Аутор: Дани Хуанг, Пх.Д.
Извршни директор и руководилац истраживања и развоја, ТОБ Нев Енерги
Повежите се са др Хуангом на ЛинкедИн-у
Резиме и кључне речи
Вискозност је најмерљивији показатељ квалитета суспензије, али један број никада не говори целу причу. Суспензија електрода батерије су течности које се разређују при смицању, чији вискозитет опада за ред величине како расте брзина смицања-и то понашање, а не вредност мировања, одређује да ли матрица са прорезом или сечиво таложе уједначен слој електроде.
НМЦ катодне суспензије обично мере 3.000–8.000 мПа·с при малом смицању (0,1–1 с⁻¹) и падају на 300–800 мПа·с при брзини смицања производног премаза од 100–1.000 с⁻¹.
Индекс понашања протока (н < 1 у моделу потенцијског закона) мора да се налази у дефинисаном прозору: превише стрм пад изазива стањивање ивице, превише раван изазива пругање.
Тиксотропија објашњава зашто се каша згушњава након стајања-мрежа везива честица се поново формира током минута до сати, остављајући време од мешања контролисане променљиве.
Производни вискозиметар плус тестер чврстог садржаја хвата одношење серије пре него што стигне до главе премаза.
Премаз изгледа савршено на почетку вожње. До другог колута појављују се пруге. До трећег колута, ивице су танке и оптерећење масе је одступило 3% од циља. Каша долази из истог рецепта, истог миксера, истог времена циклуса. Али то није иста течност. Вискозност се променила док је резервоар стајао чекајући пумпу.
Ово је свакодневна стварност облагања електрода. Реологија каше није лабораторијски куриозитет; то је варијабла која одлучује да ли линија за премазивање ради 10 сати без подешавања или зауставља сваки колут ради чишћења главе.
Шта заправо значи разређивање смицањем у каши
Суспензија за батерије је концентрована суспензија: активни материјал (НМЦ, ЛФП, графит), проводни угљеник, везиво (ПВДФ у НМП, или ЦМЦ/СБР у води) и растварач. У мировању, ове честице формирају слабу мрежу коју држе заједно мостови везива и ван дер Валсове силе. Мрежа даје суспензији мерљив напон течења и висок вискозитет при ниском смицању.
Када се примени смицање-пумпавање, мешање, пролазак кроз матрицу-мрежа се распада. Честице се поравнавају и пролазе једна поред друге, а вискозитет опада. Ово је стањивање смицања, или псеудопластичност.
Понашање прати модел потенцијског закона: η=К· ⁿ⁻¹, где је η вискозитет, брзина смицања, К је индекс конзистенције, а н је индекс понашања течења. За суспензију батерија, н је обично између 0,2 и 0,6.
Две последице следе директно.
Контрола седиментације. У стању мировања или у резервоару, суспензији је потребан висок вискозитет и напон течења да задржи тешке НМЦ или честице графита у суспензији. Сувише ретка суспензија при малом смицању се таложи за неколико минута, стварајући градијенте густине низ премаз.
Проток на матрици. При високим брзинама смицања премаза, суспензија мора да тече довољно слободно да навлажи фолију и изравна се. Ако вискозитет остане висок при великом смицању, премаз постаје пруга и притисак матрице расте.
Зашто разређивање смицањем одлучује о квалитету премаза велике брзине
Производни премаз тече брзином од 10–80 м/мин. На ивици матрице с прорезом, суспензија доживљава стопе смицања које се повећавају са протоком и обрнуто са зазором матрице. Размак од 300 µм при 30 м/мин производи отприлике 300–500 с⁻¹ на зиду. Вискозитет при тој брзини смицања-а не вредност мировања{10}} поставља пад притиска, дебљину влажног филма и профил ивице.
Три дефекта премаза директно прате реологију:
- Стреакинг. Вискозитет при превисокој брзини смицања матрице или структура са малим смицањем која се не може довољно брзо разбити, производи испрекидане линије у смеру машине.
- Проређивање ивица. Када је индекс разређивања смицања превише агресиван (н пренизак), суспензија тече брже на ивицама калупа где је смицање највеће, повлачећи материјал према ивицама и остављајући их реткима. Ово је класичан проблем са ивицама и перлама који троше материјал на сечење.
- Рупе и мрље. Ако суспензији недостаје довољан напон течења или се опоравља сувише споро након калупа, премаз се неравномерно изравнава пре сушења, остављајући варијације у дебљини које се појављују како се капацитет распршује након формирања.
Стога циљ инжењера премаза није један број вискозитета. То је крива протока: дефинисани вискозитет при ниској референтној брзини смицања ради стабилности, дефинисани вискозитет при брзини смицања процеса за проток и ограничени индекс разређивања смицања између.
