Proses salutan dan kecacatan bateri litium

Proses salutan dan kecacatan bateri litium

01

Pengaruh proses salutan ke atas prestasi bateri litium

Salutan kutub secara amnya merujuk kepada proses menyalut sama rata buburan yang dikacau pada pengumpul arus dan mengeringkan pelarut organik dalam buburan. Kesan salutan mempunyai kesan ketara pada kapasiti bateri, rintangan dalaman, hayat kitaran dan keselamatan, memastikan salutan elektrod yang sekata. Pemilihan kaedah salutan dan parameter kawalan mempunyai kesan yang ketara terhadap prestasi bateri litium-ion, terutamanya ditunjukkan dalam:

1) Kawalan suhu pengeringan untuk salutan: Jika suhu pengeringan terlalu rendah semasa salutan, ia tidak dapat menjamin pengeringan lengkap elektrod. Jika suhu terlalu tinggi, ia mungkin disebabkan oleh penyejatan cepat pelarut organik di dalam elektrod, mengakibatkan keretakan, pengelupasan, dan fenomena lain pada salutan permukaan elektrod;

2) Ketumpatan permukaan salutan: Jika ketumpatan permukaan salutan terlalu kecil, kapasiti bateri mungkin tidak mencapai kapasiti nominal. Jika ketumpatan permukaan salutan terlalu tinggi, ia mudah menyebabkan pembaziran bahan. Dalam kes yang teruk, jika terdapat kapasiti elektrod positif yang berlebihan, dendrit litium akan terbentuk akibat pemendakan litium, menembusi pemisah bateri dan menyebabkan litar pintas, menimbulkan bahaya keselamatan;

3) Saiz salutan: Jika saiz salutan terlalu kecil atau terlalu besar, ia boleh menyebabkan elektrod positif di dalam bateri tidak dilindungi sepenuhnya oleh elektrod negatif. Semasa proses pengecasan, ion litium tertanam daripada elektrod positif dan bergerak ke dalam elektrolit yang tidak sepenuhnya dilindungi oleh elektrod negatif. Kapasiti sebenar elektrod positif tidak dapat digunakan dengan cekap. Dalam kes yang teruk, dendrit litium mungkin terbentuk di dalam bateri, yang boleh menusuk pemisah dengan mudah dan menyebabkan kerosakan litar dalaman;

4) Ketebalan salutan: Jika ketebalan salutan terlalu nipis atau terlalu tebal, ia akan menjejaskan proses penggulungan elektrod seterusnya dan tidak dapat menjamin konsistensi prestasi elektrod bateri.

Di samping itu, salutan elektrod adalah sangat penting untuk keselamatan bateri. Sebelum salutan, kerja 5S perlu dilakukan untuk memastikan tiada zarah, serpihan, habuk, dan lain-lain bercampur ke dalam elektrod semasa proses salutan. Jika mana-mana serpihan bercampur, ia akan menyebabkan litar pintas mikro di dalam bateri, yang boleh menyebabkan kebakaran dan letupan dalam kes yang teruk.

02

Pemilihan peralatan salutan dan proses salutan

Proses salutan umum termasuk: uncoiling → splicing → menarik → kawalan ketegangan → salutan → pengeringan → pembetulan → kawalan ketegangan → pembetulan → penggulungan, dan proses lain. Proses salutan adalah kompleks, dan terdapat juga banyak faktor yang mempengaruhi kesan salutan, seperti ketepatan pembuatan peralatan salutan, kelancaran operasi peralatan, kawalan ketegangan dinamik semasa proses salutan, saiz aliran udara semasa proses pengeringan, dan keluk kawalan suhu. Oleh itu, memilih proses salutan yang sesuai adalah sangat penting.

Pemilihan umum kaedah salutan perlu mengambil kira aspek berikut, termasuk: bilangan lapisan yang akan disalut, ketebalan salutan basah, sifat reologi cecair salutan, ketepatan salutan yang diperlukan, sokongan salutan atau substrat, dan kelajuan salutan.

