בייצור סוללת ליתיום-יון, הכנת תבלין היא התהליך הראשון. ההתאמה של התרחיץ לאחר ערבוב משפיעה ישירות על הציפוי הבא וביצועי הסוללה הסופיים, ומהווה אינדיקטור מכריע לעלות הסוללה. לפיכך, הכנת תמיסות ממלאת תפקיד מרכזי בייצור סוללות ליתיום-. מחקרים מראים כי התפלגות החלקיקים המיקרוסקופיים האידיאלית של אלקטרודת סוללת ליתיום- מאופיינת בפיזור אחיד של חומרים פעילים ללא הצטברות, ופיזור-שכבה דקה של חלקיקי חומר מוליכים היוצרים רשת מוליכה. סוללות ליתיום- העשויות מאלקטרודות בעלות חלוקת חלקיקים אחידה מציגות ביצועים אלקטרוכימיים מעולים ותוחלת חיים ארוכה. לכן, יכולת הזרימה, היציבות והאחידות של סוללות ליתיום- נבדקות ומאופיינות בדרך כלל כדי להעריך את התאמתן לתהליכי ציפוי עוקבים ואת תרומתם לביצועי החומרים הפעילים של הסוללה.
בייצור סוללת ליתיום-יון, הכנת תבלין היא התהליך הראשון. ההתאמה של התרחיץ לאחר ערבוב משפיעה ישירות על הציפוי הבא וביצועי הסוללה הסופיים, ומהווה אינדיקטור מכריע לעלות הסוללה. לפיכך, הכנת תמיסות ממלאת תפקיד מרכזי בייצור סוללות ליתיום-. מחקרים הראו כי התפלגות המיקרו-חלקיקים האידיאלית של אלקטרודות סוללת ליתיום- מאופיינת בפיזור אחיד של חומרים פעילים ללא הצטברות, ופיזור-שכבה דקה של חלקיקי חומר מוליכים היוצרים רשת מוליכה. סוללות ליתיום- העשויות מאלקטרודות בעלות חלוקת חלקיקים אחידה מציגות ביצועים אלקטרוכימיים מעולים ותוחלת חיים ארוכה. לכן, יכולת הזרימה, היציבות והאחידות של סוללות -יון ליתיום נבדקות ומאופיינות בדרך כלל כדי להעריך את התאמתן לתהליכי ציפוי עוקבים ואת היעילות שלהן בשיפור הביצועים של החומרים הפעילים של הסוללה.
תתיחת אלקטרודות הן נוזלים לא-ניוטוניים, וישנם שני סוגים: תמיסת אלקטרודות חיובית ותלת אלקטרודות שליליות, המסווגות למערכות מבוססות נפט-ולמערכות מבוססות-מים. התמיסה המעורבלת צריכה להיות בעלת יכולת זרימה טובה, יציבות ואחידות. המצבים של slurries עם יכולת זרימה שונה מוצגים באיור. צמיגות נמוכה או גבוהה מדי, שקיעה, צבירה ופיזור לא אחיד עלולים להשפיע באופן משמעותי על תהליכי הציפוי הבאים, ולגרום לפגמים במראה המקרוסקופי של האלקטרודה ולחוסר עקביות במבנה המיקרו שלה. בשונה מהדרישות לתרחיץ בתעשיות המסורתיות לייצור נייר וציפוי, האחידות והיציבות של תרחיץ סוללות ליתיום משפיעות בסופו של דבר על הביצועים החשמליים של הסוללה, מה שמוביל לסדרה של בעיות כגון ירידת מתח, חיי מחזור מופחתים ועקביות סוללה לקויה. לכן, יש חשיבות מכרעת לאפיון ובדיקה נכונים של התרחיץ לפני הציפוי כדי לקבוע את התאמתו לעיבוד.
1. צמיגות/מאפיינים ריאולוגיים
כאשר נוזל זורם, מתרחש חיכוך פנימי בין מולקולות; תכונה זו נקראת צמיגות, הנמדדת באופן מספרי.
צמיגות=מתח גזירה / קצב גזירה
2. עקומה ראוולוגית
הקשר הפונקציונלי בין קצב הגזירה למתח הגזירה נקרא עקומה ריאולוגית, המשמשת בדרך כלל לתיאור השונות של צמיגות הגזירה (נוזל) עם מאפייני גזירה. ניתן להשתמש בעקומות ריאולוגיות כדי להבחין בין סוגי נוזלים. עבור נוזלים ניוטונים, הקשר בין מתח הגזירה וקצב הגזירה על העקומה הריאולוגית הוא קו ישר העובר דרך המקור.
