Recherche sur l'application de la résistivité des poudres et de la densité de compactage dans le contrôle qualité

Les performances électrochimiques des batteries lithium-ion sont étroitement liées aux performances des matériaux en poudre des électrodes positives et négatives. Parmi eux, l'existence de problèmes tels que la teneur en impuretés métalliques étrangères dans les matériaux d'électrode positive, une humidité excessive et une mauvaise consistance des lots peut entraîner la défaillance des batteries lithium-ion ou même causer des problèmes de sécurité. Pour les fabricants de batteries, l'inspection à la réception est un maillon clé du processus de fabrication des batteries. Lors de l'inspection entrante, plus la différence entre les lots de matériaux en poudre d'électrode positive est petite, meilleure est la consistance et plus la batterie finie est stable. Dans le contrôle de la stabilité des lots des matériaux d'électrode positive, la taille des particules, la densité de tassement, la densité compactée, la surface spécifique, l'humidité, la valeur du pH, la résistivité, etc. font l'objet d'un suivi strict en tant qu'indicateurs de suivi standard. Dans ce document,IEST PRCD 3100est utilisé pour tester la stabilité à long terme de la résistivité de la poudre et de la densité compactée et fournit une méthode de surveillance de la constance des performances des matériaux en poudre.

1. Indicateurs et méthodes de suivi

1.1 Différents lots du même matériau NCM sont emballés séparément et un emballage est déballé chaque jour pour 3 séries de tests répétitifs, avec un total de 30 jours de test.

1.2 Utilisez le PRCD3100 (IEST) pour tester respectivement la résistivité et la densité de compactage du matériau. L'équipement d'essai est illustré à la figure 2.

Paramètres d'essai: plage de pression 12-20MPa, intervalle 2MPa, maintenir la pression 10s ; 80-180MPa, intervalle 50MPa, maintenir la pression 10s.

Figure 2. (a) Apparence du PRCD3100 ; (b) Structure du PRCD3100

2. Résultats des tests

2.1 Précautions avant le test

De nombreux facteurs affectent le test de résistivité et de stabilité de la densité compactée, notamment l'homme, la machine, le matériau, la méthode, l'environnement, etc., la maîtrise des méthodes de fonctionnement du personnel, le contrôle des détails clés, la stabilité de l'équipement de test et les échantillons à tester. L'état, la rationalité de la sélection du principe de test et la stabilité de l'environnement de test sont tous des facteurs clés dans le test de stabilité de la résistivité et de la densité compactée. Afin d'assurer la fiabilité des données de test globales, les modules clés de l'équipement doivent être systématiquement testés et calibrés avant le test expérimental, qui comprend principalement l'étalonnage du module de pression, du module d'épaisseur et du module de résistance pour assurer la précision de le test global de l'équipement. 

Le test réel est effectué dans un environnement à température contrôlée de 25°C ± 2°C ; la sélection de l'échantillon garantit que l'état de l'échantillon est cohérent et qu'il n'y a pas d'agglomération ou d'agglomération anormale. Différents lots sont emballés séparément, avec un total de 30 emballages, pour minimiser le changement d'échantillons au fil du temps Affecté par l'environnement, si l'absorption d'humidité se produit, le processus de test réel déballe un emballage par jour et répète 3 séries de tests répétitifs. Étant donné que le PRCD3100 est un appareil à double fonction pour la résistivité et la densité de compactage, les deux paramètres sont issus du même ensemble de paramètres. Une fois le test terminé, récapitulez et analysez systématiquement les données sur 30 jours, y compris la moyenne récapitulative, le coefficient de variation, la plage,

2.2 Resistivity Test Results

Resistivity is a physical quantity that characterizes the resistance characteristics of materials. The determination of resistivity of lithium-ion battery powder can be used for material modification evaluation, process condition evaluation and quality monitoring. With the development of lithium-ion battery industry, the variety of materials is more diversified , the production process is more complicated, and the risk of material failure is greater, so the requirements for its quality management are also higher. This experiment is based on the long-term stability monitoring of the resistivity of powder materials, and explores the use of powder resistivity detection in Applications in quality control.

Table 1. Summary table of 30-day resistivity test data analysis

Comme le montre le tableau 1, le tableau récapitulatif de l'analyse des données de test de résistivité sur 30 jours des échantillons de NCM est présenté. D'après les données de test, on peut voir que la résistivité de l'échantillon de poudre diminue avec l'augmentation de la pression, et les résultats d'analyse de son coefficient de variation COV montrent que la basse pression Le COV des données de test de 30 jours est de 4,13 % à une forte pression de 12MPa, et 2,28% à une haute pression de 180MPa. La répétabilité globale du test est à un bon niveau, mais strictement comparée, la répétabilité COV à basse pression est trop grande, principalement parce que dans le processus de mesure de résistivité réel, le remplissage de poudre n'est pas étanche dans des conditions de basse pression, le taux de vide entre la poudre les particules sont grandes et la cohérence du test de répétabilité est relativement faible. 

Au fur et à mesure que la pression augmente, les particules de poudre glissent et se réarrangent pour se former. Dans un état d'empilement serré, le taux de vide entre les particules est réduit et la cohérence du test de répétabilité s'améliore. Dans le même temps, une pression élevée peut réduire une partie de la résistance de contact pendant le processus de test, améliorant ainsi la répétabilité et la cohérence du test global. Il s'agit également du test proprement dit. L'une des raisons pour lesquelles il est recommandé d'utiliser des conditions de haute pression pour les tests.

