Una batería de iones de litio es una suspensión fluida mezcla polifásica, que comprende un material activo, agente conductor en una fase sólida, que comprende además un disolvente líquido y el aglutinante (en disolverse en un disolvente), la batería de iones de litio será el proceso de secado el electrodo de la estructura de un impacto significativo, y otros estudios humanos Marcus Müller, Alemania 卡尔斯鲁尼 Universidad encontrado en el proceso de secado electrodo negativo de grafito conduce a la aparición de agregación del electrodo de superficie de PVDF, gradiente de concentración de PVDF está formada en el interior del electrodo, y se secó con velocidad resultará en más agregación de PVDF a la superficie del electrodo, lo que conducirá a bajar el contenido de grafito / cobre interfaz aglutinante PVDF, resultando en una pobre adhesión de material activo, la degradación del rendimiento de la batería. Stefan Instituto de Tecnología de 卡尔斯鲁尼mecanismo Jaiser que conduce a una distribución desigual de la PVDF en el proceso de secado es un fenómeno capilar debido a la estructura porosa del electrodo, la evaporación del disolvente en la capa superficial, la acción capilar subyacente del disolvente se 'chupar' a la superficie del electrodo, dando como resultado un electrodo de PVDF distribución desigual del fenómeno.
Investigación de la Universidad del alemán Kaerluni difícil encontrar menor velocidad de secado es propicio para una distribución más uniforme de PVDF para mejorar la adhesión del electrodo, pero la velocidad de secado es demasiado baja dará lugar a significativamente menor eficiencia de la producción, y por lo tanto ciegamente a reducir la velocidad de secado en la producción real es poco práctico. F. Fuentes et España 加泰罗尼亚 UNIVERSITY para resolver este problema, un proceso de secado electrodo de batería de iones de litio se modeló para simular el distribución del proceso de secado de adhesivo PVDF electrodo interno y el proceso de secado utilizando el modelo del proceso está optimizado, la disminución de la velocidad del sistema de secado empleado, en el caso de reducir el tiempo de secado asegura electrodo interno relativamente uniforme la distribución de PVDF.
F. Font cree que el secado del electrodo se puede dividir en dos procesos: 1) El proceso de contracción uniforme del electrodo En este proceso, el disolvente NMP se evapora gradualmente y el espesor de la película de lodo disminuye gradualmente, pero debido a las propiedades estables del lodo del electrodo. La distribución de partículas de material activo sigue siendo muy uniforme; 2) El segundo proceso es que las partículas de material activo están completamente en contacto, pero todavía hay más solventes NMP entre las partículas de material activo y NMP en los poros de las partículas durante el proceso de secado posterior. Se evapora gradualmente, dejando poros entre las partículas de material activo.
Un modelo unidimensional para el proceso de secado mencionado anteriormente F. Se establece la fuente, es decir, la difusión del material procede solo en la dirección de los electrodos verticales, y la suspensión se compone de una fase líquida y una fase sólida (dado que el contenido del agente conductor es pequeño, la conductividad El agente no se calcula por separado, pero el agente conductor se tiene en cuenta en el aglutinante). Además, como la conductividad térmica de la suspensión es muy alta, F. Font cree que no hay gradiente de temperatura en la película de lodo, lo que simplifica aún más el modelo.
Basado en el análisis del comportamiento del PVDF en el proceso de secado, F.Font cree que el PVDF se ve afectado principalmente por dos tipos de fuerzas en el proceso de secado: 1) Debido al arrastre viscoso causado por la evaporación del solvente, PVDF se arrastra hacia la superficie del electrodo; El efecto de difusión causado por el gradiente de concentración, el PVDF es empujado hacia atrás desde la superficie del electrodo con mayor concentración al interior del electrodo. Los estudios han demostrado que el PVDF solo cristaliza cuando la concentración alcanza el 77% (a 60 ° C), lo que muestra que en el primer paso El PVDF no alcanzará la concentración de precipitación durante el secado y la contracción de la membrana de la suspensión. El PVDF se cristalizará en la segunda etapa de secado a medida que el NMP se evapora de los poros entre las partículas.
En el estudio del transporte de material en el proceso de secado necesitamos usar un parámetro adimensional importante Pe (Pe = vl / D, donde v es la velocidad característica, l es la longitud de la característica, D es el coeficiente de difusión), Pe significa La relación de transporte de convección y difusión en el transporte de material. Cuando Pe aumenta, la proporción de convección aumenta y la proporción de transporte de difusión disminuye. F. Fuente Divide el proceso de secado en un secado lento según el valor de Pe. <<1) 和快速烘干过程 (Pe>> 1).
Durante el proceso de secado lento (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.
En el proceso de secado rápido (Pe >> 1), la difusión de convección se convierte en el factor dominante, por lo que la concentración de adhesivo de PVDF en diferentes lugares dentro de la película de lodo puede expresarse mediante la siguiente fórmula. En el caso de secado a alta velocidad, en convección Bajo el efecto del adhesivo se llevará a la superficie del electrodo, dando como resultado un gradiente de concentración significativo dentro del electrodo.
Donde A (t) es dada por
La figura siguiente muestra el secado a baja velocidad (velocidad característica v = 1.25x10-7m / s, Pe = 0.1) y secado a alta velocidad (Velocidad especial v = 1.25x10-5m / s, Pe = 10) En los dos casos extremos, la distribución de la concentración de PVDF dentro del electrodo en la dirección Z en diferentes puntos de tiempo se puede ver en el caso del secado a baja velocidad (debajo de a) en cinco veces Las curvas de concentración calculadas son casi planas, lo que indica que la concentración de PVDF dentro del electrodo cambia muy poco en la dirección Z. Echemos un vistazo al secado a alta velocidad. Vemos la concentración de PVDF en la superficie del electrodo a lo largo del tiempo. El aumento rápido (aumento del final de la curva) y la concentración de adhesivo PVDF en la interfaz entre el material activo y la lámina de Cu es muy baja, lo que indica que el secado a alta velocidad crea un gradiente de concentración muy importante dentro del electrodo.
Del análisis anterior, no es difícil ver que una velocidad de secado menor conduce a una distribución más uniforme de PVDF, pero en la producción práctica, la eficiencia de producción también es una consideración importante para nosotros. Por lo tanto, necesitamos diseñar un sistema de secado más adecuado. No solo puede reducir el gradiente interno de concentración de PVDF, sino también mejorar la eficiencia de secado. F. Fon compara los siguientes tres sistemas de secado: el primero es la velocidad de secado constante, y el segundo es la velocidad de secado incremental. Las tres son tasas de secado decrecientes. A partir de los resultados del cálculo en la siguiente figura, el sistema de secado decreciente puede lograr una distribución de concentración de PVDF más uniforme, mientras que el sistema de secado incremental obtendrá el mayor gradiente de concentración de adhesivo de PVDF. Muestra que para obtener una distribución más uniforme de PVDF en la producción real, debemos usar un sistema de secado a velocidad decreciente.
La distribución irregular de los adhesivos PVDF causada por el proceso de secado es un problema que nos ha estado plagando durante muchos años. Aunque todos saben que reducir la velocidad de secado puede mejorar la uniformidad del adhesivo, este método se utiliza a menudo en la práctica sobre producción de eficiencia. Incapaz de adoptar, el trabajo de F. Font nos permite ver la esperanza de reconciliar esta contradicción. Al adoptar un sistema de secado que disminuye la velocidad, es posible garantizar la distribución uniforme del PVDF en el electrodo y reducir efectivamente el tiempo de secado. Ganar-ganar por calidad y eficiencia.