А наспрам Б: Вискозометрија у једној тачки у односу на карактеризацију криве протока
Две филозофије мерења доминирају лабораторијама за батерије и свака одговара на различита питања.
| Аспецт | Ротациони вискозиметар са једном тачком | Карактеризација криве протока (реометар). |
|---|---|---|
| Шта мери | Вискозност при једној фиксној брзини вретена | Вискозитет преко мерења брзине смицања |
| Типичан инструмент | Ротациони вискозиметар са екраном осетљивим на додир | Конусна плоча или реометар са контролисаним напоном |
| Време по тесту | 1–2 минута | 10–30 минута |
| Шта хвата | Однос серије до серије у референтној тачки | Индекс разређивања при смицању, напон течења, тиксотропија |
| Улога производње | Долазни КЦ, праћење линије | Развој рецептуре, дијагностика квара |
| Релативни трошак | Ниско | Високо |
И једнима и другима је место. Вискозиметар са екраном осетљивим на додир са фиксном брзином је радни коњ за свакодневно праћење производње јер је брз и поновљив. Пуна крива протока је резервисана за развој рецептуре и за дефекте које подаци о једној тачки не могу да објасне.
Замка упоређује талог измерен при различитим ефективним брзинама смицања. Брзина вретена, величина вретена и температура узорка мењају ефективну брзину смицања. Две суспензије које идентично читају у једном стању могу се понашати потпуно другачије на матрици. Пораст температуре од 5 степени може да смањи вискозитет за 10-20%, тако да температура мерења мора бити фиксна. Управо због тога Аротациони вискозиметар на{0}}екрану на додирза надгледање вискозности суспензије батерије је наведено са фиксном геометријом вретена и температурном компензацијом уграђеном у производне{0}}подне КЦ станице.
Референтни прозор: Циљеви вискозитета према фази процеса
Табела у наставку је типична почетна тачка за НМЦ/ПВДФ-НМП систем. Свака линија мора успоставити сопствене контролне границе из способних производних серија.
| Процесна фаза | Схеар Рате | Типична вискозност | Шта контролише |
|---|---|---|---|
| Резервоар за мешање, ниско смицање | 0.1–1 s⁻¹ | 4.000–8.000 мПа·с | Седиментација, стабилност током држања |
| Пренос пумпе | 10–100 s⁻¹ | 1.500–3.000 мПа·с | Кавитација пумпе, притисак филтера |
| Слот дие премаз | 100–1,000 s⁻¹ | 300–800 мПа·с | Уједначеност филма, профил ивица, притисак калупа |
| Након премаза, опоравак | близу 0 с⁻¹ | враћа се према 4,000+ мПа·с | Нивелисање, отпорност на савијање, задржавање шара |
Бројеви су специфични за материјал. Водене ЦМЦ/СБР суспензије се понашају другачије од ПВДФ раствора на бази НМП, а графитне аноде се разликују од НМЦ катода. Оно што се преноси кроз хемије је метода: мерите при дефинисаним брзинама смицања, одржавајте температуру константном и пратите криву протока уместо једног броја.
Зашто се каша згушњава након стајања: објашњење тиксотропије
Најчешће реолошко питање у батеријским постројењима: суспензија стоји у резервоару сат времена, а вискозитет се пење са 3.000 на 6.000 мПа·с. Мешавина је била исправна када је изашла из миксера. Ништа није испарило-резервоар је запечаћен. Шта се десило?
Тхикотропи. За разлику од стањивања при смицању, које тренутно реагује на брзину смицања, тиксотропија зависи од времена. Када мешање престане, поломљена мрежа честица се полако поново формира. Молекули везива који су растегнути и поравнати током мешања са високим смицањем опуштају се и поново адсорбују на површини честица. Обнова траје од неколико минута до сати, у зависности од хемије везива, садржаја чврсте материје и температуре.
Тиксотропија није дефект. То је својство сваке праве батерије и њоме се мора управљати:
- Измерите вискозитет након дефинисаног времена одмора или после дефинисаног пред-смицања, тако да су очитавања упоредива у различитим серијама.
- Поново циркулишите или поново промешајте суспензију пре наношења премаза ако је стајала дуже од валидираног прозора-обично 30–60 минута за НМП системе, мање за неке водене системе.
- Муљ који никада не поврати своју структуру ће се слегнути. Седиментација је начин неуспеха суспензије која је сувише ретка или недовољно тиксотропна.
Тиксотропна петља-подручје хистерезе између подизања и спуштања рампе смицања{1}}квантифицира брзину опоравка. Велика петља значи спор опоравак; мала петља значи брз опоравак. Муљ који се брзо опоравља добро држи чврсте материје, али се можда неће савршено изравнати; каша која се споро опоравља добро равна, али постоји опасност од таложења. Област петље је параметар подешавања, а не само посматрање.