בייצור,מד ויסקומטר סיבובי דיגיטליוריאומטרים משמשים בדרך כלל למדידת צמיגות ועיקולים ריאולוגיים. מדי ויסקומטר פשוטים לתפעול, בעוד שמדי ריאומטרים יכולים למדוד טווח רחב יותר וצמיגות מקיפה יותר-עקומות קצב גזירה/מתח, ולספק תוצאות מדויקות יותר. תמיסות סוללות, כנוזלים לא-ניוטוניים, מציגות תכונות ריאולוגיות שונות, לרבות דילול גזירה, ויסקו אלסטיות ותיקסוטרופיה.
3. דילול גזירה
רוב אלקטרודות הליתיום-מפגינות מאפיינים של דילול גזירה. כפי שמוצג באיור, צמיגות הגזירה יורדת עם הגדלת קצב הגזירה. מאפיין זה בולט יותר בתרחיפים עם תכולת מוצקים גבוהה. בקצבי גזירה גבוהים יותר, כוחות גזירה חזקים משבשים את מבנה הרשת הנוצר בין חומרים, וגורמים לחלקיקים להתארגן מחדש למבנה מסודר יותר במקביל לשדה הגזירה, וכתוצאה מכך לירידה בצמיגות ולהגעה לרמה ניוטונית בקצבי גזירה גבוהים יותר.
מאפיין לא-ניוטוני זה הוא יתרון בתהליך הציפוי של הכנת אלקטרודות. לפני השימוש במכונת ציפוי אלקטרודות, הסילוף מועבר ממיכל ההעברה לתא הציפוי על ידי משאבת בורג. במהלך תהליך זה, התרחיץ נתון לכוח גזירה נמוך ונשאר במצב צמיגות גבוה כדי לשמור על יציבותו. כאשר השטיפה נפלטת באופן מיידי משפת ראש הציפוי, היא נתונה לקצב גזירה גבוה, ובשלב זה צמיגות הרחצה פוחתת, מה שמבטיח זרימה חלקה. לאחר העברת התרחיץ לאספן הזרם, קצב הגזירה יורד, והוא נשאר במצב צמיגות גבוה. זה יכול למנוע או להפחית שקיעת חלקיקים כאשר הרחצה נייחת או במהלך תהליך הייבוש, מה שמבטיח עובי ציפוי עקבי.
4. ויסקו אלסטיות
צמיגות היא גם תקן ייחוס חשוב להערכת תכונות הרחצה. זה מדגים את הקשר בין הצמיגות (נוזל) וגמישות (מוצק) של התרחיץ; במילים פשוטות, זה מאפיין אם התרחיץ הוא יותר כמו נוזל או מוצק. אם תמיסת סוללת הליתיום היא רק צמיגה וחסרה גמישות, תתרחש מיתוס חמור במהלך הציפוי, וכתוצאה מכך ביצועי ציפוי גרועים. לכן, סוללת הליתיום חייבת להיות בעלת מידה מסוימת של גמישות בנוסף לצמיגות, מה שמאפשר לחוטים השבורים להתאושש במהירות במהלך הציפוי ולהבטיח ציפוי אחיד. אם למסך יש גמישות גבוהה מאוד או שאין צמיגות כלל, זה מעיד על צבירה חמורה או על מבנה דמוי מוצק, מה שהופך את הציפוי לבלתי אפשרי.
צמיגות אלסטיות נמדדת בדרך כלל באמצעות ריאומטר. כוחות גזירה של רטט-קטנים, כגון סריקת משרעת וסריקת תדר, מופעלים כדי למדוד את צמיגות הגמישות של התרחיץ.
5. טיקסוטרופיה
קצב הגזירה גדל ברציפות מאפס לערך קבוע, ומתח הגזירה המתאים נרשם במהלך תהליך זה. לאחר מכן, קצב הגזירה מופחת בהדרגה לאפס, וערך מתח הגזירה המתאים נרשם. ניתן לשרטט עקומה סגורה של קצב גזירה לעומת מתח גזירה; עקומה זו נקראת טבעת נורמלית תיקסטרופית. ככל שהשטח של הטבעת הרגילה גדול יותר, כך הביצועים התיקסטרופיים גדולים יותר ולהיפך.
