Ličio baterijų dengimo procesas ir defektai

Ličio baterijų dengimo procesas ir defektai

01

Dengimo proceso įtaka ličio baterijų veikimui

Poliarinis dengimas paprastai reiškia procesą, kai maišoma suspensija tolygiai padengiama ant srovės kolektoriaus ir džiovinami suspensijoje esantys organiniai tirpikliai. Dangos efektas turi didelę įtaką akumuliatoriaus talpai, vidinei varžai, ciklo trukmei ir saugai, užtikrinant tolygų elektrodo padengimą. Dengimo metodų ir valdymo parametrų parinkimas turi didelę įtaką ličio jonų akumuliatorių veikimui, daugiausia pasireiškiantis:

1) Dangos džiovinimo temperatūros reguliavimas: jei dengimo metu džiovinimo temperatūra yra per žema, tai negali garantuoti visiško elektrodo išdžiūvimo. Jei temperatūra yra per aukšta, tai gali būti dėl greito organinių tirpiklių išgaravimo elektrodo viduje, dėl kurio atsiranda įtrūkimų, lupimosi ir kitų reiškinių ant elektrodo paviršiaus dangos;

2) Dangos paviršiaus tankis: jei dangos paviršiaus tankis yra per mažas, akumuliatoriaus talpa gali nepasiekti vardinės talpos. Jei dangos paviršiaus tankis yra per didelis, nesunku sukelti sudedamųjų dalių švaistymą. Sunkiais atvejais, jei yra per didelė teigiamo elektrodo talpa, dėl ličio nuosėdų susidarys ličio dendritai, kurie pradurs akumuliatoriaus separatorių ir sukels trumpąjį jungimą, o tai kelia pavojų saugai;

3) Dangos dydis: jei dangos dydis yra per mažas arba per didelis, teigiamasis akumuliatoriaus elektrodas gali būti visiškai uždengtas neigiamu elektrodu. Įkrovimo proceso metu ličio jonai yra įterpiami iš teigiamo elektrodo ir juda į elektrolitą, kuris nėra visiškai padengtas neigiamu elektrodu. Faktinė teigiamo elektrodo talpa negali būti efektyviai panaudota. Sunkiais atvejais akumuliatoriaus viduje gali susidaryti ličio dendritų, kurie gali lengvai pradurti separatorių ir pažeisti vidinę grandinę;

4) Dangos storis: jei dangos storis yra per plonas arba per storas, tai turės įtakos tolesniam elektrodo valcavimo procesui ir negali garantuoti akumuliatoriaus elektrodo veikimo nuoseklumo.

Be to, elektrodų danga turi didelę reikšmę akumuliatorių saugai. Prieš dengiant, reikia atlikti 5S darbą, kad dengimo proceso metu į elektrodą nesusimaišytų dalelės, šiukšlės, dulkės ir pan. Jei susimaišys šiukšlės, akumuliatoriaus viduje sukels mikro trumpąjį jungimą, kuris sunkiais atvejais gali sukelti gaisrą ir sprogimą.

02

Dengimo įrangos ir dengimo proceso parinkimas

Bendrasis dengimo procesas apima: išvyniojimą → sujungimą → traukimą → įtempimo valdymą → dengimą → džiovinimą → korekciją → įtempimo valdymą → korekciją → apviją ir kitus procesus. Dengimo procesas yra sudėtingas, be to, yra daug veiksnių, turinčių įtakos dangos efektui, pavyzdžiui, dengimo įrangos gamybos tikslumas, įrangos veikimo sklandumas, dinaminės įtampos kontrolė dengimo proceso metu, oro srauto dydis dengimo metu. džiovinimo procesą ir temperatūros reguliavimo kreivę. Todėl labai svarbu pasirinkti tinkamą dengimo procesą.

Renkantis bendrą dengimo būdą, reikia atsižvelgti į šiuos aspektus, įskaitant: dengtų sluoksnių skaičių, šlapios dangos storį, dengimo skysčio reologines savybes, reikalingą dengimo tikslumą, dangos atramą arba pagrindą ir dengimo greitis.

