Postopek nanosa in napake litijevih baterij

Postopek nanosa in napake litijevih baterij

01

Vpliv postopka nanašanja prevleke na delovanje litijevih baterij

Polarni premaz se na splošno nanaša na postopek enakomernega premazovanja mešane gošče na zbiralnik toka in sušenje organskih topil v gošči. Učinek prevleke pomembno vpliva na kapaciteto baterije, notranjo upornost, življenjsko dobo cikla in varnost, kar zagotavlja enakomerno prevleko elektrode. Izbira metod premazovanja in kontrolni parametri pomembno vplivajo na delovanje litij-ionskih baterij, kar se kaže predvsem v:

1) Nadzor temperature sušenja za premaz: Če je temperatura sušenja med nanašanjem prenizka, ne more zagotoviti popolnega sušenja elektrode. Če je temperatura previsoka, je to lahko posledica hitrega izhlapevanja organskih topil znotraj elektrode, kar povzroči razpoke, luščenje in druge pojave na površinskem premazu elektrode;

2) Površinska gostota prevleke: Če je površinska gostota prevleke premajhna, zmogljivost baterije morda ne bo dosegla nazivne zmogljivosti. Če je površinska gostota prevleke previsoka, lahko povzročimo izgubo sestavin. V hudih primerih, če je kapaciteta pozitivne elektrode prevelika, se zaradi izločanja litija oblikujejo litijevi dendriti, ki predrejo ločilo baterije in povzročijo kratek stik, kar predstavlja varnostno nevarnost;

3) Velikost prevleke: Če je velikost prevleke premajhna ali prevelika, lahko povzroči, da pozitivna elektroda v bateriji ni popolnoma prekrita z negativno elektrodo. Med postopkom polnjenja se litijevi ioni vgradijo iz pozitivne elektrode in se premaknejo v elektrolit, ki ni popolnoma prekrit z negativno elektrodo. Dejanske zmogljivosti pozitivne elektrode ni mogoče učinkovito izkoristiti. V hujših primerih lahko v bateriji nastanejo litijevi dendriti, ki zlahka predrejo separator in povzročijo poškodbe notranjega tokokroga;

4) Debelina prevleke: Če je debelina prevleke pretanka ali predebela, bo to vplivalo na poznejši postopek valjanja elektrod in ne more zagotoviti doslednosti delovanja elektrod baterije.

Poleg tega je prevleka elektrod zelo pomembna za varnost baterij. Pred premazovanjem je treba opraviti delo 5S, da zagotovite, da se med postopkom premazovanja v elektrodo ne primešajo delci, ostanki, prah itd. Če se pomešajo kakršni koli ostanki, bo to povzročilo mikro kratek stik znotraj baterije, kar lahko v hujših primerih povzroči požar in eksplozijo.

02

Izbira opreme za nanašanje premazov in postopek nanašanja premazov

Splošni postopek nanašanja prevleke vključuje: odvijanje → spajanje → vlečenje → nadzor napetosti → premaz → sušenje → korekcija → kontrola napetosti → korekcija → navijanje in druge postopke. Postopek nanašanja premaza je kompleksen in na učinek premazovanja vpliva tudi veliko dejavnikov, kot so natančnost izdelave opreme za nanašanje premaza, gladkost delovanja opreme, nadzor dinamične napetosti med postopkom nanašanja premaza, velikost pretoka zraka med proces sušenja in krivulja nadzora temperature. Zato je izbira ustreznega premaznega postopka izjemno pomembna.

Pri splošni izbiri metode premazovanja je treba upoštevati naslednje vidike, vključno s: številom slojev, ki jih je treba premazati, debelino mokrega premaza, reološkimi lastnostmi tekočine za premazovanje, zahtevano natančnostjo premazovanja, nosilcem ali substratom premaza in hitrost nanašanja premaza.