Sebagai tambahan kepada faktor di atas, ia juga perlu untuk mempertimbangkan keadaan khusus dan ciri salutan elektrod. Ciri-ciri salutan elektrod bateri lithium-ion ialah: ① salutan satu lapisan dua muka; ② Salutan basah buburan agak tebal (100-300 μm) ③ Buburan adalah cecair kelikatan tinggi bukan Newton; ④ Keperluan ketepatan untuk salutan filem polar adalah tinggi, sama seperti salutan filem; ⑤ Badan sokongan salutan dengan ketebalan 10-20 μ Kerajang aluminium dan kerajang kuprum m; ⑥ Berbanding dengan kelajuan salutan filem, kelajuan salutan filem polar tidak tinggi. Dengan mengambil kira faktor di atas, peralatan makmal am sering menggunakan jenis pengikis, bateri litium-ion pengguna sering menggunakan jenis pemindahan lapisan roller, dan bateri kuasa sering menggunakan kaedah penyemperitan slot sempit.

Salutan pengikis: Prinsip kerja ditunjukkan dalam Rajah 1. Substrat kerajang melepasi penggelek salutan dan terus menyentuh tangki buburan. Buburan berlebihan digunakan pada substrat foil. Apabila substrat melepasi antara penggelek salutan dan pengikis, jurang antara pengikis dan substrat menentukan ketebalan salutan. Pada masa yang sama, buburan berlebihan dikikis dan refluks, membentuk salutan seragam pada permukaan substrat. Jenis pengikis utama ialah pengikis koma. Pengikis koma adalah salah satu komponen utama dalam kepala salutan. Ia biasanya dimesin sepanjang generatrix pada permukaan penggelek bulat untuk membentuk bilah seperti koma. Pengikis jenis ini mempunyai kekuatan dan kekerasan yang tinggi, mudah untuk mengawal jumlah dan ketepatan salutan, dan sesuai untuk kandungan pepejal yang tinggi dan buburan kelikatan yang tinggi.

Jenis pemindahan salutan penggelek: Penggelek salutan berputar untuk memacu buburan, laraskan jumlah pemindahan buburan melalui celah antara pengikis koma, dan gunakan putaran penggelek belakang dan penggelek salutan untuk memindahkan buburan ke substrat. Proses ini ditunjukkan dalam Rajah 2. Salutan pemindahan salutan penggelek melibatkan dua proses asas: (1) Putaran penggelek pelapis memacu buburan melalui celah antara penggelek pengukur, membentuk ketebalan lapisan buburan tertentu; (2) Ketebalan tertentu lapisan buburan dipindahkan ke kerajang dengan memutarkan penggelek salutan dan penggelek belakang ke arah yang bertentangan untuk membentuk salutan.

Salutan penyemperitan celah sempit: Sebagai teknologi salutan basah ketepatan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, prinsip kerja ialah cecair salutan disemperit dan disembur di sepanjang celah acuan salutan di bawah tekanan dan kadar aliran tertentu, dan dipindahkan ke substrat . Berbanding dengan kaedah salutan lain, ia mempunyai banyak kelebihan, seperti kelajuan salutan yang cepat, ketepatan yang tinggi, dan ketebalan basah yang seragam; Sistem salutan tertutup, yang boleh menghalang bahan pencemar daripada masuk semasa proses salutan. Kadar penggunaan buburan adalah tinggi, dan sifat buburan adalah stabil. Ia boleh disalut dalam beberapa lapisan secara serentak. Dan ia boleh menyesuaikan diri dengan julat berbeza kelikatan buburan dan kandungan pepejal, dan mempunyai kebolehsuaian yang lebih kuat berbanding teknologi salutan pemindahan.

03

Kecacatan salutan dan faktor yang mempengaruhi

Mengurangkan kecacatan salutan, meningkatkan kualiti salutan dan hasil, dan mengurangkan kos semasa proses salutan adalah aspek penting yang perlu dikaji dalam proses salutan. Masalah biasa yang berlaku dalam proses salutan adalah kepala tebal dan ekor nipis, tepi tebal pada kedua-dua belah, bintik gelap, permukaan kasar, foil terdedah, dan kecacatan lain. Ketebalan kepala dan ekor boleh dilaraskan dengan masa buka dan tutup injap salutan atau injap terputus-putus. Masalah tepi tebal boleh diperbaiki dengan melaraskan sifat buburan, jurang salutan, kadar aliran buburan, dll. Kekasaran permukaan, ketidaksamaan, dan jalur boleh diperbaiki dengan menstabilkan kerajang, mengurangkan kelajuan, melaraskan sudut udara pisau, dsb.