Be minėtų veiksnių, taip pat būtina atsižvelgti į konkrečią elektrodo dangos situaciją ir savybes. Ličio jonų akumuliatoriaus elektrodų dangos charakteristikos yra šios: ① dvipusė vieno sluoksnio danga; ② Šlapioji srutų danga yra gana stora (100-300 μm) ③ Suspensija yra ne Niutono didelio klampumo skystis; ④ Polinės plėvelės dengimo tikslumo reikalavimas yra didelis, panašus į plėvelės dengimą; ⑤ Dengiamas atraminis korpusas, kurio storis 10-20 μ Aliuminio folija ir m vario folija; ⑥ Palyginti su plėvelės dengimo greičiu, poliarinės plėvelės dengimo greitis nėra didelis. Atsižvelgiant į minėtus veiksnius, bendrojoje laboratorinėje įrangoje dažnai naudojamas grandiklio tipas, vartotojų ličio jonų baterijose dažnai naudojamas ritininės dangos perdavimo tipas, o maitinimo akumuliatoriuose dažnai naudojamas siauro plyšio ekstruzijos metodas.

Grandiklio danga: veikimo principas parodytas 1 paveiksle. Folijos substratas praeina per dengiamąjį volelį ir tiesiogiai liečiasi su srutų rezervuaru. Srutos perteklius užpilamas ant folijos pagrindo. Kai substratas eina tarp dengimo volelio ir grandiklio, tarpas tarp grandiklio ir pagrindo lemia dangos storį. Tuo pačiu metu srutų perteklius nugramdomas ir virinamas su grįžtamu šaldytuvu, suformuojant vienodą pagrindo paviršiaus dangą. Pagrindinės grandiklių rūšys yra kableliai. Kablelių grandiklis yra vienas iš pagrindinių dengimo galvutės komponentų. Paprastai jis yra apdirbamas išilgai generatoriaus, esančio apskrito volelio paviršiuje, kad susidarytų kablelio formos ašmenys. Šio tipo grandiklis pasižymi dideliu stiprumu ir kietumu, lengvai reguliuojamas dangos kiekis ir tikslumas, tinka dideliam kietųjų medžiagų kiekiui ir didelio klampumo srutoms.

Volelio dangos perkėlimo tipas: dangos volelis sukasi, kad varytų srutas, reguliuotų srutų pernešimo kiekį per tarpą tarp kablelio grandiklio ir naudokite užpakalinio ritinėlio ir dengimo volelio sukimąsi srutoms perkelti į pagrindą. Procesas parodytas 2 paveiksle. Ritininės dangos pernešimas apima du pagrindinius procesus: (1) Dengimo volelio sukimasis verčia suspensiją prasiskverbti pro tarpą tarp matavimo ritinėlių ir suformuoti tam tikro storio srutos sluoksnį; (2) Tam tikro storio srutos sluoksnis perkeliamas į foliją sukant dengimo volelį ir galinį volelį priešingomis kryptimis, kad susidarytų danga.

Siauro plyšio ekstruzinė danga: kaip tikslios šlapio dengimo technologija, kaip parodyta 3 paveiksle, veikimo principas yra toks, kad dangos skystis išspaudžiamas ir purškiamas palei dangos formos tarpus, esant tam tikram slėgiui ir srautui, ir perkeliamas į pagrindą. . Palyginti su kitais dengimo būdais, jis turi daug privalumų, tokių kaip greitas dengimo greitis, didelis tikslumas ir vienodas drėgnas storis; Dengimo sistema yra uždara, kuri gali užkirsti kelią teršalų patekimui į dengimo procesą. Srutų panaudojimo lygis yra didelis, o srutų savybės yra stabilios. Jis gali būti dengtas keliais sluoksniais vienu metu. Jis gali prisitaikyti prie skirtingų srutų klampumo ir kietųjų medžiagų kiekio diapazonų ir turi didesnį pritaikomumą, palyginti su pernešimo dangos technologija.

03

Dangos defektai ir įtakojantys veiksniai

Dangos defektų mažinimas, dangos kokybės ir išeiga gerinimas bei sąnaudų mažinimas dengimo procese yra svarbūs aspektai, kuriuos reikia ištirti dengimo procese. Dažniausios dengimo proceso problemos yra stora galva ir plona uodega, stori kraštai iš abiejų pusių, tamsios dėmės, šiurkštus paviršius, atvira folija ir kiti defektai. Galvos ir uodegos storį galima reguliuoti dangos vožtuvo arba pertraukiamo vožtuvo atsidarymo ir užsidarymo laiku. Storų kraštų problemą galima išspręsti koreguojant srutos savybes, dangos tarpą, srutos srauto greitį ir kt. Paviršiaus šiurkštumą, nelygumus, juosteles galima pagerinti stabilizuojant foliją, mažinant greitį, reguliuojant oro kampą. peilis ir kt.