Figure 3. Résumé des fluctuations globales des données de test de résistivité sur 30 jours sous des pressions de 12 MPa et 180 MPa

Sigma est une unité de mesure de l'écart type, représentée par la lettre grecque (σ). Dans le contrôle de la qualité des matériaux entrants dans les batteries lithium-ion, Sigma est un indicateur clé. Habituellement, la spécification standard est de 2 à 3σ de la valeur moyenne de la surveillance des données à long terme. La figure 3 est un tableau récapitulatif de la fluctuation globale des données du test de résistivité sur 30 jours sous une pression de 12 MPa et 180 MPa. En combinant les données d'analyse du tableau 1, on peut clairement voir que les données sur 30 jours du matériau correspondent toutes à la plage de moyenne ± 3σ. Dans la surveillance de la qualité réelle, la résistivité peut être utilisée comme indicateur clé. Combiné à la situation réelle des tests de résistivité de différents lots d'échantillons au stade précoce, analysez systématiquement les fluctuations du coefficient de variation, de la valeur moyenne et du sigma, etc.,

2.3 Résultats des tests de densité de compactage

Avec le développement des batteries lithium-ion, afin de poursuivre le développement de batteries lithium-ion plus performantes, de plus en plus d'entreprises ont commencé la recherche et le développement et la production de matériaux à haute capacité, haute tension et haute densité pour répondre aux besoins d'un plus grand nombre de consommateurs. L'évaluation de la densité de compactage dans l'industrie reste principalement à l'extrémité de l'électrode. Des expériences ont prouvé que la densité de compactage est étroitement liée à la capacité spécifique, à l'efficacité, à la résistance interne et aux performances du cycle de la batterie. 

Dans une certaine mesure, plus la densité de compactage est élevée, plus la capacité spécifique de la batterie est élevée. Par conséquent, l'évaluation efficace de la densité de compactage est très importante pour l'optimisation et l'amélioration de la batterie. Par rapport à l'évaluation de la densité de compactage à l'extrémité de l'électrode, l'évaluation rapide de la densité à partir de l'extrémité du matériau en poudre peut également être utilisée comme moyen efficace d'évaluation et de criblage du matériau. Dans le même temps, l'aspect contrôle de la qualité est également très important.

Tableau 2. Tableau récapitulatif de l'analyse des données du test de densité de compactage sur 30 jours

Par exemple, le tableau 2 est le tableau récapitulatif global des données de densité de compactage sur 30 jours des échantillons de NCM. Du point de vue des données, la densité de compactage augmente avec l'augmentation de la pression, et le COV de répétabilité des données globales est inférieur à 0,5 %, et le test de répétabilité est extrêmement élevé. La différence est inférieure à 0,06 g/cm³, et la stabilité globale du test et la répétabilité des données sont bonnes. En outre, nous avons analysé systématiquement la plage de ± 3σ de la densité compactée et combiné avec les données sur 30 jours pour effectuer un résumé systématique des fluctuations de densité compactée. Il satisfait la plage de spécifications de ± 3σ, mais par rapport à la fluctuation des données à 12 MPa, la fluctuation des données à 180 MPa est plus petite, 

De plus, la fluctuation globale de la densité de compactage est également étroitement liée au contrôle des points clés du test, tels que l'état de l'échantillon, la stabilité de l'équipement, la stabilité du moule de test et d'autres facteurs. Dans le processus de test réel, il est également nécessaire de contrôler raisonnablement ces facteurs clés pour minimiser les facteurs d'influence sont minimisés. Dans la surveillance de la qualité réelle, similaire à l'application de la résistivité, un grand nombre de paramètres liés à la densité de compactage peuvent être collectés pour différentes exigences de test d'échantillon et scénarios de test au stade précoce de la recherche et du développement,

Figure 4. Résumé de la fluctuation globale des données du test de densité compactée sur 30 jours sous des pressions de 12 MPa et 180 MPa

3. Résumé

Ce papier utilisePRCD3100pour tester la résistivité et la densité de compactage d'un même matériau pendant 30 jours. Grâce à une analyse systématique des données, il montre le scénario d'application dans le sens de la surveillance de la qualité, fournissant une méthode pour la surveillance de la stabilité des lots d'échantillons et pour les matériaux de batterie au lithium. Production stable et prise en charge de l'optimisation des nouveaux processus.

4. Références

[1] Liang Huamei, Zeng Yong, Huang Shijian, et al. Recherche sur les conditions de test de densité de compactage pour les matériaux de cathode de batterie au lithium [J]. Industrie chimique du Guangdong, 2021, 48(19):3.

[2] Zhu Jie, He Jingyuan, Wang Jing. Facteurs affectant les résultats de mesure de la résistivité de la poudre[J]. Technologie du carbone, 2002(3):3.

[3] Li Xia. Analyse des facteurs d'influence des résultats de mesure de la résistivité de la poudre de coke bleu [J]. Industrie chinoise du sel, 2020(9) : 4.

[4] Jia Hongying. Gestion de la qualité des matériaux de cathode de batterie lithium-ion [J]. Science and Technology Innovation Herald, 2017, 14(17): 2.