Substrat - Buburan

Hubungan antara sifat fizikal asas buburan dan salutan: Dalam proses sebenar, kelikatan buburan mempunyai kesan tertentu ke atas kesan salutan. Kelikatan buburan yang disediakan berbeza-beza bergantung pada bahan mentah elektrod, nisbah buburan, dan jenis pengikat yang dipilih. Apabila kelikatan buburan terlalu tinggi, salutan selalunya tidak dapat dijalankan secara berterusan dan stabil, dan kesan salutan juga terjejas.

Kesan keseragaman, kestabilan, tepi dan permukaan larutan salutan dipengaruhi oleh sifat reologi larutan salutan, yang secara langsung menentukan kualiti salutan. Analisis teori, teknik eksperimen salutan, teknik unsur terhingga dinamik bendalir, dan kaedah penyelidikan lain boleh digunakan untuk mengkaji tetingkap salutan, yang merupakan julat operasi proses untuk salutan yang stabil dan mendapatkan salutan seragam.

Substrat - Kerajang kuprum dan kerajang aluminium

Ketegangan permukaan: Ketegangan permukaan kerajang aluminium kuprum mestilah lebih tinggi daripada tegangan permukaan larutan bersalut, jika tidak, larutan akan sukar untuk merebak rata pada substrat, mengakibatkan kualiti salutan yang lemah. Satu prinsip yang perlu diikuti ialah tegangan permukaan larutan yang akan disalut hendaklah 5 dyne/cm lebih rendah daripada substrat, walaupun ini hanya anggaran kasar. Ketegangan permukaan larutan dan substrat boleh dilaraskan dengan melaraskan formula atau rawatan permukaan substrat. Pengukuran tegangan permukaan antara kedua-duanya juga harus dipertimbangkan sebagai item ujian kawalan kualiti.

Ketebalan seragam: Dalam proses yang serupa dengan salutan pengikis, ketebalan permukaan melintang substrat yang tidak sekata boleh menyebabkan ketebalan salutan tidak sekata. Kerana dalam proses salutan, ketebalan salutan dikawal oleh jurang antara pengikis dan substrat. Sekiranya terdapat ketebalan substrat yang lebih rendah secara mendatar, akan terdapat lebih banyak larutan yang melalui kawasan itu, dan ketebalan salutan juga akan menjadi lebih tebal, dan sebaliknya. Jika turun naik ketebalan substrat boleh dilihat dari tolok ketebalan, turun naik ketebalan filem akhir juga akan menunjukkan sisihan yang sama. Selain itu, sisihan ketebalan sisi juga boleh menyebabkan kecacatan pada belitan. Oleh itu, untuk mengelakkan kecacatan tersebut, adalah penting untuk mengawal ketebalan bahan mentah

Elektrik statik: Pada garis salutan, banyak elektrik statik dijana pada permukaan substrat apabila digunakan pada pelepas dan melalui penggelek. Elektrik statik yang dijana dengan mudah boleh menyerap udara dan lapisan abu pada roller, mengakibatkan kecacatan salutan. Semasa proses nyahcas, elektrik statik juga boleh menyebabkan kecacatan penampilan elektrostatik pada permukaan salutan, dan lebih serius, ia juga boleh menyebabkan kebakaran. Jika kelembapan rendah pada musim sejuk, masalah elektrik statik pada garis salutan akan menjadi lebih ketara. Cara paling berkesan untuk mengurangkan kecacatan tersebut ialah mengekalkan kelembapan persekitaran setinggi mungkin, mengisar wayar salutan dan memasang beberapa peranti anti-statik.

Kebersihan: Kekotoran pada permukaan substrat boleh menyebabkan beberapa kecacatan fizikal, seperti protrusi, kotoran, dll. Jadi dalam proses pengeluaran substrat, adalah perlu untuk mengawal kebersihan bahan mentah dengan baik. Penggelek pembersihan membran dalam talian adalah kaedah yang agak berkesan untuk membuang kekotoran substrat. Walaupun tidak semua kekotoran pada membran boleh dikeluarkan, ia dapat meningkatkan kualiti bahan mentah dengan berkesan dan mengurangkan kerugian.

04

Peta Kecacatan Tiang Bateri Litium

【1】 Kecacatan gelembung pada salutan elektrod negatif bateri lithium-ion

Plat elektrod negatif dengan buih dalam imej kiri dan pembesaran 200x mikroskop elektron pengimbasan dalam imej kanan. Semasa proses pencampuran, pengangkutan dan salutan, habuk atau gumpalan panjang dan objek asing lain bercampur ke dalam larutan salutan atau jatuh ke permukaan salutan basah. Ketegangan permukaan salutan pada ketika ini dipengaruhi oleh daya luar, menyebabkan perubahan dalam daya antara molekul, mengakibatkan pemindahan buburan yang ringan. Selepas pengeringan, tanda bulat terbentuk, dengan pusat nipis.

