リチウム電池の負極がローラーに張り付く原因

Apr 22,2024

アノード電極材料を圧延およびプレスするプロセス中に、ローラーへの固着の問題がしばしば発生します。アノード電極材料がローラーに付着すると、作業時間が無駄になり作業効率が低下するだけでなく、電極が使用できなくなり経済的損失が生じる可能性があります。したがって、負極電極がローラーに固着する原因を分析し、問題点を把握することは、リチウム電池の製造・製造において非常に重要です。研究者らは、実際にアノード電極材料がローラーに付着する原因を、主に 8 つの側面からまとめて分析しました。以下でそれらを見てみましょう。

1. 圧延機のローラー軸の表面が適切に清掃されていない。装置を使用しない場合、ローラー軸の表面は保護層でコーティングされているため、使用前に洗浄する必要があります。アノード電極シートを巻く際、ローラー軸の表面が汚れているとローラーに貼り付きやすくなります。一部のリチウム電池会社は、相互汚染を避けるために、正極 (油ベース) と負極 (水ベース) 電極の異なるシステムおよび材料用の機器を分離して使用しています。ただし、正極と負極の電極シートが同じ圧延機を共有し、塗装機も両方で共有する特殊なケースもあります。正極と負極の電極シートを頻繁に交換すると、相互汚染が発生したり、ローラーに固着しやすくなったりする可能性があります。

2. アノード電極シートが完全に乾燥していません。コーティング時のオーブン温度が十分に高くなかったり、走行速度が速すぎたりすると、電極シートが乾燥基準に達しない可能性があります。シートを巻き取る際に、シート内にある程度の水分が残っていると、バインダーがさまざまな物質を結合する能力を十分に発揮できなくなります。アノード電極の黒鉛、銅箔、バインダーの接着力が弱く、圧延変形過程でシートがローラーに貼り付きやすい。電極シートの一部を重量を量るために取り出し、その後オーブンに入れて一定時間ベーキングし、その後再度重量を量ることができます。重量の差は、コーティング中の電極シートの乾燥が十分であるかどうかを判断するために使用できます。

3. オーブンの温度が高すぎ、負極が乾燥しすぎています。焼成温度が高すぎると、溶媒の蒸発が早すぎ、バインダーが揮発して電極表面に付着し、箔から表面に向かってバインダー濃度が段階的に増加する電極の微細構造が形成されます。電極の。圧延中、表面の負極付着力は箔と負極材料の間の付着力よりも大きいため、ローラーに張り付く現象が発生しやすく、その結果、粒子がローラーから電極上に落ちます。圧延時に電極上に線状の粘着物が付着した場合は、塗布機の電極乾燥炉を確認する必要があります。固定エアノズルのネジが緩んでいたり、締められていない可能性があります。コーティング中のオーブンの排気周波数のさまざまな設定は、電極上の溶媒の蒸発速度とバインダーの分布に影響を与え、電極の回転にも影響します。

4. スラリー中のバインダー含有量が低すぎると、活物質間の接着力が不十分になり、箔との接着力が不十分になる可能性があります。一般に、SBR とCMCはグラファイトアノード電極のバインダーとして相乗的に使用され、CMCは増粘剤として、SBRはバインダーとして使用されます。ＣＭＣおよびＳＢＲの含有量が少なすぎると、アノード電極中の黒鉛およびカーボンブラックがスラリー中に均一に分散できず、凝集を引き起こす。 SBR は黒鉛粒子の表面を均一に覆うことができないため、電極シート内の黒鉛粒子間、および黒鉛粒子と箔の間の接着力が低下します。転がすと黒鉛粒子が剥がれてすぐに他の物体に付着する傾向があります。水性アノード電極スラリーを使用する場合、少なすぎると接着力が低下する可能性があるため、CMC と SBR の比率を考慮することができます。

5. 混合工程における SBR の比率が適切でないと、電極シートを圧延する際にローラーが固着する可能性があります。リチウム電池に使用されるSBRは、スチレン-ブタジエンゴムラテックスの水系バインダーです。媒体として水を使用し、乳化剤と開始剤を添加して、スチレンおよびブタジエンモノマーを乳化重合および共重合させることによって製造されます。固形分約50％の水性エマルションです。 SBRは親水性と疎水性を併せ持つ物質です。水性基は箔の表面基と結合して接着を形成し、油性鎖セグメントはアノード電極のグラファイトと結合して接着を形成し、結合効果を実現します。スラリー調製時にSBRが浮遊して青色に見えると、塗工後のSBR濃度分布が不均一になり、活物質と箔との密着性が低下します。これにより、ローリング中にローラーの固着が発生しやすくなります。

6. アノード電極材料の種類は、圧延プロセスに影響を与える可能性があります。天然黒鉛と比較して、人造黒鉛粒子は表面が粗く、角が尖ったり逆になったりした形態、構造が不規則であるため、濡れにくくなっています。人造黒鉛が完全に分散していないと、凝集しやすくなります。この凝集はゼラチン状であり、スクリーンを通過することができ、コーティングされた電極シートの凝集領域はより緻密であるため、過度にプレスされやすく、圧延中に点状の固着や材料の脱落が発生しやすくなります。

7. 混合プロセスは、電極シートの巻き取りにも影響を与える可能性があります。人造黒鉛は分散が難しく、従来の湿式スラリー調製では長時間の高速撹拌によりCMCの分子鎖が切れやすくなり、分散効果が低下します。単にライン速度を上げたり、CMC の割合を増やしたりするだけでは、良い結果が得られないことがよくあります。

8. 人造黒鉛アノード電極混合物を調製する場合、スラリーの安定性とコーティング性能を確保するために、CMC と SBR の両方が添加剤として使用されます。さまざまな種類の CMC も電極シートの微細構造に影響を与え、圧延中にローラーの固着を引き起こす可能性があります。これは、CMC 中の不溶性物質がグラファイトや Super-P の小さな粒子と粒子凝集体を形成し、スラリーがスクリーンを通過しにくくなる可能性があるためです。これにより、スクリーンメッシュの複数の詰まり、コーティングの傷、圧延中のローラーの固着が発生する可能性があります。

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