Substratas – srutos

Ryšys tarp pagrindinių fizinių srutų ir dangos savybių: Faktiniame procese srutų klampumas turi tam tikrą poveikį dangos efektui. Paruoštos srutos klampumas skiriasi priklausomai nuo elektrodo žaliavos, srutų santykio ir pasirinkto rišiklio tipo. Kai srutų klampumas yra per didelis, dengimas dažnai negali būti atliekamas nuolat ir stabiliai, taip pat nukenčia dengimo efektas.

Dangos tirpalo tolygumui, stabilumui, briaunų ir paviršiaus poveikiui įtakos turi dengimo tirpalo reologinės savybės, kurios tiesiogiai lemia dangos kokybę. Teorinė analizė, dengimo eksperimentiniai metodai, skysčių dinamikos baigtinių elementų metodai ir kiti tyrimo metodai gali būti naudojami tiriant dengimo langą, kuris yra proceso veikimo diapazonas stabiliam padengimui ir vienodai dangai gauti.

Substratas - Vario folija ir aliuminio folija

Paviršiaus įtempis: Varinės aliuminio folijos paviršiaus įtempis turi būti didesnis nei padengto tirpalo paviršiaus įtempis, kitaip tirpalą bus sunku lygiai paskleisti ant pagrindo, todėl dangos kokybė bus bloga. Vienas principas, kurio reikia laikytis, yra tas, kad dengiamo tirpalo paviršiaus įtempis turi būti 5 dyne/cm mažesnis nei pagrindo, nors tai tik apytikslis įvertinimas. Tirpalo ir pagrindo paviršiaus įtempimą galima reguliuoti koreguojant formulę arba pagrindo paviršiaus apdorojimą. Paviršiaus įtempimo tarp šių dviejų matavimas taip pat turėtų būti laikomas kokybės kontrolės bandymo elementu.

Vienodas storis: Atliekant procesą, panašų į grandiklio dangą, netolygus pagrindo skersinio paviršiaus storis gali lemti netolygų dangos storį. Kadangi dengimo procese dangos storis yra kontroliuojamas tarpo tarp grandiklio ir pagrindo. Jei yra mažesnis pagrindo storis horizontaliai, per tą vietą prasiskverbs daugiau tirpalo, taip pat bus storesnis ir dangos storis, ir atvirkščiai. Jei pagrindo storio svyravimas matomas iš storio matuoklio, galutinis plėvelės storio svyravimas taip pat parodys tą patį nuokrypį. Be to, šoninis storio nuokrypis taip pat gali sukelti apvijos defektus. Tad norint išvengti tokių defektų, svarbu kontroliuoti žaliavos storį

Statinė elektra: ant dengimo linijos ant pagrindo paviršiaus susidaro daug statinės elektros, kai ji dengiama išvyniojant ir praeinant per volelius. Susidariusi statinė elektra gali lengvai adsorbuoti orą ir pelenų sluoksnį ant volo, todėl gali atsirasti dangos defektų. Iškrovimo proceso metu statinė elektra taip pat gali sukelti dangos paviršiaus elektrostatinius išvaizdos defektus, o rimčiau – net sukelti gaisrus. Jei žiemą žema drėgmė, dangos linijos statinės elektros problema bus ryškesnė. Veiksmingiausias būdas tokius defektus sumažinti – palaikyti kuo aukštesnę aplinkos drėgmę, įžeminti dangos laidą, įrengti kai kuriuos antistatinius įrenginius.

Švara: Nešvarumai ant pagrindo paviršiaus gali sukelti tam tikrus fizinius defektus, tokius kaip išsikišimai, nešvarumai ir pan. Taigi pagrindo gamybos procese būtina gerai kontroliuoti žaliavų švarą. Internetiniai membranų valymo voleliai yra gana efektyvus substrato nešvarumų pašalinimo būdas. Nors ne visos membranos priemaišos gali būti pašalintos, ji gali efektyviai pagerinti žaliavų kokybę ir sumažinti nuostolius.

04

Ličio baterijų polių defektų žemėlapis

【1】 Ličio jonų akumuliatorių neigiamos elektrodo dangos burbuliukų defektai

Neigiamo elektrodo plokštelė su burbuliukais kairiajame vaizde ir 200 kartų padidintas skenuojantis elektroninis mikroskopas dešiniajame vaizde. Maišymo, transportavimo ir dengimo metu dulkės arba ilgi pūsleliai ir kiti pašaliniai daiktai įsimaišo į dangos tirpalą arba nukrenta ant šlapios dangos paviršiaus. Dangos paviršiaus įtempis šioje vietoje yra veikiamas išorinių jėgų, sukeliančių tarpmolekulinių jėgų pakitimus, dėl kurių srutos pernešamos švelniai. Po džiovinimo susidaro apskritos žymės su plonu centru.