【2】 Lubang jarum

Satu ialah penjanaan gelembung (proses kacau, proses pengangkutan, proses salutan); Kecacatan lubang jarum yang disebabkan oleh buih agak mudah difahami. Buih dalam filem basah berhijrah dari lapisan dalam ke permukaan filem, dan pecah pada permukaan untuk membentuk kecacatan lubang jarum. Buih terutamanya datang daripada kecairan yang lemah, perataan yang lemah dan pelepasan buih yang lemah semasa proses pencampuran, pengangkutan cecair dan salutan.

【3】 Calar

Punca yang mungkin: Objek asing atau zarah besar tersangkut di celah sempit atau celah salutan, kualiti substrat yang lemah, menyebabkan objek asing menyekat celah salutan antara penggelek salutan dan penggelek belakang, dan kerosakan pada bibir acuan.

【4】 Tepi tebal

Sebab pembentukan tepi tebal didorong oleh tegangan permukaan buburan, yang menyebabkan buburan berhijrah ke arah pinggir elektrod yang tidak bersalut, membentuk tepi tebal selepas pengeringan.

【5】 Zarah terkumpul pada permukaan elektrod negatif

Formula: Grafit sfera+SUPER C65+CMC+air suling

Morfologi makro polarizer dengan dua proses kacau berbeza: permukaan licin (kiri) dan kehadiran sejumlah besar zarah kecil di permukaan (kanan)

Formula: Grafit sfera+SUPER C65+CMC/SBR+Air suling

Morfologi zarah kecil yang diperbesarkan pada permukaan elektrod (a dan b): Agregat agen pengalir, tidak tersebar sepenuhnya.

Morfologi yang diperbesarkan bagi polarizer permukaan licin: Ejen konduktif tersebar sepenuhnya dan teragih sama rata.

【6】 Zarah beraglomerasi pada permukaan elektrod positif

Formula: NCA+acetylene black+PVDF+NMP

Semasa proses pencampuran, kelembapan persekitaran terlalu tinggi, menyebabkan buburan menjadi seperti jeli, agen konduktif tidak tersebar sepenuhnya, dan terdapat sejumlah besar zarah pada permukaan polarizer selepas bergolek.

【7】 Keretakan pada plat kutub sistem air

Formula: NMC532/hitam karbon/pengikat=90/5/5% berat, pelarut air/isopropanol (IPA)

Foto optik rekahan permukaan pada polarizer, dengan ketumpatan salutan masing-masing (a) 15 mg/cm2, (b) 17.5 mg/cm2, (c) 20 mg/cm2, dan (d) 25 mg/cm2. Polarizer tebal lebih terdedah kepada keretakan.

【8】 Pengecutan pada permukaan polarizer

Formula: grafit serpihan+SP+CMC/SBR+air suling

Kehadiran zarah pencemar pada permukaan kerajang mengakibatkan kawasan tegangan permukaan yang rendah bagi filem basah pada permukaan zarah. Filem cecair memancarkan dan berhijrah ke arah pinggir zarah, membentuk kecacatan titik pengecutan.

【9】 Calar pada permukaan elektrod

Formula: NMC532+SP+PVdF+NMP

Salutan penyemperitan jahitan sempit, dengan zarah besar pada pinggir pemotong menyebabkan kebocoran foil dan calar pada permukaan elektrod.

【10】 Menyalut jalur menegak

Formula: NCA+SP+PVdF+NMP

Pada peringkat akhir salutan pemindahan, kelikatan penyerapan air buburan meningkat, menghampiri had atas tingkap salutan semasa salutan, mengakibatkan perataan buburan yang lemah dan pembentukan jalur menegak.

【11】 Retakan menekan gulung di kawasan di mana filem kutub tidak kering sepenuhnya

Formula: grafit serpihan+SP+CMC/SBR+air suling

Semasa salutan, kawasan tengah polarizer tidak kering sepenuhnya, dan semasa rolling, salutan berhijrah, membentuk retakan berbentuk jalur.