Температура и чврсти садржај: два покретача дрифта
Две варијабле доминирају вискозним помаком више од било које друге, и оне су спрегнуте.
Вискозитет опада како температура расте, отприлике експоненцијално за већину система за везивање растварача. Промена од 10 степени може променити вискозитет за 20-40%. Линије за премазивање без контроле температуре суспензије виде систематски помак између јутарњих и поподневних смена.
Садржај чврстих материја има још јачи ефекат јер вискозитет стрмо скалира са оптерећењем чврстих материја близу прага перколације. Промена у садржају чврсте супстанце од 1% може да промени вискозитет за 30-50% у концентрованим суспензијама. Због тога се тестер чврстог садржаја налази поред вискозиметра на клупи за контролу квалитета. Вискозност вам говори да се нешто променило; чврст садржај говори шта се променило. Тањи раствор који је ређи од уобичајеног са нижим садржајем чврсте супстанце указује на грешку у мешању. Тања суспензија са циљаним чврстим садржајем указује на температуру или проблем са структуром везива. Мерење оба раздваја основне узроке-због чега КЦ клупа упарује вискозиметар салабораторијски тестер чврстог садржајаза чврсту талог батерије-верификацију учитавања на првом узорку сваке смене.
Инжењерски увид:
Очитавање вискозитета у једној тачки узето 10 минута након мешања и друго мерено 2 сата касније не мери исту течност. Објавите протокол мерења: фиксно вретено, фиксна брзина, фиксна температура, фиксно време одмора пре очитавања. Без тог протокола, поређења између серије су бесмислена, а дефекти премаза се не могу пратити до суспензије. Процесни тим ТОБ Нев Енерги одржава СОП за мерење вискозитета који се може преузети за сваку фамилију суспензије -затражите га са вашим везивом и спецификацијом активног материјала.
Често постављана питања: Реологија муљног раствора у производњи
Зашто се каша батерије згушњава након стајања?
Да-ово је тиксотропија. Мрежа за везивање честица разбијена мешањем се поново формира у року од неколико минута до сати, повећавајући вискозитет ниског смицања. Пре наношења премаза поново промешати или поново циркулисати суспензију која је стајала иза потврђеног прозора.
Коју вискозност треба да има НМЦ катодна суспензија?
Типично 4.000–8.000 мПа·с при малом смицању (0,1–1 с⁻¹), опадајући на 300–800 мПа·с при брзини смицања од 100–1.000 с⁻¹ за пресвлаку с прорезима. Тачан прозор зависи од оптерећења чврстих материја, везива и геометрије калупа.
Зашто је стањивање смицањем неопходно за брзо премазивање?
Без тога, суспензија која држи чврсте материје у мировању била би сувише густа да прође кроз матрицу, а суспензија која је довољно ретка да тече би се таложила. Разређивање при смицању омогућава једној течности да ради обоје: вискозна у мировању, течност под смицањем.
Која је разлика између стањивања смицањем и тиксотропије?
Разређивање смицањем је тренутно{0}}вискозитет одмах реагује на брзину смицања. Тиксотропија је временски зависна-вискозност која се постепено опоравља након престанка смицања. Суспензија се може разређивати при смицању, а да није јако тиксотропна, али све батерије показују и једно и друго.
Колико често треба проверавати вискозитет суспензије на производној линији?
Најмање једном по шаржи пре наношења премаза, и поново ако се линија заустави дуже од 30 минута. Линије са познатим температурним помаком проверавају сваки сат. Мерење траје два минута; одбијени колут за премазивање кошта много више.
Спремни да контролишете контролу квалитета гнојива?
Дефекти премаза се прате на основу вискозног дрифта материјала отпадне електроде, времена линије и капацитета. ТОБ Нев Енерги, као произвођач „кључ у руке“ са директним извором, испоручује комплетну станицу за карактеризацију суспензије-вискозиметар са екраном на додир, тестер чврстог садржаја и СОП за мерење вискозитета-у складу са вашим везивом и хемијом. Контактирајте инжењерски тим са формулацијом суспензије и брзином линије премаза да бисте добили препоруку опреме за контролу квалитета и директну фабричку понуду.
Поред ова два инструмента, иста фабрика извора испоручује комплетан пакет уграђеног и стоног КЦ хардвера-од мерења вискозитета и чврстих материја до дебљине електрода и мерења површинске тежине-прекокомплетна опрема за испитивање материјала батеријаопсег за контролу квалитета суспензије и електрода.
Техничка референца коју је саставила група за процесно инжењерство ТОБ Нев Енерги од пуштања у рад линије за премазивање и карактеризације суспензије у више хемијских ћелија. За развој границе контроле вискозитета на вашој специфичној формулацији, повежите се са др. Дани Хуангом на ЛинкедИн-у или пошаљите узорак суспензије у лабораторију за примену у Сјамену.