Poleg zgornjih dejavnikov je treba upoštevati tudi specifično situacijo in značilnosti prevleke elektrode. Značilnosti prevleke elektrode litij-ionske baterije so: ① dvostranski enoslojni premaz; ② Mokra prevleka gošče je razmeroma debela (100-300 μ m) ③ Gošča je ne-Newtonova tekočina z visoko viskoznostjo; ④ Zahteva po natančnosti za premaz s polarnim filmom je visoka, podobno kot pri premazu s filmom; ⑤ Prevleka nosilnega telesa z debelino 10-20 μ aluminijaste folije in bakrene folije m; ⑥ V primerjavi s hitrostjo filmskega premaza hitrost polarnega filmskega premaza ni visoka. Ob upoštevanju zgornjih dejavnikov splošna laboratorijska oprema pogosto uporablja strgalo, potrošniške litij-ionske baterije pogosto uporabljajo valjčno prevleko, električne baterije pa pogosto uporabljajo metodo ekstrudiranja z ozkimi režami.

Prevleka s strgalom: Načelo delovanja je prikazano na sliki 1. Substrat iz folije gre skozi premazni valj in se neposredno dotakne rezervoarja za gnojevko. Odvečno brozgo nanesemo na podlago iz folije. Ko substrat prehaja med premazni valj in strgalo, reža med strgalom in substratom določa debelino premaza. Istočasno se odvečna gošča postrga in zavrže, tako da na površini substrata nastane enakomeren premaz. Glavne vrste strgal so strgala z vejico. Strgalo z vejico je eden ključnih sestavnih delov glave za nanašanje premazov. Običajno se obdeluje vzdolž generatrise na površini krožnega valja, da se oblikuje rezilo, podobno vejici. Ta vrsta strgala ima visoko trdnost in trdoto, z njim je enostavno nadzorovati količino in natančnost nanosa ter je primeren za visoko vsebnost trdnih snovi in ​​visoko viskoznost brozge.

Vrsta prenosa premaza z valjčkom: Valjček za premazovanje se vrti, da poganja gnojevko, prilagaja količino prenosa gnojevke skozi režo med strgalom z vejico in uporablja vrtenje zadnjega valja in valjčka za premazovanje za prenos gnojevke na podlago. Postopek je prikazan na sliki 2. Prenosni premaz z valjčnim premazom vključuje dva osnovna procesa: (1) vrtenje premaznega valja poganja gnojevko, da gre skozi režo med merilnima valjema in tvori določeno debelino sloja gnojevke; (2) Določena debelina sloja gnojevke se prenese na folijo z vrtenjem premaznega valja in zadnjega valja v nasprotni smeri, da se oblikuje premaz.

Prevleka z ekstruzijo z ozkimi režami: kot tehnologija natančnega mokrega premazovanja, kot je prikazano na sliki 3, je načelo delovanja, da se tekočina za premazovanje ekstrudira in razprši vzdolž rež kalupa za premaz pod določenim pritiskom in hitrostjo pretoka ter prenese na substrat. . V primerjavi z drugimi metodami premazovanja ima veliko prednosti, kot so hitra hitrost premazovanja, visoka natančnost in enakomerna mokra debelina; Sistem premazovanja je zaprt, kar lahko prepreči vdor onesnaževal med postopkom premazovanja. Stopnja izkoristka gnojevke je visoka, lastnosti gnojevke pa stabilne. Lahko se nanese v več plasteh hkrati. Prilagodi se lahko različnim razponom viskoznosti gošče in vsebnosti trdnih snovi ter ima večjo prilagodljivost v primerjavi s tehnologijo prenosnega premaza.

03

Napake prevleke in vplivni dejavniki

Zmanjšanje napak na premazu, izboljšanje kakovosti premaza in izkoristka ter zmanjšanje stroškov med postopkom premazovanja so pomembni vidiki, ki jih je treba preučiti v postopku premazovanja. Pogosti problemi, ki se pojavljajo pri postopku premazovanja, so debela glava in tanek rep, debeli robovi na obeh straneh, temne lise, hrapava površina, izpostavljena folija in druge napake. Debelino glave in repa je mogoče prilagoditi s časom odpiranja in zapiranja ventila za prevleko ali prekinitvenega ventila. Težavo debelih robov je mogoče izboljšati s prilagoditvijo lastnosti brozge, vrzeli prevleke, hitrosti pretoka brozge itd. Površinsko hrapavost, neravnine in proge je mogoče izboljšati s stabilizacijo folije, zmanjšanjem hitrosti, prilagajanjem kota zraka nož itd.