【12】 Kedutan tepi penggelek kutub menekan

Fenomena tepi tebal yang terbentuk oleh salutan, penekan penggelek, dan kedutan tepi salutan

【13】 Salutan pemotongan elektrod negatif ditanggalkan daripada kerajang

Formula: grafit semula jadi+asetilena hitam+CMC/SBR+air suling, nisbah bahan aktif 96%

Apabila cakera kutub dipotong, salutan dan foil tertanggal.

【14】 Burr pemotong tepi

Semasa pemotongan cakera elektrod positif, kawalan ketegangan yang tidak stabil membawa kepada pembentukan burr foil semasa pemotongan sekunder.

【15】 Potongan kutub tepi gelombang pemotongan

Semasa pemotongan cakera elektrod negatif, disebabkan pertindihan yang tidak sesuai dan tekanan bilah pemotong, tepi gelombang dan detasmen salutan hirisan terbentuk.

【16】 Kecacatan salutan biasa lain termasuk penyusupan udara, gelombang sisi, kendur, Rivulet, pengembangan, kerosakan air, dsb.

Kecacatan mungkin berlaku dalam mana-mana peringkat pemprosesan: penyediaan salutan, pengeluaran substrat, operasi substrat, kawasan salutan, kawasan pengeringan, pemotongan, pemotongan, proses penggulungan, dll. Apakah kaedah logik umum untuk menyelesaikan kecacatan?

1. Semasa proses daripada pengeluaran perintis kepada pengeluaran, adalah perlu untuk mengoptimumkan formula produk, proses salutan dan pengeringan, dan mencari tetingkap proses yang agak baik atau luas.

2. Gunakan beberapa kaedah kawalan kualiti dan alat statistik (SPC) untuk mengawal kualiti produk. Dengan memantau dan mengawal ketebalan salutan yang stabil dalam talian, atau menggunakan sistem pemeriksaan penampilan visual (Sistem Visual) untuk memeriksa kecacatan pada permukaan salutan.

3. Apabila kecacatan produk berlaku, laraskan proses tepat pada masanya untuk mengelakkan kecacatan berulang.

05

Keseragaman salutan

Apa yang dipanggil keseragaman salutan merujuk kepada ketekalan pengagihan ketebalan salutan atau jumlah pelekat dalam kawasan salutan. Lebih baik konsistensi ketebalan salutan atau jumlah pelekat, lebih baik keseragaman salutan, dan sebaliknya. Tiada indeks pengukuran bersatu untuk keseragaman salutan, yang boleh diukur dengan sisihan atau peratusan sisihan ketebalan salutan atau jumlah pelekat pada setiap titik di kawasan tertentu berbanding dengan ketebalan salutan purata atau jumlah pelekat di kawasan itu, atau dengan perbezaan antara ketebalan lapisan maksimum dan minimum atau jumlah pelekat di kawasan tertentu. Ketebalan salutan biasanya dinyatakan dalam µ m.

Keseragaman salutan digunakan untuk menilai keadaan salutan keseluruhan sesuatu kawasan. Tetapi dalam pengeluaran sebenar, kami biasanya lebih mengambil berat tentang keseragaman dalam kedua-dua arah mendatar dan menegak substrat. Apa yang dipanggil keseragaman mendatar merujuk kepada keseragaman arah lebar salutan (atau arah mendatar mesin). Keseragaman membujur yang dipanggil merujuk kepada keseragaman dalam arah panjang salutan (atau arah perjalanan substrat).

Terdapat perbezaan yang ketara dalam saiz, faktor yang mempengaruhi, dan kaedah kawalan ralat aplikasi gam mendatar dan menegak. Secara umum, semakin besar lebar substrat (atau salutan), semakin sukar untuk mengawal keseragaman sisi. Berdasarkan pengalaman praktikal bertahun-tahun dalam salutan dalam talian, apabila lebar substrat di bawah 800mm, keseragaman sisi biasanya mudah dijamin; Apabila lebar substrat adalah antara 1300-1800mm, keseragaman sisi selalunya boleh dikawal dengan baik, tetapi terdapat kesukaran tertentu dan tahap profesionalisme yang besar diperlukan; Apabila lebar substrat melebihi 2000mm, mengawal keseragaman sisi adalah sangat sukar, dan hanya beberapa pengeluar boleh mengendalikannya dengan baik. Apabila kumpulan pengeluaran (iaitu panjang salutan) meningkat, keseragaman membujur mungkin menjadi kesukaran atau cabaran yang lebih besar daripada keseragaman melintang.