Литиево-ионная аккумуляторная паста представляет собой многофазную смешанную жидкость, содержащую твердую фазу активного материала, проводящего агента и т. Д., Также содержит жидкий растворитель и связующее (растворенное в растворителе), процессом сушки будет литий-ионная батарея Маркус Мюллер и др. Из Технологического университета Карлсруэ в Германии обнаружили, что процесс сушки графитового анода приводит к накоплению PVDF на поверхности электрода. PVDF образует градиент концентрации внутри электрода и с сушкой Ускорение скорости приведет к увеличению концентрации PVDF на поверхности электрода, что приведет к уменьшению содержания связующего PVDF на границе графита и меди, что приведет к плохой адгезии активного материала и ухудшению характеристик батареи. Стефан из Карлсруэского технологического университета Джайзер полагает, что механизм, приводящий к неравномерному распределению PVDF в процессе сушки, является капиллярным явлением, вызванным пористой структурой электрода. При испарении поверхностного растворителя капиллярное действие «всасывает» лежащий в основе растворитель на поверхность электрода, приводя к PVDF в электроде. Неоднородное распределение.
Согласно исследованиям Технологического университета Калхун в Германии, нетрудно найти, что более низкая скорость сушки способствует формированию более однородного распределения PVDF и улучшает адгезию электрода, но слишком низкая скорость сушки приводит к значительному снижению эффективности производства. Неправильно снижать скорость сушки в реальном производстве. Чтобы разрешить это противоречие, Ф. Фонт из Технологического университета Каталонии, Испания, смоделировал процесс сушки электролита литиево-ионного аккумулятора и имитировал его. Во время процесса сушки было оптимизировано распределение клеящих веществ PVDF внутри электрода. Модель была использована для оптимизации процесса сушки. Скорость сушки постепенно снижалась, а внутренний электрод поддерживался относительно однородным с уменьшенным временем сушки. Распределение PVDF.
F. Font считает, что сушку электрода можно разделить на два процесса: 1) Процесс равномерной усадки электродов. В этом процессе растворитель NMP постепенно испаряется и толщина суспензионной пленки постепенно уменьшается, но из-за стабильных свойств электродной суспензии. Распределение активного материала по частицам все еще очень равномерное: 2) Второй способ состоит в том, что частицы активного материала полностью контактируют, но между частицами активного материала все еще больше растворителей NMP и NMP в порах частиц во время последующего процесса сушки. Постепенно испаряется, оставляя поры между активными материальными частицами.
Установлена одномерная модель для вышеупомянутого процесса сушки F. Font, то есть диффузия материала протекает только в направлении вертикальных электродов, а суспензия состоит из жидкой фазы и твердой фазы (поскольку содержание проводящего агента невелико, проводимость Агент не рассчитывается отдельно, но проводящий агент учитывается в связующем). Кроме того, поскольку теплопроводность суспензии очень высока, Ф. Фонт считает, что в суспензионной пленке нет температурного градиента, что еще больше упрощает модель.
Основываясь на анализе поведения PVDF в процессе сушки, Ф.Фонт полагает, что PVDF в основном зависит от двух видов сил в процессе сушки: 1) Из-за вязкого сопротивления, вызванного выпариванием растворителя, PVDF тянут к поверхности электрода 2; Эффект диффузии, вызванный градиентом концентрации, PVDF отталкивается от поверхности электрода с большей концентрацией к внутренней поверхности электрода. Исследования показали, что PVDF кристаллизуется только тогда, когда концентрация достигает 77% (при 60 ° C), что показывает, что на первом этапе PVDF не достигнет концентрации осадков во время сушки и усадки суспензионной мембраны. PVDF будет кристаллизоваться на второй стадии сушки, когда NMP испарится из межчастичных пор.
При изучении переноса материала в процессе сушки нам необходимо использовать важный безразмерный параметр Pe (Pe = vl / D, где v - характерная скорость, l - длина характеристики, D - коэффициент диффузии), Pe обозначает Соотношение конвекции и диффузионного переноса при транспортировке материала. При увеличении Pe доля конвекции возрастает, а доля диффузионного переноса уменьшается. F. Font Делит процесс сушки на медленную сушку в соответствии со значением Pe. <<1) 和快速烘干过程 (Pe>> 1).
Во время процесса медленной сушки (Pe<<1) 中, 粘结剂浓度随时间的变化如下式所示, 由于烘干过程中物质的扩散输送速度要快于对流输送速度, 因此PVDF粘结剂在电极内部并不会形成浓度梯度, 从而形成PVDF粘结剂均匀分布的电极.
В процессе быстрой сушки (Pe >> 1) преобладающим фактором становится конвекционная диффузия, поэтому концентрация клея PVDF в разных местах в суспензионной пленке может быть выражена следующей формулой: в случае высокоскоростной сушки в конвекции Под действием клея будет доведено до поверхности электрода, что приведет к значительному градиенту концентрации внутри электрода.
Где A (t) задается формулой
На рисунке ниже показана низкая скорость сушки (характеристическая скорость v = 1,25x10-7м / с, Pe = 0,1) и высокоскоростная сушка (специальная скорость v = 1,25x10-5м / с, Pe = 10). В двух крайних случаях распределение концентрации PVDF внутри электрода в направлении Z в разные моменты времени можно увидеть в случае низкоскоростной сушки (ниже а) в пять раз Расчетные кривые концентрации почти плоские, что указывает на то, что концентрация PVDF внутри электрода очень мало изменяется в направлении Z. Посмотрим на высокоскоростную сушку. С течением времени мы видим концентрацию PVDF на поверхности электрода. Быстрое повышение (повышение кривого конца), а концентрация клея PVDF на границе между активным материалом и пленкой Cu очень низкая, что указывает на то, что высокоскоростная сушка делает очень большой градиент концентрации внутри электрода.
Из приведенного выше анализа нетрудно видеть, что более низкая скорость сушки способствует более равномерному распределению PVDF, но в практическом производстве эффективность производства также является важным фактором для нас, поэтому нам необходимо разработать более подходящую систему сушки. Он позволяет не только уменьшить внутренний градиент концентрации PVDF, но и повысить эффективность сушки. F.Font сравнивает следующие три системы сушки: первая - постоянная скорость сушки, вторая - инкрементная скорость сушки, первая Из результатов расчета на следующем рисунке уменьшающаяся система сушки может обеспечить более равномерное распределение концентрации PVDF, в то время как система инкрементной сушки получит наибольший градиент концентрации клеевого слоя PVDF. Это показывает, что для получения более равномерного распределения PVDF в фактическом производстве мы должны использовать систему сушки с уменьшающейся скоростью.
Неравномерное распределение клея PVDF, вызванное процессом сушки, является проблемой, которая преследует нас в течение многих лет. Хотя все знают, что снижение скорости сушки может улучшить однородность клея, этот метод часто используется в основном практическом процессе производства. Невозможно принять, работа Ф. Фонта позволяет нам увидеть надежду на согласование этого противоречия. Принимая систему сушки с уменьшением скорости, можно обеспечить равномерное распределение PVDF в электроде и эффективно сократить время сушки. Выигрыш за качество и эффективность.