Substrat - Gnojnica

Razmerje med osnovnimi fizikalnimi lastnostmi gnojevke in premaza: V dejanskem procesu ima viskoznost gnojevke določen vpliv na učinek premaza. Viskoznost pripravljene brozge se spreminja glede na surovine elektrode, razmerje brozge in vrsto izbranega veziva. Ko je viskoznost gošče previsoka, premaza pogosto ni mogoče izvajati neprekinjeno in stabilno, kar vpliva tudi na učinek premaza.

Na enakomernost, stabilnost, robne in površinske učinke premazne raztopine vplivajo reološke lastnosti premazne raztopine, ki neposredno določajo kakovost premaza. Teoretično analizo, eksperimentalne tehnike nanosa, tehnike končnih elementov dinamike tekočin in druge raziskovalne metode je mogoče uporabiti za preučevanje okna nanosa, ki je območje delovanja postopka za stabilno prevleko in pridobivanje enakomerne prevleke.

Substrat - Bakrena folija in aluminijasta folija

Površinska napetost: Površinska napetost bakrene aluminijaste folije mora biti višja od površinske napetosti premazane raztopine, sicer bo raztopino težko ravno razporediti po substratu, kar bo povzročilo slabo kakovost premaza. Eno od načel, ki mu je treba slediti, je, da mora biti površinska napetost raztopine, ki jo je treba premazati, 5 dynov/cm nižja od napetosti podlage, čeprav je to le groba ocena. Površinsko napetost raztopine in substrata je mogoče prilagoditi s prilagoditvijo formule ali površinske obdelave substrata. Merjenje površinske napetosti med obema je treba obravnavati tudi kot preskusno postavko za nadzor kakovosti.

Enakomerna debelina: Pri postopku, podobnem nanosu s strgalom, lahko neenakomerna debelina prečne površine substrata povzroči neenakomerno debelino nanosa. Ker je v procesu premazovanja debelina premaza nadzorovana z režo med strgalom in podlago. Če je horizontalno manjša debelina podlage, bo skozi to območje prešlo več raztopine, debelina nanosa pa bo tudi debelejša in obratno. Če je nihanje debeline substrata razvidno iz merilnika debeline, bo tudi končno nihanje debeline filma pokazalo enako odstopanje. Poleg tega lahko stransko odstopanje debeline povzroči tudi napake v navitju. Da bi se izognili takšnim napakam, je pomembno nadzorovati debelino surovin

Statična elektrika: Na liniji za nanos nastane veliko statične elektrike na površini podlage, ko se nanese pri odvijanju in prehodu skozi valje. Ustvarjena statična elektrika lahko zlahka absorbira zrak in plast pepela na valju, kar povzroči napake na premazu. Med postopkom praznjenja lahko statična elektrika povzroči tudi elektrostatične napake na površini prevleke, kar je resneje, lahko celo povzroči požar. Če je vlaga pozimi nizka, bo težava s statično elektriko na liniji za nanašanje premaza bolj izrazita. Najučinkovitejši način za zmanjšanje takšnih napak je vzdrževanje čim višje vlažnosti v okolju, ozemljitev žice za prevleko in namestitev nekaterih antistatičnih naprav.

Čistoča: Nečistoče na površini podlage lahko povzročijo nekatere fizične napake, kot so izbokline, umazanija itd. Zato je treba v proizvodnem procesu podlage dobro nadzirati čistočo surovin. Online čistilni valji za membrane so razmeroma učinkovita metoda za odstranjevanje nečistoč s podlage. Čeprav vseh nečistoč na membrani ni mogoče odstraniti, lahko učinkovito izboljša kakovost surovin in zmanjša izgube.

