukordadele reageerimise meetmed. Ortofosforhappe raudteeliin on praeguse liitiumraudfosfaadi valmistamise põhivool. Selle protsessid hõlmavad partiide jahvatamist, kuuljahvatamist, paagutamist, purustamist, pakkimist jne. Kuuljahvatamise protsessi tuleks juhtida võtmeprotsessina, sest kui esmase osakese suuruse konsistents pärast kuuljahvatamist ei ole hästi kontrollitud, on osakeste konsistents see mõjutab valmistoote suurust, mis mõjutab materjalide partii konsistentsi.

(3) SPC kasutamine.

Viige läbi SPC põhiprotsesside iseloomulike parameetrite reaalajas jälgimine, analüüsige ebanormaalseid punkte, tuvastage ebastabiilsuse põhjused, rakendage tõhusaid parandus- ja ennetusmeetmeid ning vältige defektsete toodete jõudmist kliendini.

4. Muud ebasoodsad olukorrad

Läga valmistamisel segatakse positiivse elektroodi materjal lägapaagis teatud vahekorras ühtlaselt lahustite, liimide ja juhtivate ainetega ning juhitakse seejärel torujuhtme kaudu välja. Väljalaskeavasse on paigaldatud filterekraan, mis püüab kinni positiivse elektroodi materjalis olevad suured osakesed ja võõrkehad ning tagab katte kvaliteedi. Kui positiivse elektroodi materjal sisaldab suuri osakesi, põhjustab see filtriekraani ummistumist. Kui suurte osakeste koostis on endiselt positiivse elektroodi materjal, mõjutab see ainult tootmise efektiivsust ega mõjuta aku jõudlust ning selliseid kadusid saab vähendada. Kui aga nende suurte osakeste koostis on ebakindel ja tegemist on muude metallist võõrkehadega, lammutatakse juba valmistatud läga täielikult, mille tulemuseks on suured kadud.

Selle kõrvalekalde ilmnemise põhjuseks peaksid olema materjali tarnija sisemised kvaliteedijuhtimise probleemid. Enamik positiivseid elektroodide materjale toodetakse läbi sõelumisprotsesside ja selle, kas ekraan on kahjustatud, kontrollitud ja õigeaegselt asendatud. Kui ekraan on kahjustatud, pole lekkevastaseid meetmeid ja seda, kas tehase kontrollimisel tuvastatakse suuri osakesi, tuleb veel parandada.