【2】 Smeigtukas

Vienas iš jų yra burbuliukų susidarymas (maišymo procesas, transportavimo procesas, dengimo procesas); Smeigtuko defektą, kurį sukelia burbuliukai, suprasti gana lengva. Drėgnoje plėvelėje esantys burbuliukai migruoja iš vidinio sluoksnio į plėvelės paviršių, o paviršiuje plyšta ir susidaro skylutės defektas. Burbuliukai daugiausia atsiranda dėl prasto sklandumo, prasto išlyginimo ir prasto burbuliukų išsiskyrimo maišymo, skysčio transportavimo ir dengimo procesų metu.

【3】 Įbrėžimai

Galimos priežastys: svetimkūniai arba didelės dalelės, įstrigusios siaurame tarpelyje arba dangos tarpelyje, bloga pagrindo kokybė, dėl kurios pašaliniai objektai užblokuoja dangos tarpą tarp dengimo volelio ir užpakalinio volelio, taip pat sugadinama pelėsio briauna.

【4】 Storas kraštas

Storų briaunų susidarymo priežastis yra srutos paviršiaus įtempimas, dėl kurio srutos migruoja link nepadengto elektrodo krašto, o po džiovinimo susidaro storos briaunos.

【5】 Agreguotos dalelės ant neigiamo elektrodo paviršiaus

Formulė: sferinis grafitas+SUPER C65+CMC+distiliuotas vanduo

Poliarizatorių su dviem skirtingais maišymo procesais makromorfologija: lygus paviršius (kairėje) ir didelis kiekis smulkių dalelių paviršiuje (dešinėje)

Formulė: sferinis grafitas + SUPER C65 + CMC / SBR + distiliuotas vanduo

Padidėjusi mažų dalelių morfologija elektrodo paviršiuje (a ir b): Laidžių medžiagų agregatai, nevisiškai išsisklaidę.

Padidinta lygaus paviršiaus poliarizatorių morfologija: Laidus agentas yra visiškai išsisklaidęs ir tolygiai pasiskirstęs.

【6】 Aglomeruotos dalelės teigiamo elektrodo paviršiuje

Formulė: NCA+acetileno juoda+PVDF+NMP

Maišymo proceso metu aplinkos drėgmė yra per didelė, todėl srutos tampa panašios į želė, laidus agentas nėra visiškai išsisklaidęs, o po valcavimo poliarizatoriaus paviršiuje yra daug dalelių.

【7】 Įtrūkimai vandens sistemos poliarinėse plokštėse

Formulė: NMC532 / suodžiai / rišiklis = 90/5/5 masės%, vanduo / izopropanolis (IPA) tirpiklis

Optinės poliarizatorių paviršiaus įtrūkimų nuotraukos, kurių dangos tankis yra atitinkamai (a) 15 mg/cm2, (b) 17,5 mg/cm2, (c) 20 mg/cm2 ir (d) 25 mg/cm2. Storieji poliarizatoriai labiau linkę įtrūkti.

【8】 Poliarizatoriaus paviršiaus susitraukimas

Formulė: dribsnių grafitas+SP+CMC/SBR+distiliuotas vanduo

Teršalų dalelių buvimas folijos paviršiuje lemia mažą drėgnos plėvelės paviršiaus įtempimo plotą ant dalelių paviršiaus. Skysta plėvelė išsiskiria ir migruoja į dalelių periferiją, sudarydama susitraukimo taškų defektus.

【9】 Įbrėžimai ant elektrodo paviršiaus

Formulė: NMC532+SP+PVdF+NMP

Siauros siūlės ekstruzijos danga su didelėmis dalelėmis pjovimo briaunoje, dėl kurios prateka folija ir įbrėžiamas elektrodo paviršius.

【10】 vertikalių juostelių padengimas

Formulė: NCA+SP+PVdF+NMP

Vėlesnėje pernešimo stadijoje suspensijos vandens sugėrimo klampumas didėja, dengimo metu artėja prie viršutinės dangos lango ribos, todėl prastai išsilygina srutos ir susidaro vertikalios juostos.

【11】 Srityje, kurioje poliarinė plėvelė nėra visiškai išdžiūvusi, suvynioti presuojami įtrūkimai

Formulė: dribsnių grafitas+SP+CMC/SBR+distiliuotas vanduo

Dengimo metu poliarizatoriaus vidurinė sritis nėra visiškai išdžiūvusi, o valcavimo metu danga migruoja, susidaro juostelės formos įtrūkimai.