6. שינויים בצמיגות
צמיגות היא גורם מכריע בהערכת היציבות של סוללות ליתיום-יון. גם צמיגות גבוהה מדי וגם צמיגות נמוכה מזיקה לציפוי. תמיסות עם צמיגות- גבוהה נוטות פחות לשקוע ויש להן פיזור טוב יותר, אך צמיגות גבוהה מדי גורמת לפילוס גרוע, מה שמקשה על הציפוי ומפחית את מהירות הציפוי. הפחתת צמיגות מתאימה מסייעת בשיפור יעילות הציפוי. צמיגות נמוכה יותר מספקת יכולת זרימה טובה של תרחיץ ומסייעת בהסרת בועות אוויר, אך צמיגות נמוכה מדי מובילה לקשיי ייבוש, מפחיתה את מהירות הציפוי, מחמירה ציפוי לא אחיד, ועלולה לגרום לסדקים בציפוי ולהצטברות תפוחים.
במהלך הייצור, בייחוד לאחר עמידה של התרחיץ במשך תקופה, הצמיגות משתנה לעיתים קרובות, בעיקר בשלושה אופנים: צמיגות מוגברת, ירידה בצמיגות ומקרים מיוחדים.
(1) צמיגות מוגברת:לאחר עמידה ממושכת, הקולואיד משתנה ממצב סול למצב ג'ל, מה שגורם לעלייה בצמיגות התרחיץ. ערבוב איטי של התמיסה ישחזר את הצמיגות.
(2) הפחתת צמיגות:הצמיגות יורדת כאשר הקלסר סופג לחות ועובר שינויים איכותיים, שינויים מבניים במהלך ערבוב או השפלה. ערבוב ממושך, מהירות ערבוב מהירה מדי ופיזור לא אחיד של התמיסה במהלך ההומוגנית יכולים להוביל להפחתת צמיגות. הוספת מייצבי תפוחים, מפזרים או חומרים פעילי שטח יכולה לשפר את יציבות התרחיץ באמצעות העקרונות של דחיית מטען ומכשול סטרי. בנוסף, יש לייבש היטב את כל הרכיבים לפני ההומוגניות.
(3) מקרים מיוחדים:חומרים פעילים עלולים לספוג לחות במהלך האחסון או להיות בוחשים בסביבות לחות- גבוהה, מה שגורם ל-PVDF לספוג לחות ולייצר תמיסה "כמו-ג'לי". כאשר התמיסה מציגה עקביות -כמו ג'לי בולטת במיוחד, היא בלתי שמישה. במקרה זה, ניתן לייבש את התרחיץ הבעייתי, לאדות את הקלסר וה-NCM ולהפריד, לאחר מכן לנפות, לטחון ולערבב באופן פרופורציונלי לתוך תרחיץ רגיל. לאחר מכן ניתן להשתמש בו מבלי להשפיע על ביצועי הסוללה. לכן, שיטת המניעה היעילה ביותר היא לייבש היטב את החומר לפני ההומוגיזציה, למדוד את תכולת הלחות ולשלוט בקפדנות על הלחות במהלך ההומוגיזציה.
7. תוכן מוצק
אחוז החומרים המוצקים כגון חומרים פעילים, חומרים מוליכים וקשרים במסה הכוללת של התרחיץ נקרא תכולת המוצק של התרחיץ. בדרך כלל, תכולת המוצקים היא בטווח של 40% עד 70%. השיטה העיקרית לבדיקת תכולת מוצק היא שיטת הייבוש. שקלו תמיסה עם מסה של M, הניחו אותה בטמפרטורה מסוימת לייבוש הממס, ואז שקלו אותה שוב במסה של m. התוכן המוצק מחושב לאחר מכן כ-m=M/M. ניתן להשתמש במד לחות למדידה מהירה ומדויקת יחסית של תכולת המוצק של התרחיץ. מד הלחות משתמש בעיקרון של ירידה תרמית במשקל; הוא מחמם את המדגם באופן אחיד עם מנורת הלוגן כדי לאדות את הממס, ומחשב את תכולת המוצק לפי השינוי במסה לפני ואחרי החימום.
תחת אותו תהליך הומוגניזציה וניסוח, ככל שתכולת המוצק של התרחיץ גבוה יותר, כך צמיגותו גבוהה יותר. באופן דומה, ככל שתכולת המוצקים נמוכה יותר, כך הצמיגות נמוכה יותר. בתוך טווח מוגדר עבור תכולת מוצק, ערך גבוה יותר מצביע על יציבות גבוהה יותר של התמיסה. הגדלת תכולת המוצקים יכולה להפחית את השימוש בממסים, לקצר את זמן ערבוב התלושים ולשפר את יעילות הציפוי והייבוש. עם זאת, ככל שתכולת המוצק עולה, הצמיגות עולה, הנוזליות פוחתת, מה שמגביר את קושי הציפוי וגורם לבלאי חמור יותר של הציוד.