04

Zemljevid napak polov litijeve baterije

【1】 Napake mehurčkov v prevleki negativne elektrode litij-ionskih baterij

Plošča negativne elektrode z mehurčki na levi sliki in 200-kratna povečava vrstičnega elektronskega mikroskopa na desni sliki. Med postopkom mešanja, transporta in premazovanja se prah ali dolgi kosmiči in drugi tujki primešajo v premazno raztopino ali padejo na površino mokrega premaza. Na površinsko napetost prevleke na tej točki vplivajo zunanje sile, ki povzročajo spremembe medmolekularnih sil, kar ima za posledico blag prenos gošče. Po sušenju nastanejo okrogle sledi s tanko sredino.

【2】 Luknjica

Ena je nastajanje mehurčkov (postopek mešanja, postopek transporta, postopek premazovanja); Luknjičasto napako, ki jo povzročijo mehurčki, je razmeroma enostavno razumeti. Mehurčki v mokrem filmu migrirajo iz notranje plasti na površino filma in na površini počijo, da nastane luknjičasta napaka. Mehurčki v glavnem izvirajo iz slabe fluidnosti, slabega izravnavanja in slabega sproščanja mehurčkov med mešanjem, transportom tekočine in procesi nanašanja premazov.

【3】 Praske

Možni vzroki: Tujki ali veliki delci, ki so se zagozdili v ozki reži ali prevlečni reži, slaba kakovost substrata, zaradi česar tujki blokirajo prevlečno režo med premaznim valjem in zadnjim valjem ter poškodba roba kalupa.

【4】 Debel rob

Razlog za nastanek debelih robov je površinska napetost gošče, ki povzroči, da se gošča migrira proti neobloženemu robu elektrode in po sušenju tvori debele robove.

【5】 Zbrani delci na površini negativne elektrode

Formula: sferični grafit+SUPER C65+CMC+destilirana voda

Makromorfologija polarizatorjev z dvema različnima procesoma mešanja: gladka površina (levo) in prisotnost velikega števila majhnih delcev na površini (desno)

Formula: sferični grafit+SUPER C65+CMC/SBR+destilirana voda

Povečana morfologija majhnih delcev na površini elektrode (a in b): Agregati prevodnih snovi, ki niso popolnoma razpršeni.

Povečana morfologija polarizatorjev z gladko površino: Prevodno sredstvo je popolnoma razpršeno in enakomerno porazdeljeno.

【6】 Aglomerirani delci na površini pozitivne elektrode

Formula: NCA+acetilen črna+PVDF+NMP

Med postopkom mešanja je vlažnost okolja previsoka, zaradi česar postane kaša podobna želeju, prevodno sredstvo ni popolnoma razpršeno in po valjanju je na površini polarizatorja veliko delcev.

【7】 Razpoke v polarnih ploščah vodnega sistema

Formula: NMC532/saje/vezivo=90/5/5 mas.%, voda/izopropanol (IPA) topilo

Optične fotografije površinskih razpok na polarizatorjih z gostoto prevleke (a) 15 mg/cm2, (b) 17,5 mg/cm2, (c) 20 mg/cm2 in (d) 25 mg/cm2. Debeli polarizatorji so bolj nagnjeni k razpokam.

【8】 Krčenje na površini polarizatorja

Formula: kosmiči grafit+SP+CMC/SBR+destilirana voda

Prisotnost delcev onesnaževal na površini folije povzroči območje nizke površinske napetosti mokrega filma na površini delcev. Tekoči film se oddaja in migrira proti obrobju delcev, pri čemer nastanejo napake v obliki točk krčenja.

【9】 Praske na površini elektrode

Formula: NMC532+SP+PVdF+NMP

Prevleka za iztiskanje ozkih šivov z velikimi delci na rezalnem robu, ki povzročajo puščanje folije in praske na površini elektrode.

【10】 Premaz navpičnih črt

Formula: NCA+SP+PVdF+NMP

V poznejši fazi prenosnega premaza se viskoznost absorpcije vode gnojevke poveča, približuje se zgornji meji okna za premazovanje med premazovanjem, kar povzroči slabo izravnavo brozge in nastanek navpičnih prog.

【11】 Razpoke zaradi stiskanja valjev na območju, kjer polarni film ni popolnoma posušen

Formula: kosmiči grafit+SP+CMC/SBR+destilirana voda

Med premazovanjem srednji del polarizatorja ni popolnoma suh, med valjanjem pa premaz migrira in tvori trakaste razpoke.