【12】 Poliarinio volelio presavimo kraštinės raukšlės

Storų kraštų reiškinys, susidarantis dengiant, spaudžiant voleliu ir dangos kraštų raukšlėjimąsi

【13】 Neigiama elektrodo pjovimo danga, atskirta nuo folijos

Formulė: natūralus grafitas+acetileno juodasis+CMC/SBR+distiliuotas vanduo, veikliosios medžiagos santykis 96%

Nupjaunant poliarinį diską, danga ir folija atsiskiria.

【14】 Kraštų pjovimo įbrėžimai

Pjaunant teigiamo elektrodo diską dėl nestabilaus įtempimo valdymo antrinio pjovimo metu susidaro folijos įdubos.

【15】 Poliarinio pjūvio pjovimo bangos kraštas

Pjaunant neigiamo elektrodo diską, dėl netinkamo pjovimo ašmenų persidengimo ir slėgio susidaro bangų briaunos ir pjūvio dangos atsiskyrimas.

【16】 Kiti dažni dangos defektai yra oro įsiskverbimas, šoninės bangos, smukimas, upelis, išsiplėtimas, vandens pažeidimai ir kt.

Defektai gali atsirasti bet kuriame apdorojimo etape: dangos paruošimo, pagrindo gamybos, pagrindo operacijos, dengimo ploto, džiovinimo, pjovimo, pjaustymo, valcavimo proceso ir kt. Koks yra bendras loginis defektų sprendimo būdas?

1.Per procesą nuo bandomosios gamybos iki gamybos, būtina optimizuoti produkto formulę, dengimo ir džiovinimo procesą bei rasti gana gerą arba platų proceso langą.

2. Norėdami kontroliuoti produktų kokybę, naudokite kai kuriuos kokybės kontrolės metodus ir statistines priemones (SPC). Stebėdami ir valdydami stabilų dangos storį internetu arba naudodami vizualinės išvaizdos tikrinimo sistemą (Visual System), kad patikrintumėte, ar nėra dangos paviršiaus defektų.

3. Atsiradus gaminio defektams, laiku sureguliuokite procesą, kad išvengtumėte pasikartojančių defektų.

05

Dangos vienodumas

Vadinamasis dangos vienodumas reiškia dangos storio arba klijų kiekio pasiskirstymo nuoseklumą dangos srityje. Kuo geresnis dangos storio ar klijų kiekio konsistencija, tuo geresnis dangos vienodumas ir atvirkščiai. Nėra vieningo dangos vienodumo matavimo indekso, kurį būtų galima išmatuoti pagal dangos storio ar klijų kiekio nuokrypį arba procentinį nuokrypį kiekviename tam tikros srities taške, palyginti su vidutiniu dangos storiu ar klijų kiekiu toje srityje, arba pagal skirtumas tarp didžiausio ir mažiausio dangos storio arba klijų kiekio tam tikroje srityje. Dangos storis paprastai išreiškiamas µm.

Dangos vienodumas naudojamas įvertinti bendrą ploto dangos būklę. Tačiau tikrovėje gamyboje dažniausiai rūpinamės vienodumu tiek horizontalioje, tiek vertikalioje substrato kryptimis. Vadinamasis horizontalus vienodumas reiškia dangos pločio krypties (arba mašinos horizontalios krypties) vienodumą. Vadinamasis išilginis vienodumas reiškia vienodumą dangos ilgio kryptimi (arba pagrindo judėjimo kryptimi).

Horizontalių ir vertikalių klijų užtepimo klaidų dydžiai, įtaką darantys veiksniai ir kontrolės metodai labai skiriasi. Apskritai, kuo didesnis pagrindo (arba dangos) plotis, tuo sunkiau kontroliuoti šoninį vienodumą. Remiantis ilgamete praktine dengimo internetu patirtimi, kai pagrindo plotis yra mažesnis nei 800 mm, paprastai lengvai garantuojamas šoninis vienodumas; Kai pagrindo plotis yra nuo 1300 iki 1800 mm, šoninis vienodumas dažnai gali būti gerai kontroliuojamas, tačiau yra tam tikrų sunkumų ir reikalingas didelis profesionalumas; Kai pagrindo plotis yra didesnis nei 2000 mm, kontroliuoti šoninį vienodumą yra labai sunku ir tik keli gamintojai gali su tuo susidoroti. Padidėjus gamybos partijai (t. y. dangos ilgiui), išilginis vienodumas gali tapti didesniu sunkumu ar iššūkiu nei skersinis vienodumas.