【12】 Robne gube zaradi stiskanja polarnega valja

Pojav debelih robov, ki nastanejo zaradi premazovanja, stiskanja z valji in gubanja robov premaza

【13】 Prevleka za rezanje negativne elektrode je odstranjena od folije

Formula: naravni grafit+acetilenska črna+CMC/SBR+destilirana voda, razmerje učinkovin 96%

Ko je polarni disk prerezan, se premaz in folija ločita.

【14】 Robovi za rezanje robov

Med rezanjem plošče s pozitivno elektrodo nestabilna kontrola napetosti povzroči nastanek robov folije med sekundarnim rezanjem.

【15】 Polarni rezinski valoviti rob

Med rezanjem diska negativne elektrode zaradi neustreznega prekrivanja in pritiska rezil nastanejo valoviti robovi in ​​odstop prevleke reza.

【16】 Druge pogoste napake na prevleki vključujejo infiltracijo zraka, bočne valove, povešanje, potok, raztezanje, poškodbe zaradi vode itd.

Napake se lahko pojavijo v kateri koli fazi obdelave: priprava premaza, proizvodnja substrata, delovanje substrata, območje nanosa, območje sušenja, rezanje, rezanje, postopek valjanja itd. Kakšna je splošna logična metoda za reševanje napak?

1. Med postopkom od pilotne proizvodnje do proizvodnje je treba optimizirati formulo izdelka, postopek premazovanja in sušenja ter najti razmeroma dobro ali široko procesno okno.

2. Uporabite nekatere metode nadzora kakovosti in statistična orodja (SPC) za nadzor kakovosti izdelkov. S spremljanjem in nadzorom stabilne debeline nanosa na spletu ali z uporabo sistema za vizualno pregledovanje videza (Visual System) za preverjanje napak na površini nanosa.

3. Ko pride do napak na izdelku, pravočasno prilagodite postopek, da preprečite ponavljajoče se napake.

05

Enakomernost premaza

Tako imenovana enakomernost premaza se nanaša na doslednost porazdelitve debeline premaza ali količine lepila znotraj površine premaza. Boljša ko je doslednost debeline nanosa ali količine lepila, boljša je enakomernost nanosa in obratno. Ne obstaja enoten merilni indeks za enakomernost nanosa, ki bi ga lahko izmerili z odstopanjem ali odstotkom odstopanja debeline nanosa ali količine lepila na vsaki točki na določenem območju glede na povprečno debelino nanosa ali količine lepila na tem območju ali z razlika med največjo in najmanjšo debelino nanosa ali količino lepila na določenem območju. Debelina nanosa je običajno izražena v µm.

Enakomernost premaza se uporablja za oceno splošnega stanja premaza na območju. Toda pri dejanski proizvodnji običajno bolj skrbimo za enakomernost v vodoravni in navpični smeri podlage. Tako imenovana vodoravna enakomernost se nanaša na enakomernost smeri širine premaza (ali vodoravne smeri stroja). Tako imenovana vzdolžna enakomernost se nanaša na enakomernost v smeri dolžine nanosa (ali smeri potovanja substrata).

Obstajajo pomembne razlike v velikosti, vplivnih dejavnikih in metodah nadzora horizontalnih in vertikalnih napak pri nanašanju lepila. Na splošno velja, da večja kot je širina podlage (ali prevleke), težje je nadzorovati stransko enakomernost. Glede na dolgoletne praktične izkušnje pri nanašanju premazov na spletu, ko je širina substrata pod 800 mm, je običajno enostavno zagotovljena stranska enakomernost; Ko je širina podlage med 1300-1800 mm, je stransko enakomernost pogosto mogoče dobro nadzorovati, vendar obstaja določena težava in potrebna je precejšnja raven strokovnosti; Ko je širina substrata nad 2000 mm, je nadzorovanje stranske enakomernosti zelo težko in le nekaj proizvajalcev lahko to dobro obvlada. Ko se proizvodna serija (tj. dolžina prevleke) poveča, lahko postane vzdolžna enakomernost večja težava ali izziv kot prečna enakomernost.